（三）小功率直流随动系统研究.doc

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1、（三）小功率直流随动系统研究1．目的：（1）了解自动控制参数的测试方法，建立系统的数学模型；（2）记录位置控制系统的阶跃响应曲线，确定系统的动态性能指标；2．实验内容及测试方法：测定系统各元部件的参数，必须在开环系统情况下进行。为此，应按图5－1连线，并将反馈电位器和电动机之间的联轴器松开，以避免在开环情况因电动机连续旋转而磨损电位器。实验前应将双路直流稳压电源的电压调好（24V），并将它接到控制箱所对应的接线柱上，然后进行放大器各级的零点调整和增益设定。将各放大器的输入端接地，即可分别对运算放大器A1、A2和功放调零。功放级调零时

2、，应反复调节运放A3的调零电位器（在控制箱面板A3的上方）和电位器RP8（见图），使功放级的输出和运放A3的输出同时为零，以防止功放级工作不平衡。建议将功放级的增益调成3左右，运算放大器A1和A2的增益按图5－1设定。（1）电位器传递系数的测定：给定电位器和反馈电位器的结构参数相同，其电源电压为15V，电位器最大有效工作角度为330。这两个电位器都装有刻度盘和指针线。测量时，利用给定电位器或反馈电位器均可以。测量的具体方法是：将电位器的转轴对准某一角度，测量其输出电压（应接通电位器的负载），然后将电位器转轴转过一个角度，例如转过10

3、，再测量其输出电压，于是可以求得电位器的传递系数，即在不同位置多测几点，求其平均值，就能得到的准确结果。（2）．放大器增益的测试：在图５－１所示的开环系统，调节给定电位器，使其输出电压＝1V（以防止功放级饱和），分别测量各点电压、、及直流测速发电机输出电压，于是可以确定放大器各级的增益：、及功放级的增益。将改为－1V，再测一组数据。（3）．电动机传递系数和时间常数的测定：因控制电机电枢组电感电动机转子惯量的影响很小，在建立电动机的数学模型时，常将电枢绕组的电感忽略不计。这样，电动机的传递函数可近似用下式表示：式中－电动机的输入电压；

4、－电动机输出的角速度。因此，确定电动机的时间常数和传递系数，电动机的传递函数即被确定。电动机的传递系数为：利用数字测速仪可以测出电动机转动的角速度，但本实验可直接利用直流测速发电机来测量转速。该测速发电机的传递系数＝1。因此，电动机的传递系数可用下式求得：电动机的时间常数可以用几种不同的实验方法求得。例如，根据电动机的机械特性和电机转子的转动惯量，利用的计算公式求得；如果转子转动惯量不知道，可以用重锤法或扭摆法测出；当电动机与测速发电机和角度传感器组装在一起时，采用频率特性法或阶跃响应法测量，是比较方便的。这里采用阶跃响应法。在开环

5、系统（图５－１）中，由于放大器都可认为是无惯性环节，直接操纵开关K对电动机施加阶跃输入作用，将测速发电机的输出电压接到记录仪中，便可记录电动机转速变化的阶跃响应曲线。根据这条曲线和记录纸移动的速度，便可确定电动机的时间常数（参见步骤五）。记录阶跃响应曲线时，需要间断操纵阶跃开关K，并且输入阶跃信号应取1V左右。如果改变惯性轮，将发生变化。（4）．位置控制系统阶跃响应的测定：利用联轴器将反馈电位器的轴与电机轴固连起来，并将反馈电位器的输出电压接到运放A1的反相输入端，便构成图5－3所示的闭环控制系统。该系统的输出量（被控量）是电动机轴

6、的转角，因此应将电压接到示波器中。操纵开关K的通与断，从示波器上便可观察到系统的阶跃响应曲线。将测速发电机的输出电压，经过电阻50K衰减后，接到运放A2的反相输入端，然后操纵开关K，再记录一条带速度反馈的位置控制系统的阶跃响应曲线。３．预习要求：（１）复习有关电位器、测速发电机、电动机等典型元部件的数学模型内容，以及一阶系统和二阶系统的时域分析方法。（２）根据测量电位器WH70B的电源电压和最大工作角度，求出电位器的传递系数。（３）预习有关XSJ－1型小功率直流系统的结构、线路以及使用方法等。４．实验报告要求：（１）绘出XSJ－1型

7、开环系统的实验线路，记下仪器设备的名称、型号及编号。（２）列出实验数据和贴上记录曲线，分别求出电位器的传递系数，放大器的增益、和，电动机的传递系数和时间常数。（３）画出闭环位置控制系统的结构图，分别求出不带速度反馈和带速度反馈的闭环传递函数，并应用理论公式算出两种情况下的动态性能指标：、和。（１）从闭环位置控制系统的阶跃响应曲线上，求出、和，并与计算值作比较，分析误差原因。（２）说明速度反馈对系统性能的影响。(四)自动控制系统校正网络设计１．目的：（1）用MATLAB软件设计系统校正网络；（2）掌握自动控制系统校正装置参数的调整方法

8、；2．校正网络设计如果将本系统连接成一个位置随动系统，其原理结构图如下所示：K1KPKeKmS(TmS+1)K2Kp框图中各参数都应在上一步骤中确定，由此可得到未校正系统的开环传递函数G（S），据此可应用MATLAB软件设计系统校正网