位置隨動系統(tǒng)課程設(shè)計-文庫吧資料
2025-06-13 13:21本頁面
【正文】 11)( 21 ??? sT sTKsW wwpwA W R （ 27） 8．伺服電機(jī)（ SM） 基于本次設(shè)計的大功率隨動系統(tǒng)選擇永磁式直流伺服電機(jī)，即直流他勵電動機(jī)，型號為 Z221 ，銘牌參數(shù)， WPn 400? ， vUn 110? ， AIn ? ，min1000 rnN ? 。傳遞函數(shù)為 sTsTKsW iipiA CR 1)( ?? （ 45） 6．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ ASR） 按 工程設(shè)計法選擇典型 I型系統(tǒng)，選用 PI調(diào)節(jié)器。 采用 PWM的調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展越來越成熟，用途也很廣，與單純的晶閘管調(diào)速系統(tǒng)相比有很多優(yōu)點(diǎn) 1）主電路線路簡單，需用的功率器件少； 2）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較?。? 3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá) 1:10000 左右； 4）若與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)； 5）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻 率適當(dāng)時，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高； 6）直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。 PWM變換器有可逆和不可逆兩類，可逆變換器又 有雙極式、單極式和受限單極式等。這個簡單的函數(shù)關(guān)系也不會在數(shù)學(xué)模型中出現(xiàn)。放大器必須具有鑒別電壓極性的能力，輸出的控制的電壓 cU 也是可 逆的。 3．電壓比較放大器（ A） 這是位置隨動系統(tǒng)所必 須有的裝置。傳遞函數(shù)為式（ 42），是簡單的線性函數(shù)在數(shù)學(xué)模型將不會出現(xiàn)，但在計算穩(wěn)態(tài)誤差時將會用到自整角機(jī)的參數(shù)。本次模型中采用的 自整角機(jī) 的放大系數(shù) )( obs VK ? 。整步繞組是三相繞組，一般為分布繞組，安置在定子上，它們被此在空間相隔 o120 ，并接成 Y形。它具有 — 個單相勵磁繞組 和 一個三相整步繞組，單相勵磁繞組安置在轉(zhuǎn)子上，通過兩個滑環(huán)引入交流勵磁電流，勵磁磁極通常做成隱極式。下面簡單分析本次設(shè)計使用的控制式自整角機(jī)的工作原理和使用。力矩式自整角機(jī)可以不經(jīng)中間放大環(huán)節(jié)，直接傳遞轉(zhuǎn)角信息 ，一般 用于微功率同步旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。與指令軸相聯(lián)的自整角機(jī)稱為發(fā)送機(jī)，與執(zhí)行軸相聯(lián)的稱作接收機(jī)。本次設(shè)計采用的位置傳感器是自整角機(jī)?？梢越茷橐浑A慣性環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)為 ?)(sWj 1?sTKjj （ 21） 2．位置傳感器 模擬隨動系統(tǒng)的位置傳感器如前所述，大體可以分為兩種，電位器和基于電磁感應(yīng)原理的位 置傳感器。三環(huán)相制約，使控制達(dá)到極其完美的地步。 在位置、轉(zhuǎn)速 、電流三環(huán)系統(tǒng)中，位置調(diào)節(jié)器的輸出是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入，速度調(diào)節(jié)器是電流調(diào)節(jié)器的輸入，電流調(diào)節(jié)器的輸出直接控制功率變換單元，也就是脈寬調(diào)制系統(tǒng)。位置環(huán)的截止頻率被限制的太 低 ，會影響系統(tǒng)的快速性，因?yàn)檫@類三環(huán)控制的位置隨動系統(tǒng)只適用于對快速跟隨性能要求不高的場合，例如點(diǎn)位控制的機(jī)床隨動系統(tǒng)。這是因?yàn)樵O(shè)計每個環(huán)節(jié)時，都要將內(nèi)環(huán)等效成其中的一個環(huán)節(jié)，而這種等效環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)之所以能夠成立，是以外環(huán)的截止頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于內(nèi)環(huán)為前提的。同時每個環(huán)節(jié)都有自己的控制對象，分工明確，易于 調(diào)整。逐環(huán)設(shè)計可以使每個控制環(huán)都是穩(wěn)定的，從而保證整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。按此規(guī)律，對于如圖 12所示的三環(huán)位置隨動系統(tǒng)，應(yīng)首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器 ACR，然后將電流環(huán)簡化成轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，和其它環(huán)節(jié)一起構(gòu)成轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR的控制對象，再設(shè)計 ASR。位置 、轉(zhuǎn)速、電流三個閉環(huán)都畫成單位反饋，反饋系數(shù)都已 計 入各調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)中去。在設(shè)計調(diào)節(jié)器時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器可按原雙閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計和整定方法來解決。三環(huán)的調(diào)節(jié)器分別稱為位置調(diào)節(jié)器（ APR）、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ ASR）、電流調(diào)節(jié)器（ ACR）。多環(huán)系統(tǒng)還包括只有位置環(huán)、電流環(huán)，沒有轉(zhuǎn)速環(huán)；或是只有位置環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)，沒有電流環(huán)，其實(shí)同三環(huán)系統(tǒng)大同小異，分析和設(shè)計方法相同。對于模擬隨動系統(tǒng)可按閉環(huán)系統(tǒng)分為三類。數(shù)字式隨動系統(tǒng)又可分為數(shù)字相位隨動系統(tǒng)和數(shù)字脈沖隨動系統(tǒng)。磁性編碼器也可以做成增量式或絕對值式，在數(shù)字隨動系統(tǒng)中有很好的應(yīng)用前景。 4．磁性編碼器 和光電編碼器一樣，磁性編碼器也是由位移量變換成數(shù)字式電脈沖信號的傳感器，近年來發(fā)展相當(dāng)迅速，已有磁敏電阻式、勵磁磁環(huán)式、霍耳元件式等多種類型。絕對值式編碼器的碼盤又分為二進(jìn)制碼盤和循環(huán)碼碼盤兩種。碼道的道數(shù)與二進(jìn)制的位數(shù)相同，有固定的零點(diǎn)，每個位置對應(yīng) 著 距零點(diǎn)不同位置的絕對值。通過 信號處理電路和可逆計數(shù)器可以輸出位置增量信號，再經(jīng)過測速算法，可以給出轉(zhuǎn)速信號； 2）絕對值式編碼器。 1）增量式編碼器。碼盤一般為圓形，由電動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)，也有用直線形的，由電動機(jī)構(gòu)傳動。 2．基于電磁感應(yīng)原理的位置傳感器 屬于這一類的位置傳感器有自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器等，是應(yīng)用比較廣泛的模擬式位置 傳感器，可靠性和精度都較好。位置傳感器將具體的直線或角位移轉(zhuǎn)換成模擬的 或 數(shù)字的電量，再通過信號處理電路或算法，形成與控制器輸入量相匹配的位置誤差信號。 以上五個部分是各種位置隨動系統(tǒng)都有的，在不同情況下，由于具體條件和性能要求的不同，所采用的具體元件、裝置和控制方案可能有較大的差異。 5．減速器與負(fù)載 在一般情況下負(fù)載的轉(zhuǎn)速是 很 低的，在電機(jī)與負(fù)載之間必須設(shè)有傳動比為 i 的減速器。 4．伺服電機(jī)（ SM） 在小功率直流隨動系統(tǒng)中多用永磁式直流伺服電機(jī)，在不同情況下也可采用其它直流或交流伺服電機(jī)。在小功率直流隨動系統(tǒng)中多用 PMOSFET或 IGBT橋式 PWM變換器 。輸出的控制電壓 cU 也是可逆的。 2．電壓比較放大器（ A） 兩個電位器輸出的電壓信號 *U 和 U 在放大器 A中進(jìn)行比較與放大，發(fā)出控制信號 cU 。 兩個電位器由同一個直流電源 sU 供電，使電位器輸出電壓 *U 和 U ，直接將位置信號轉(zhuǎn)換成電 壓 量。 這是一個電位器式的小功率位置隨動系統(tǒng)，有以下五個部分組成 ： 圖 11 電位器式位置隨動系統(tǒng)原理圖 1．位置
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