小功率随动系统实验

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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。
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
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
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 。
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
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
求，选择适合的检测装置
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脉冲编码器
旋转变压器
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直线光栅
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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 。
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；
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1）随动控制系统的定义：
1 又叫跟踪系统或伺服系统，是一类应用广泛的自动控制系 统；
2 输入信号可以是预先未知的，并且可随时间任意变化；
3 输出信号是位移量，包括角位移和线位移；
4 主要性能指标是系统的跟随性能，即跟踪速度和精度。要 求输出位移量可以快速、准确的跟随输入，即：调整时间 ts 和稳态误差ess要小。其次考虑抗干扰的性能；
X-Y函数记录仪是一种最常用的通用笔 式记录仪。其x、y轴各由一套独立的 随动系统驱动，使记录笔能在记录纸 上精确记录函数曲线。
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军事工业： 火炮群跟踪雷达天线的位置控制、导 弹发射架的对准控制；陀螺仪惯性导航系统，各 类飞行器的姿态控制等，都是位置随动系统的具 体应用。
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3）随动控制系统一般组成
较高的精度和良好的动态品质 。
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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.
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；
使用误差控制方式进行控制。
Usr
前置 放大器
串联 校正
功率 放大器
θ
执行 电机
-Uf
-Usc
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；
自动控制原理实验系列
小功率随动系统实验
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飞行器控制实验教学中心
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随动控制系统概述：
1 ）随动控制系统的定义； 2 ）随动控制系统的应用； 3 ）随动控制系统的一般组成； 4 ）随动控制系统的简单例子； 5 ）随动控制系统的分类； 6 ）随动控制系统的检测装置； 7 ）随动控制系统的控制方式
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2）随动控制系统应用
机械加工过程中机床的定位控制和加工轨迹控制是位 置随动系统的典型实例，如仿型铣床的跟踪控制、数控机 床的轨迹控制。
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仪表工业中各种记录仪的笔架控制，如温度记录仪、计算机 外部设备中的X — Y记录仪，各种绘图机以及计算机磁盘驱动器 的磁头定位控制。
5)此外，各部分都离不开相应的能源设备、保护装置、控制设备和其
他辅助设备。
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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。
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。
主要包括：检测装置、信号转换电路、放大装置、补偿装置、执
行机构、电源装置和被控对象等部分。
1)检测装置用来检测输入信号和系统输出；
2)放大装置将控制信号进行功率放大；
3)执行部件主要实现机电转换，将电信号转换成机械位移；
4)信号转换线路和补偿装置实现各部件信号之间有效匹配，使系统具
有良好的工作品质。
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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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（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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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