xsj-ii小功率随动系统模拟超前滞后控制改单片机数字控制原理初探__

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1、XSJ-II小功率随动系统模拟超前控制改单片机数字控制原理初探1、引言命题资料获取方法：大家进入南昌航空大学——天空教室——信息工程学院——计算机控制原理——进入课程——资源——2010年本科教学——51系列单片机控制器设计案例，下载文件名是：控制器设计案例，然后解压缩，可以看到PROTEL99SE设计的89C52CON.DDB，其中有原理图2张，分别是XSJ_2.SCH和51_CON.SCH，还有封装元件库文件1个，放了元件的PCB文件1个。还可以看到XSJ-2小功率直流随动系统学习机说明书扫描.rar，解压缩后可以

2、看到使用说明书和实验指导书，可以打印出来，装订好，以便阅读。2、XSJ-II型小功率随动系统建模2.1加法电路及校正电路的模型其中滞后-超前校正是无源校正，但在校正装置之前用了一个电压加法反相放大电路，放大倍数可以通过连线来选择（包括10KΩ电阻R6、20KΩ电阻R7和调节1MΩ可调电阻RP2），当不采用滞后-超前校正时，第一级传递函数为当采用滞后-超前校正时，滞后-超前校正装置传递函数为Gc(s)，第一级传递函数为，如果放大倍数为1(X7连X101)，第一级传递函数为。则第一级运放和校正可以表示为加法器和-Gc(s)

3、函数方框。2.2减法电路（电压放大器）的模型第二级运放为电压减法反相放大器，具体放大倍数同样可以通过连线来选择（包括10KΩ电阻R14、20KΩ电阻R15和调节1MΩ可调电阻RP5），第二级传递函数为，如实现放大倍数为-3，则应该将X12连X201，则。2.3功率放大器模型的建立第三级运放是带大电压环反馈的电压减法反相放大器，放大倍数可以通过连线来选择（包括10KΩ电阻R18和1MΩ电阻R19），稳压二极管V1和V2起直接耦合的作用（交流电阻≈0、直流电位平移），三极管V3起反相驱动作用，V4和V5构成NPN复合管，V

4、6和V7构成PNP复合管，两个复合管构成互补对称功率放大器，其电压放大倍数≈1（射极输出器原理），由于采用了+24V和-24V双电源供电，无需输出隔直电容，故该功率放大器又称OCL功率放大器。假设引回到第三级运算放大器反相端的反馈电阻R18和R19，放大倍数为。假设RP8调到50KΩ，三极管V3、V4和V5的电流放大系数分别为b3=100、b4=50、b5=40，则微变等效电路如图2.1所示。图2.1微变等效电路其中RM是直流力矩电机忽略电感后等效到V3输出端的电阻。假设rbe=0.6KΩ，则V3三极管对应电压放大倍数

5、为互补对称功率放大器的末级是电压跟随，其电压放大倍数A5≈1。整个功率放大器包括第三级运算放大器、第四级单管放大器和第五级互补对称功率放大器，由于第五级输出通过电阻网络引了反馈，具体反馈网络如图2.2所示。10图2.2功率放大器中的反馈网络则反馈系数为，当RP7调到0时，反馈系数最大，即，整个功率放大器电压放大倍数为，当RP7调到0时，整个功率放大器的放大倍数为。实际上，由于三极管V3、V4、V6等周围还接了若干阻容器件，多少会有惯性存在，故整个功率放大器的传递函数可以近似表达为。通过频率特性测试方法，输入正弦有效值1

6、V，频率从7Hz到32Hz，用固伟GDS-806S数字存储示波器观察输入、输出电压，当输入7Hz时，示波器主要设置如下：VerticalScale:1.00V；VerticalPosition:1.52VVerticalScale:2.00V；VerticalPosition:-2.00VHorizontalScale:100.0ms响应波形如图2.3所示。图2.3输入7Hz时示波器测量的输入输出波形从图2.3可以看出，输入波形峰-峰值为2.8格（显示值2.88V），输出波形峰-峰值为4.1格（显示值8.24V），低频

7、放大倍数为K3=8.24/2.88=2.86。当输入32Hz时，示波器主要设置如下：VerticalScale:1.00VVerticalPosition:1.52VVerticalScale:2.00VVerticalPosition:-2.00VHorizontalScale:25.00ms响应波形如图2.4所示。图2.4输入32Hz时示波器测量的输入输出波形10从图2.4可以看出，输入波形峰-峰值为2.8格（显示值2.88V），输出波形峰-峰值为2.9格（显示值5.82V），说明功率放大器上限频率fh为32Hz，

8、等效一阶惯性时间常数为T3=1/2πfh=0.00497≈0.005秒。最后等效惯性环节传递函数为。2.4电机模型的建立2.4.1直流力矩电机的稳态特性测试利用直流稳压电源输出电压U1(伏)，分别将轮盘起点设置不同位置，从0开始缓慢增大，直到电机开始转动，记录开始转动时的电压，记录数据表2.1中表2.1电机开始转动时的电压记录表平