小功率随动系统的工作原理及设计过程专业综合实验报告资料.docVIP

实验目的 掌握小功率随动系统的工作原理及设计过程 掌握元部件选择、参数测试，根据给定技术指标进行系统建模、设计与仿真的过程 学习利用matlab进行参数估计、数据处理及系统分析的方法 锻炼在实际系统中解决问题的能力 实验内容 熟悉系统组成与工作原理 选择元部件，测试、拟合元部件参数，获得元部件传递函数 对组件和系统进行建模，进行模拟系统的硬件设计 根据系统静态与动态参数的要求进行系统方案设计 使系统模型在matlab下的simulink中进行仿真，同时测试实际模拟系统静、动态性能指标，比较二者的差别 分析仿真结果，调试模拟系统 技术指标 输入±5v产生最大转角±90° D/A输出±5v时达到转速26 rad/s 静态精度±1.5° D/A输出120mv电机起动 闭环系统近似为二阶非周期环节ξ≥0.9 ωn≥20 rad/s 实验设备 XSJ-II型直流小功率随动系统实验箱 稳压电源 示波器 数字万用表 转速表 直流力矩电机、角位置测量电位器、测速发电机 系统组成及工作原理 1．工作原理 整个系统的原理线路如下图所示： 给定电位器和反馈电位器组成一对误差检测器，当给定电位器转过一个角度时，误差检测器产生偏差电压，该电压输入信号通过A/D转换器进入80C196KB芯片中，经过控制算法的处理，产生控制指令，由D/A转换器输出后加到运算放大器的输入端，再经放大后驱动直流电动机，电动机带动负载 (惯性轮)转动的同时，也带动反馈电位器的电刷转动，使误差检测器产生的偏差电压通过A/D又加到芯片中，运用控制指令的计算，形成一个完整的闭环控制系统，直至偏差电压减小到零，在新的位置达到平衡为止，才实现了被控制轴与给定电位器的输入轴随动的目的。 2．实验系统组成 小功率随动系统的元部件共包括执行电机、测速发电机、角位置测量电位计、直流放大器、系统控制台、单片机开发系统等六个主要部分，其中执行电机和系统控制台构成被控对象，测速发电机和角位置测量电位计分别构成速度反馈(内环)和位置反馈(外环)。 主要部件如下 ①角位置测量电位器 高精度长寿命导电塑料电位器WDD65S-2； 阻值1K，功率2W，电气角度； 机械转动角度无止挡； 线性度0.5%； ②执行机构：直流低速力矩电机（型号SYL一1.5） 转子绕组绝缘电阻不小于100兆欧； 转子绕组经受耐压500伏／1分钟； 静摩擦力矩(组装式)≤0.0294lNm； 空载启动电流0.18安； 转子直流电组(C)27欧姆±10％； 连续堵转力矩0.147Nm—5％； 连续堵转电流≤0.9安； 连续堵转电压约20伏； 空载转速约800转／分； 转向火花≤1.5级； 　③永磁直流测速发电机（型号70CDY一1） 灵敏度1伏／弧度／秒； 纹波电压1％(20转／分时波动峰值对平均值)； 每转纹波频率33周／转； 线性度1％； 不对称度1％； 最大运行速度400转／分； 直流电阻230(20℃)； 最小负载电阻23K； 静摩擦力矩300gcm； 以上三个部件已组装成一个整体，三者用联轴节均同轴连接。在组合体上面有一接线板，分别为电位计正负电压及输出信号接线柱；力矩电机的控制电压接线柱；测速发电机接线柱。在组合体左端装有转角测量用的刻度盘，右端可往电机轴上加装惯性轮，以改变负载的转动惯量。 ④直流放大器 该系统采用晶体管直流放大器，配有两级直流运算放大器和一级功率放大器。其中功率放大器由一级电压放大和功率放大组成；电压放大器由CA3140运算放大器完成，其放大倍数可通过配置输入及反馈电阻改变，开环增益的可调范围近似为80db，并可通过加入不同的RC网络进行动态校正。 ⑤系统控制台 实验系统相互连接及参数调整由系统控制台完成。全部放大器、电源及必要的附加电路均安装在该控制台内，如图7-2所示，在控制台上可完成下述工作： 将系统各部分按要求连接； 作为运算放大器的排题板，通过加入不同阻值及网络形成不同的放大系数及校正网络； 利用信号电位计加入任意输入信号； 利用控制台上的电压表直接测量功放的输出电压。 图7-2系统控制台 实验系统元部件测试及建模 1．系统各部件的数学模型 1）直流力矩电机 图7-3电枢控制直流电动机 电枢控制直流电动机的工作实质是将输入的电能转换为机械能，也就是由输入的电枢电压在电枢回路中产生电枢电流，再由电流与激磁磁通相互作用产生电磁转矩，从而拖动负载运动。因此，直流电动机的运动方程可由以下三部分组成。 电枢回路电压平衡方程： （7-1） (7-2) 式中：————输入电压（V）；