课程设计——小功率直流随动系统的设计

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1、课程设计——小功率直流随动系统的设计一、主要仪器设备：小功率直流随动系统示波器、万用表二、设计要求1设计小功率直流随动系统，随动系统原理结构图如图5-1所示。要求在大惯性轮为负载时，其性能指标为：闭环系统的单位阶跃响应σ%≤20%Ts≤60ｍｓ2、调节器部分元器件参数（1）测量电位器：·高精度长寿命塑料电位器WDD65S-2；·阻值1KΩ，功率2W，电气角度340°；·机械转动角度360°无止挡；·线性度0.5%；（2）直流力矩电机（型号SYL-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

2、钟；·静摩擦力矩（组装式）≤0.0294N.m；·空载启动电流0.18安；·转子直流电阻（20°C）27欧姆±10%；·连续堵转力矩0.147N.m-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；（3）测速电机（型号：70CDY-1）·灵敏度1伏/弧度/秒；·波纹电压1%（20转/分时波动峰值对平均值）；·每转波纹频率33周/转；·线性度1%；·最大运行速度400转/分；·直流电阻230欧姆（20°C）；·静摩擦力矩300g.cm。三、数据测试及记录原系统各环节各参数测量记录1、给定电

3、位器传递系数Kp的测量将给定电位器从零度角旋转一定的小角度Q，并用万用表测量记录下此时电位器的电压U1；在角度Q的基础上，再使电位器旋转角度Q，并用万用表记录下此时的电位器电压U2；依次增加电位器的角度，记录当时的电位器电压Up，记录的数据如下表：旋转角度Q0π/18π/9π/62π/95π/18π/37π/184π/9π/2-π/18-π/9电位器电压Up（V）0.010.731.412.102.803.494.204.915.576.28-0.68-1.40△Up0.720.680.690.700.690.710.7

4、10.660.710.680.72表中△Up=Up（n+1）-Up（n）其平均值为△Up—=1/11（0.72+0.62+0.69+0.70+0.69+0.71+0.71+0.66+0.71+0.68+0.72）=0.70而电位器传递系数Kp=△Up/△Q=0.70×18÷3.14=42、功率放大器特性测试使用30欧姆的电阻作为假负载，使输入信号为幅值不变的正弦波，并逐渐提高频率，记录下不同频率下功率放大器输出端的电压幅值（示波器监测输出波形），记录数据如下表：输入信号电压峰峰值为Vin=6.56v（保持不变）时间（ms

5、）8.677.676.676.576.476.376.276.176.07电压（V）9.528.407.607.507.447.367.207.127.04功放级的传递系数为Ke=Vout（低频段）/Vin=9.52/6.56=1.453、执行电机和测速电机各参数测试采用过度过程法测电机参数，测试时应将反馈电位器脱开，测速电机则联在一起测试：（1）执行电机和测速电机死区电压测试：将稳压电源置于最小档，和上开关K后，慢慢增大电压到电机刚刚开始转动，读下此时的电压值U1，将电机起始位置放在几个不同的角度，重复实验；将输入电压

6、反极性重复以上步骤，就可以得到两个方向死区电压的平均值和最大值，记录数据如下表：起始位置0π/6π/3π/2顺转电压（V）1.401.451.441.39平均值最大值逆转电压（V）1.451.501.441.491.451.50（2）电动机时间常数的测定在带大惯性轮的情况下，在稳压电源启动并稳定后，利用开关K作为阶跃输入，在DF4211示波器上观察得到的指数曲线，如下图：即可读出过渡时间Ts=3Tm，记录得数据如下表：带大惯性轮输入电压（V）235过渡时间（ms）105120136平均值（ms）120根据公式Tm=1/3

7、Ts有Tm=40ms=0.04s（1）电动机传递系数Km的测定：直接利用直流测速发电机测量转速，而该测速发电机的传递系数为Kt=1，所以电动机的传递系数可以用以下公式求得：Km=Ut/Kt/Ua=Ut/Ua实验测得的数据得下表：Ut（V）54.912.255.56Ua（V）26.36.483.10Km2.101.901.79Km的平均值1.932、将整个系统的各个环节连接起来，构成一个位置随动系统，其原理结构图如下图：图1由以上实验数据有，图中Kp=4，K1，K2都可以有自己设计，此时我们取K1=K2=1，而Ke=1.4

8、5，Km=1.93，Tm=0.04，即可得以上的系统为如下图：图2即可有原系统的传递函数为G（S）=11.194/（0.04S2+S+2.7985）将此系统在MATLAB6.5软件上仿真可得原系统的阶跃响应曲线波形图3观察此波形可得出其超调量σ%=3%，过渡时间Ts=500ms，其传递函数的伯德图如下:图4在这设计中