直流电机伺服系统实验指导及实验报告.pdf

第1 节 实验装置 1.1 总体构成 图1-1实验装置的总体构成 1.2 部件说明 1.2.1 被控对象 包括直流伺服电机、测速发电机、光电编码器和单轴工作台，如图1-2 所示。 (1) 直流伺服电动机 外径 70 mm，额定功率100 W，额定转速1000 rpm ，额定电压30 V，额定电流4.5 A ，额定转 φ －6 2 矩1 N·m，峰值转矩8 N·m，电枢电阻1.7Ω±15%，电枢电感3.7 mH ±20% ，转动惯量292 ×10 Kg·m ， 机电时间常数9.2 m·s 。 (2) 测速发电机 直流电机同轴安装了测速发电机, 外径φ70 mm，斜率为24 V/1000 rpm，允许带10 kΩ负载，转 动惯量为100×10－6 2 Kg.m 。安装测速发电机后，由于电机轴上转动惯量增大，实际的机电时间常数 变为12.4 ms。 (3) 光电编码器 电机还同轴连接一个光电编码器，500 脉冲/每转，电源5V，输出TTL 电平信号，分A,B,Z 三 个信号。其中A, B 两个信号为相差90°的方波，A 超前B 表示正转，B 超前A 表示反转，Z 是每转 发出一个零位信号。 图1-2伺服电动机－测速发电机－光电编码器—工作台 1 (4) 单轴工作台 单轴运动工作台采用丝杠螺母传动，螺距2 mm ，整个行程200 mm 。电机通过挠性连轴节与工 作台的丝杠连接。 1.2.2 控制部件 包括电机驱动器和速度环、位置环控制器。 (1) 电机驱动器 电机驱动器为图1-1 中虚线所框出的部分，其外形如图1-3，内部原理结构如图1-4. 图1-3电机驱动器 图1-4 驱动器原理图 (2) 速度控制器与位置控制器 这部分在操作面板上，速度控制器和位置控制器都可接成比例或PI 控制器。 图1-5 为速度环，重点显示了其中的控制器和速度反馈部分。图中测速发电机(TG)输出的电压 经过47k 电位器分压后才反馈到速度控制器。 2 图1-5速度环 图1-6 为位置环，重点显示了其中的控制器电路。 在速度环的基础上，加入位移反馈和位置控制器，就组成了位置环。如果采用工作台上的位移 传感器（直线电位计）做反馈，称为全闭环，但全闭环方式下机械传动要尽量消除间隙，系统比较 难以调试。实验装置中的位移反馈信号取的是电动机的角位置信号，这样的闭环称为半闭环。由于 半闭环没有包含电机轴转角到工作台位移的机械传递函数，系统比较容易调试。 电动机角位置信号的获取是通过光电编码器。光电编码器输出的脉冲信号经过加减计数器累计 为表示位置的数字量，再经过数/模转换变为模拟电压反馈到位置控制器。 图1-6位置环 位置控制器由两级比例放大器组成，中间有一个衰减系数为α （其值为0～1）的10K 电位计。 位置控制器可接成比例控制器或PI 控制器。 整个位置环的函数方块图如图1-7 所示。图中的参数“831”对应于电机不连工作台的情况，电 机连接工作台后，电机轴的总转动惯量比不接工作台时大，此参数会改变。 (3) 辅助电路 包括阶跃信号发生电路和限位保护电路等。 限位保护开关安装在工作台框架的两端，当工作台移动到两端是会切断电机的供电，起到保护 作用。 电机驱动器有一个使能开关，打开时驱动器才能工作。但是注意不要用这个开关发生阶跃信号。 3