小功率随动系统实验
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（2）射极输出器1，采用TL084型运算放大器和电阻组成。 （3）串联校正环节，由TL084型运算放大器和阻容网络组成的串联超前、滞后校正环
节，校正参数可通过按键开关进行选择。 （4）功率放大环节，功率放大器由OP-07型运算放大器组成。 （5）执行元件，采用70LC型电机机组中的永磁式直流力矩电机。 （6）位置测量元件，采用45XZ10-5型旋转变压器 （7）射极输出器2和交流放大器，均采用LF353型运算放大器组成。 （8）解调滤波器，由LZXIC型解调器和OP-07型运算放大器组成。 （9）反馈校正环节，由70LC型电机机组中的直流测速发电机和阻容网络组成。
3）模型跟踪控制：系统除了前向控制主通道外，还有一条与它并行的模
型通道，将被控对象和模型通道的输出之差作为主反馈信号，通过反
馈 当到选主取通模道型的通输道入的端传， 递使 函得 数系 和统 反的 馈实 通际 道输 的出 传递c跟函随数模，型可的以输使出系cm统。获适得
较高的精度和良好的动态品质 。
18
机
测速发电机
电流反馈
解调器
交流放大器 射极输出器 2
电路原理图
旋转变压器
24
施密特触发器（输入三角波，输出方波）
密勒积分器（输入方波，输出三角波）
调节三角波 方波频率 （Wv）
射极输出器
调节三角波幅值
射极输出器 调节常值大小Wc
调节方波幅值
输入信号产生电路
25
（1）前置放大环节：采用TL084型运算放大器和电阻组成，输入信号可加方波信号、 三角波信号和常值信号，也可外接其它形式的信号。
反馈信号不断地与给定信号相比较，如果二者相等，系统就处于协调 状态，即：直流力矩电机停止转动，保持在给定信号指定的位置。
若不断改变给定信号，则电机随之做相应的转动。
2021/3/15
23
输入信号
前置放大器
串联校正环节
主
反 馈 信 号
基 准 电 路
滤波器
射极输出器
1
并
联
校
正
环
节
功率放大器
直 流
力
矩
电
实验目的:
1．熟悉随动系统的组成原理及各部分的传递函数；
2．测试系统每个环节的传递函数的数值、确定开环放 大倍数，进行频率特性分析；
3．通过输入方波信号，观察比较加入校正环节（补偿 环节）前后，系统输出信号的阶跃响应；
4．通过输入斜坡信号，观察随动系统的跟踪性能.
2021/3/15
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实验设备组成:
（1） 直流小功率随动系统控制器
2021/3/15
20
（2）机电部分：电机机组（永磁直流 力矩电机+测速发电机），旋转变压器， 旋转电位器，负载转盘
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21
实验装置控制原理
采用闭环负反馈控制的结构，在输入端比较给定量和反馈量，再
使用误差控制方式进行控制。
Usr
前置
源自文库
串联
放大器
校正
功率 放大器
26
前置放大器
R11 Utp1
Rk
R10
Utp2
1）使用TL084运算放大器-及Utp电9 阻和电位器构成 2）电压比较和放大作用，放大倍数K1。 3）调节电位器的可改变放大倍数， 从而改变系 统的开环放大倍数Kv。
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有源串联校正
Gc(s)
s1
Ts1
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( R 3 C 3 或 R 3 C 4 或 R 3 (C 3 C 4 ))
数字式 增量式 绝对式
模拟式
增量式
绝对式
回 转 式
脉冲编码盘 圆光栅
旋转变压器
绝 对 式 脉 冲 编码盘
圆感应同步器
三 速 圆 感 应 同步器
圆磁尺
直 线 式
直线光栅 激光干涉仪
直线感应同步 三 速 感 应 同
多 通 道 透 射 器
步器
光栅
磁尺
绝对磁尺
具体应用时，需要根据控制精度的要求，安装位置和形式，输出信号的要
θ 执行 电机
-Usc
-Uf
反馈 校正
（速度反馈 ）
解调 滤波器
交流 放大器
旋转 变压器 （位置反馈）
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控制原理：
系统的给定信号与反馈信号相比较得偏差信号；
偏差信号经前置放大器放大、串联校正和功率放大器放大之后,控制直 流电动机的转动，带动负载转动；
旋转变压器测试直流电动机的转动角度，将其变为电压信号，该信号 经过射输出器、交流放大器和解调滤波器得到反馈信号；
4）随动控制系统简单实例
（1）位置检测器 （2）电压比较放大器 （3）电力电子变换器 （4）伺服电机 （5）减速器与负载
电位器式的小功率位置随动伺服系统的原理图
8
5）随动控制系统分类
1）按组成元件分类 按随动系统组成元件的不同，可以将系统分为纯电气系统、电液系统和电气/ 气动系统。 纯电气系统的组成元件除机械部件外，均是电磁或电子元件。根据所采用伺 服电机的不同，又将纯电气系统分为直流伺服系统和交流伺服系统两类。直 流伺服系统的执行元件是直流伺服电机；交流伺服系统的执行元件是交流伺 服电机。 电液伺服系统的误差测量装置、补偿、放大部分均为电气元件，而功率放大 与执行元件刚采用液压元件； 电气/气动伺服系统的误差测量装置、补偿与前级放大部分为电气元件，而执 行元件为气动元件。
13
2）按执行元件功率大小分类 执行元件输出功率在50W以下的随动系统称为小功 率随动系统； 执行元件输出功率在50W到500W之间称为中功率 随动系统； 执行元件输出功率在500W以上的称为大功率随动 系统。当然，这只是一个比较粗略的分类。
14
6）随动控制系统的检测装置
位置随动系统的检测装置是其最重要的组成部分，也 是其区别于其他类型控制系统的最明显的特征。
求，选择适合的检测装置
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脉冲编码器 2021/3/15 直线光栅
旋转变压器
感应同步器
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7）随动控制系统的控制方式
1）误差控制：按照位置误差信号来控制系统运动，它的主反馈通道传递 函数通常采用单位反馈 ，使用最广泛的控制方式 。
2）复合控制：将输入信号的微分和系统误差综合形成控制信号，是引入 前馈后，能有效地提高系统精度和快速响应能力，而不影响系统闭环 稳定性 。
使用检测装置构成位置闭环，将位置信号转换成一定 形式的电量。由于它的精度直接影响系统的精度，因此一 般希望检测装置精度高、线性度好、灵敏度高。若对小功 率系统，还要求检测装置的惯量和磨擦力矩要小。
常用的位移检测装置有伺服电位器、自整角机、旋转变 压器、感应同步器、光电编码盘、光栅等。
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检测装置的分类
( T R 4 C 5 或 T R 4 C 6 或 T R 4 (C 5 C 6 ))28
节，校正参数可通过按键开关进行选择。 （4）功率放大环节，功率放大器由OP-07型运算放大器组成。 （5）执行元件，采用70LC型电机机组中的永磁式直流力矩电机。 （6）位置测量元件，采用45XZ10-5型旋转变压器 （7）射极输出器2和交流放大器，均采用LF353型运算放大器组成。 （8）解调滤波器，由LZXIC型解调器和OP-07型运算放大器组成。 （9）反馈校正环节，由70LC型电机机组中的直流测速发电机和阻容网络组成。
3）模型跟踪控制：系统除了前向控制主通道外，还有一条与它并行的模
型通道，将被控对象和模型通道的输出之差作为主反馈信号，通过反
馈 当到选主取通模道型的通输道入的端传， 递使 函得 数系 和统 反的 馈实 通际 道输 的出 传递c跟函随数模，型可的以输使出系cm统。获适得
较高的精度和良好的动态品质 。
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机
测速发电机
电流反馈
解调器
交流放大器 射极输出器 2
电路原理图
旋转变压器
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施密特触发器（输入三角波，输出方波）
密勒积分器（输入方波，输出三角波）
调节三角波 方波频率 （Wv）
射极输出器
调节三角波幅值
射极输出器 调节常值大小Wc
调节方波幅值
输入信号产生电路
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（1）前置放大环节：采用TL084型运算放大器和电阻组成，输入信号可加方波信号、 三角波信号和常值信号，也可外接其它形式的信号。
反馈信号不断地与给定信号相比较，如果二者相等，系统就处于协调 状态，即：直流力矩电机停止转动，保持在给定信号指定的位置。
若不断改变给定信号，则电机随之做相应的转动。
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输入信号
前置放大器
串联校正环节
主
反 馈 信 号
基 准 电 路
滤波器
射极输出器
1
并
联
校
正
环
节
功率放大器
直 流
力
矩
电
实验目的:
1．熟悉随动系统的组成原理及各部分的传递函数；
2．测试系统每个环节的传递函数的数值、确定开环放 大倍数，进行频率特性分析；
3．通过输入方波信号，观察比较加入校正环节（补偿 环节）前后，系统输出信号的阶跃响应；
4．通过输入斜坡信号，观察随动系统的跟踪性能.
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实验设备组成:
（1） 直流小功率随动系统控制器
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20
（2）机电部分：电机机组（永磁直流 力矩电机+测速发电机），旋转变压器， 旋转电位器，负载转盘
2021/3/15
21
实验装置控制原理
采用闭环负反馈控制的结构，在输入端比较给定量和反馈量，再
使用误差控制方式进行控制。
Usr
前置
源自文库
串联
放大器
校正
功率 放大器
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前置放大器
R11 Utp1
Rk
R10
Utp2
1）使用TL084运算放大器-及Utp电9 阻和电位器构成 2）电压比较和放大作用，放大倍数K1。 3）调节电位器的可改变放大倍数， 从而改变系 统的开环放大倍数Kv。
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有源串联校正
Gc(s)
s1
Ts1
2021/3/15
( R 3 C 3 或 R 3 C 4 或 R 3 (C 3 C 4 ))
数字式 增量式 绝对式
模拟式
增量式
绝对式
回 转 式
脉冲编码盘 圆光栅
旋转变压器
绝 对 式 脉 冲 编码盘
圆感应同步器
三 速 圆 感 应 同步器
圆磁尺
直 线 式
直线光栅 激光干涉仪
直线感应同步 三 速 感 应 同
多 通 道 透 射 器
步器
光栅
磁尺
绝对磁尺
具体应用时，需要根据控制精度的要求，安装位置和形式，输出信号的要
θ 执行 电机
-Usc
-Uf
反馈 校正
（速度反馈 ）
解调 滤波器
交流 放大器
旋转 变压器 （位置反馈）
2021/3/15
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控制原理：
系统的给定信号与反馈信号相比较得偏差信号；
偏差信号经前置放大器放大、串联校正和功率放大器放大之后,控制直 流电动机的转动，带动负载转动；
旋转变压器测试直流电动机的转动角度，将其变为电压信号，该信号 经过射输出器、交流放大器和解调滤波器得到反馈信号；
4）随动控制系统简单实例
（1）位置检测器 （2）电压比较放大器 （3）电力电子变换器 （4）伺服电机 （5）减速器与负载
电位器式的小功率位置随动伺服系统的原理图
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5）随动控制系统分类
1）按组成元件分类 按随动系统组成元件的不同，可以将系统分为纯电气系统、电液系统和电气/ 气动系统。 纯电气系统的组成元件除机械部件外，均是电磁或电子元件。根据所采用伺 服电机的不同，又将纯电气系统分为直流伺服系统和交流伺服系统两类。直 流伺服系统的执行元件是直流伺服电机；交流伺服系统的执行元件是交流伺 服电机。 电液伺服系统的误差测量装置、补偿、放大部分均为电气元件，而功率放大 与执行元件刚采用液压元件； 电气/气动伺服系统的误差测量装置、补偿与前级放大部分为电气元件，而执 行元件为气动元件。
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2）按执行元件功率大小分类 执行元件输出功率在50W以下的随动系统称为小功 率随动系统； 执行元件输出功率在50W到500W之间称为中功率 随动系统； 执行元件输出功率在500W以上的称为大功率随动 系统。当然，这只是一个比较粗略的分类。
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6）随动控制系统的检测装置
位置随动系统的检测装置是其最重要的组成部分，也 是其区别于其他类型控制系统的最明显的特征。
求，选择适合的检测装置
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脉冲编码器 2021/3/15 直线光栅
旋转变压器
感应同步器
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7）随动控制系统的控制方式
1）误差控制：按照位置误差信号来控制系统运动，它的主反馈通道传递 函数通常采用单位反馈 ，使用最广泛的控制方式 。
2）复合控制：将输入信号的微分和系统误差综合形成控制信号，是引入 前馈后，能有效地提高系统精度和快速响应能力，而不影响系统闭环 稳定性 。
使用检测装置构成位置闭环，将位置信号转换成一定 形式的电量。由于它的精度直接影响系统的精度，因此一 般希望检测装置精度高、线性度好、灵敏度高。若对小功 率系统，还要求检测装置的惯量和磨擦力矩要小。
常用的位移检测装置有伺服电位器、自整角机、旋转变 压器、感应同步器、光电编码盘、光栅等。
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检测装置的分类
( T R 4 C 5 或 T R 4 C 6 或 T R 4 (C 5 C 6 ))28