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1、自动控制实验讲义第一讲 前言第一节 本课程内容自动控制技术是当代最活跃、发展最快的学科之一，是由控制理论、自动化技术工具及控制系统实验三部分组成，控制系统实验在自动化实践中占有十分重要的地位。一般来说，设计一个自动控制系统，要经过以下几个步骤：1、 确定任务与悼念所有可能的资料；2、 建立数学模型；3、 性能分析，如稳定性、可控性、可观测性等；4、 选定控制规律(或称策略)，亦称综合问题；5、 进行仿真(模拟)实验；6、 修改与调整设计，建立实际系统；7、 调查与试运行上述步骤，总的来说涉及三个方面的问题，即： 1、控制理论； 2、自动化技术工具； 3、控制系统实验。控制理论是构造控制系统的理
2、论基础，自动化技术工具是构造控制系统的物质保证，控制实验则是开发和研究控制系统性能必不可少的手段。本课程即介绍自控实验的一些方法，并主要通过动手来体会。控制系统实验包括静态实验与动态实验。静态实验：在控制系统静态下各种性能参数的测试与调试。动态实验：控制系统对输入信号的响应特性以及动态参数的测试与调整。例： 过渡过程品质的测试， 特性测试，时间常数的测试，实物仿真等。本课程在同学们已有控制理论的基础的前提下，介绍一下自动化工具的概况，并介绍对象特性的 测定法，PID参数的实验整合方法，然后是进行实验。1、 小动率随动系统实验；2、 数字随动系统实验；3、 电阻炉设备控制系统实验。第二节 本课程
3、要求1、成绩评定 实验及实验报告 60% 自动控制系统设计 40% 2、实验前预习准备3、实验过程4、实验报告 16开纸第一章第1节 自动化技术工具概述自动化技术工具是构造控制系统的物质保证，这几十年发展极为迅速，已形成了完整的产品体系。每个从事自动控制工作的技术人员，都应掌握尽可能多的造化技术工具，以便合理地选择和正确地使用它们，组成经济可靠、性能优良的自动控制系统。例： 去广州 控制理论 路线 自动化技术工具 交通工具 自控实验 交通工具的使用方法传真器，检测机构 SeNsor自动化技术工具控制器 CONTROLLER执行机构 Sercosyseten一、传感器(检测机构)1.测量角度 电
4、位器、机、变压器、光电磁盘2测量转速：测过电机3测温：热电，热敛电阻，4测压力：弹性式、平衡式、固体式。5测量：节资式、容积式、涡轮式、电磁式、超声波式6液：浮力式、静压式、电容式、超声波式。7成分：队值、含氧量。8擦伤：YX超声波。二、执行机构：1 气动执行器2 液压执行器3 电动执行器三、控制器（调节器Controller）1电动单元组合仪表我国生产的电动单元组合仪表，到目前为止，已有了三代产品，它们分别为：DDZ-：六十年代中期生产的以电子管与磁放大器为主。DDZ-：七十年代初开始，以晶体管为主。DDZ-：八十年代初开始，以线性集成电路为主，具有安全火花防爆性能。DDZ电（Dian）单（
5、Dan），组（Zu）。单元组合仪表必须要统一的联络信号DDZ-，DDZ-中采用010mADDZ-采用国际统一标准（IEC）420mADC15VDC仪表的基本技术指标1）精确度模拟式仪表的合理精确度，应该以测量范围中最大的绝对误差和仪表的测量范围之比来衡量，这种比值称为（相对于）的百分误差。例：某设计的刻度由-50+150，最大误差不超过3，则其相对百分百分误差为：仪表工业规定，去年上式中相对百分误差“%”，为仪表精致 ，如0.1级，0.2级，0.5级，1.0级，1.5级，2.5级。2)灵敏度和灵敏阀值分解力限灵敏度表示测量仪表对被测参数的敏感程度，常以仪表输出，例如指示装置的直线位移或角位移与
6、引起此位移的被测参数变化量之比来表示，即式中 =仪表指示装置的直线位移或角位移。 =被测参数的变化值。灵敏限：指仪表能感受并发生动作的输入量的最小值。3)变差在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被测参量反复测量(正行程和反行程时)所产生的最大差值与测量范围之比称为变差。2、可编程控制器(PLC)Program mable Logical Contoller可编程控制器是采用微电脑技术制造的通用的自动控制设备。它以顺序控制为主，四路调节为辅，能完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算等动能，既能控制开关量，也能控制模拟点，控制规模从几十点到上千个点。它具有高可靠性，能适应工业现场的高温、冲击、
7、振动等恶劣环境，用于控制机械设备，生产流水线和生产过程。它还能与计算机进行通信，构成计算机集电处理或分布式控制监测系统。控制图编程语言：PLC结构示意图5、工业控制计算机随着计算机的发展特别是微型机的发展，工业控制计算机开始大量使用，目前觉的有UME总线，STD总线及PC总线，24小时联络连续运行。CPURoM/RAMDgital I/OInductryI/OAnaloy I/OOtherModnle总线busSTD是英文Stanolarol的缩写。它是56线的同步总线同，包括6根逻辑电源线，8根双同数据线，16根地址线，22根控制线(3根为双面)，4根辅助电源线。小板结构，尺寸：114.31
8、65.1mm2作业：1、介绍一种较新的工业计算机或集散系统产品，要求：功能/技术/指标特点。2、介绍一种较新的可编程控制器产品或四路调节器。4、集散控制系统第二章 控制系统测试仪器的进展一、时域法使用的进展电导仪、信号发生器、模拟机、实验台二、频域仪器的进展1、直接法仪器1949年，苏联做了国际上第一套超低频成套仪器，范围0.01100Hz我国六十年代 0.001100Hz 相位2我国七十年代 0.001100Hz 1.5% 0.51由三台使用组成： XD5 超低频信号发生器 DS23 超低频峰值电压表 PS34 超低频相位频率计2、补偿法仪器 六十年代 XFD-8 超低频信号发生器 XYD-
9、1 超低频称相器 SBD-6 低频双线尔波器 现已不用3、相关滤波法仪器目前国内BG6 超低频频率特性测试仪频率范围：0.00001159.9Hz精度： 0.05% 相位0.2BT6与BB3调制解调器的使用，可进行交流载波系统的测试国际上 英国 Solartron公司 三十年历史1973年的 1170系列八十年代 1250系列1250频率响应分析仪 10Hz65.5K12501 信号发生器12502 调制解调器12503 绘图仪此外 英国SE公司 SE2450频率特性分析仪10.0001Hz10kHz日本NF公司S-5720 型频率响应分析仪10.0001HH100kHz三、统计法仪器的进展1
10、、噪声发生器：利用跟随机信号发生器，源滤波可产生的噪声，日本NF公司 WG-721A2、伪随机信号发生器最大 二元系列，m系列英国 Solartron JM1861 (七十年代)美国HP 1930A日本武田理研公司 TR-4200系列的TR-4203国产XT21 结构与英国Solartron相同3、相关仪智能现在 ，国产BUI型BU2型实时相关仪4、 功率谱分析仪5、 分析功率谱函数专用。6、 FFT分析仪FFT分析仪是综合性分析仪功能：实数与复数 FFTIFFT自(互)谱高度 自(互)相关，差积，数字滤波，概率密度、传函、频率特性、相平函数、波形平均、 捕捉六十年代问世以来，已有七十学科产品
11、，在用通用漆智能检测的系统，法国 RS-600美国 HP5441C日本 JEF-16AN微处理机内核心，日本 CF-400 ，900CF-500法国 IW-110专用芯片的 美国SD-345 375 750日本 式同理研 TR9405国产1978HA1现在发展为UFT第二节实验技术的进展一、控制系统实验的分类静态实验：是指在静态情况下的各种性能参数的测试与调整。动态实验：是指对输入信号的响应特性及动态参数的测试与调整。二、控制系统实验方法（一）时域法1、脉冲响应法2、阶跃响应法（二）频域法1、直接法2、补偿法3、相关滤波法利用频率特性测试仪（三）统计法：三条优点：1、 实验可在系统正常转运状态
12、下进行；2、 可避免不希望的噪声影响；3、 出现能量存在问题，也不影响。炉温控制系统数学模型进入系统的热量？PID参数的工程整定法Kp第三讲对象特性的实验测定前言设计一个自动控制系统，首选应对被控对象的特性作全面的分析和测定。一般的研究方法有两种：1、分析法：通过分析对象的运动方式、过程要，机理、物料或能量平衡关系，运用各种物理、化学的定律求得数学模型，即对象动态特性的微分方程式，此法对于简单对象或系统各环节的特性可适用。2、实验法：通过实验测定，获得实验数据，然后对数据进行加工整理，而求得对象的微分方程或传递函数。目前，用于测定对象动态特性的实验方法主要有三种：1）时域法此方法主要是求取对象
13、的飞升曲线，或分波响应曲线。（阶路响应曲线）此方法不需要特殊的信号发生器，通常可利用控制系统中的原有仪器或设备，方法简单、测试工作量较小，故应用甚广。缺点是测试精度不高，且对生产有一定的影响。2）频域法在对象输入端加正弦波，测出输入量与输出量之幅度比与相位差，获得对象的频率特性。此法精度较高，对生产影响小，但需专门设备、测试工作量大。3）统计法在对象输入端加上某种随机信号或直接利用对象输入本身存在的随机噪音，观察记录由它引起的对象各参数的变化，从而研究对象的动态特性。所用的随机信号有自噪声，随机开关信号等。此方法精度高，对生产不产生影响，试验结果不受干扰影响，但需大量数据，用计算机或相关仪器处
14、理。第一节时域法多数工业对象的特性常可用具有纯滞后的一阶或二阶非周期环节来近似描述，即或有时也有少数表达为或时域法首选应先假定好对象的描述形式，怎样假定这样取决于对控制对象的分析或经验。例水槽水位的动特性正常工作状态：动态方程：F为水槽横断面积则 取决于阀1的开度，取决于阀2的阻力，代入 或 写成标准形式传出： 这是个一阶惯性环节例一、由阶跃响应确定纯滞后一阶环节参数。传出： 飞升曲线如下：1、解1 (斜率最陡处)2、解2 令 若传送两个坐标t1、t2解得：若选 则可得故只需在图中找到两个点找出相应的点，t1、t2即可由上式推算出、T得二、由阶跃响应阶环节的参数得出或 上述得出在零初始状态下，
15、阶跃输入量为x0时解为用无因次表示引入无因次变量代入上式注意：上式只有三个参量成关系、及现令 令 因 故 当在01中取值时，可算出 与的关系如图在1-2的近变化，正负0.02，若令=1.2，则带来的最正误差为，这在工程中是允许的。于是我们找到了第一个关系 即 其次 令 ，再确定之间的关系。现将典型的二阶方程参数步骤简述如下：第一步： 第二步： 在处求得对应第三步：令 第四步：在处找到对应的求得 第五步：根据分三种情况讨论则 由 图中查得对应的值令，查 若 则 同一阶的方法即可。例加热炉的飞升曲线如图，用二阶环节来近似它。从式中可知 查图 时，第二节 频域法一、频率特性相关测试法频率特性测试法是
16、利用线性系统频率保持性，即在单一频率强迫振动时，系统输出也应是单一频率，且把系统的噪声干扰及非线性因素引起的输出畸变的活泼分量都看作干扰。频率特性的相关测试原理如下图：1、当系统无干扰时将y(t)与正余弦信号分别进行相关运算，即式中 T-周期 N正整数若则 2、当系统有干扰时其中 -随机噪音y(t)分别与sinwt及coswt进行相关运算：所以同理国产BG6型频率特性仪即按上述原理设计。输出 BT6 输入输入被测对象当输入信号的频率正点改变时，可测出一组频率特性数据，画出频率特性拟合曲线。1/T11/T2-20-40-60二、闭路测定法对包括调节器在内的闭路进行测试建模，见下图：T1T0yx对
17、 象调节器记录仪信号发生器开环测定法中零点的漂移不能消除，因而不能长期进行试验。闭路测定法的优点为：精度高：因为已形成一闭路系统，大大削弱了对象的零点漂移，因此可以长期地进行试验，振幅也可以取得较大。另外，由于闭路工作，若输入加在给定值上的信号是正弦波，则各坐标也将作正弦变化，因此也就减少了开路测定时，非线性环节所引起的误差。安全：因为调节器串接在这个系统中，所以即使突然有些干扰，由于调节器的作用也不会产生过大偏差而发生事故。 第三章 PID参数的实验整合法3.1 PID调节器3.2 稳定边界法3.3 反应曲线法3.4 误差曲线法第三讲 PID参数的实验整定法第一节 PID调节器 v uv e
18、ui被控对象PIDPI PD PID 式中 目前还有一个常用参数，即比例度，或比例带(propo tioins| band) 数字PID调节器 采样周期T0PID 增量式算法：M为常值，由稳态误差决定，加取稳态值80%。怎样评价PID调节参数最佳？典型的最佳调节过程的标准是：在阶跃的扰动作用下，保证调节过程波动的衰减年4=0.75(或更高)的前提下，使过程的最大动态很差、静态误差和调节时间最小。评定误差和调节时间最小，常采用一种误差绝对值积分指标来衡量，它是以稳定值为基准来定义误差：并用积分 综合表示了整个过渡过程中动态误差的大小。积分代差上过的面积它的意思是，在过渡过程中，被调量的偏差(不分
19、正负)对时间的累积数字愈小愈好。这个积分综合表示了偏差的大小和持续时间，所以积分面积最小表示偏差小和过渡过程快。除了上述指标外，还有其它指标如 希望误差平方积分或希望误差绝对值与时间乘积的积分最小：第二节 稳定边界法稳定软件界法又称临界比例度法：即在生产工艺容许的情况下，用试验方法找出。当一个比例调节系统的被调量作等幅振荡 (即达到了稳定边界时的临界比例度Pm)时，按经验公式求出调节器的整合参数。采用本法时，不需要单独对调节对象做动态特性实验，即可把调节器投入运行，这时只留下比例调节作用(为此，将积分时间放到最大，微分时间放到最小)。先把比例系数Kp放在较小值上(即比例度放在较大值上)，然后逐
20、步增大Kp，一直到出现衰减振荡的过渡过程为止。这时的比例系数为临界值Km或临界比例度为Pm，振荡周期为Tm，然后按下表推算PID参数。调节规律P(%)TiTDPPIPID2Pm2.2Pm1.7Pm0.85Tm0.5Tm0.13Tm将调节器参数安放后，再加扰动，观察调节过程，如符合4=0.75的整合原则，即算整合完毕。稳定边界法在下列情况下不宜采用：(1)临界比例度过小，因为此时调节阀很易溶解于全开开关位置，对生产工艺不利或不允许。例如一个燃料油加热炉，如果阀门关闭就易燃火。(2)工艺上的约束条件严格时，为等幅振荡将影响生产安全进行。第三节 反应曲线法反应曲线法专门用于一阶惯性带纯延迟环节。即
21、若求得了K、T、，则对于P调节器：对于PI调节器：对于PID调节器 例在某一蒸气加热器的自动控制系统中，当调节器的输出从6mA变为7mA时，温度记录从85升到87.8，从原来的稳定状态达到新的稳定状态。温度记录范围为50100，同时测出了=1.2分，T=2.5分，试确定PID参数。解： 只差K设想PI： PID： 第四节 衰减曲线法衰减曲线法是在总结“稳定边界法”和其它一些方法的基础上，经过反复试验得出来的，此方法不需要到临界振荡过程，而求得比例度，步骤简单，比较安全。假定整定要求是达到衰减率=0.75的过程，先把调节器改为比例作用()，放在某一比例度上投入运行，达到稳态后，适当改变给定值(通
22、常以5%左右为宜)，观察复试率，如达不到0.75，则相应反复比例度，直到达到复试率为止，而下此时的比例度P5及周期Ts,按下表计算参数。调节规律P(%)TiTDPPLPIDPs1.2Ps0.8Ps0.5Ts0.3Ts0.1Ts数字随动系统学习机使用说明数字随动系统是一个由计算机控制的位置跟踪系统。它将计算机预先给定的在时间上不连续的数字量，变成在时间上连续的，并且有一定输出功率的模拟量(角位移或转角)。当给定数量发生变化时，输出的模拟量也随之发生相应的变化。本装置以数字随动实验为主。学生的前导课：电子技术，计算机原理，自动控制系统，计算机控制系统等。利用该学习机进行数字随动系统的有关实验和研究
23、，从而培养学生在计算机控制系统硬件和软件的设计与调试能力，分析和解决系统调试运行过程中出现的各种实际问题的能力。该学习机配有电动机(执行机构)、测速发动机(速度反馈部件)、光电编码器(位置反馈部件)、减速齿轮(伟动部分)，通过不同的接口，可以分别用单板机、单片机或PC机做控制器，构成小功率数字随动系统。一、主要技术参数1、电源输入 AC220V10%输出 +5V 1A 12V 0.1A -24V 2A2、模拟调节器速度调节器 ASR P或PI/PD/PID调节 其中：PI/PD/PID出厂前设置为PI电流调节器 ACR接成PI调节器，其中Ri=78K RP=75K C=0.0223、PWM 功
24、放器 形状频率 60Hz6000Hz可调，出厂时调到约2KHz 脉冲幅值 10VP-P脉冲占空比 0100%可调功率放大器电压 -24V10%最大输出电流 1.2A电流反馈取样电阻 0.5/2W4、机械部分(1) 力矩电机、测速电机、光电编码器(参见附录一)(2) 减速器减速比 4：1磨擦机构，可调整模拟负载二、系统简介学习机由电控箱和机械装置两部分组成。电控箱提供系统电源，模拟环节，执行机构驱动电路及前后接口，是数字随动系统的重要部分，其结构及工作原理简介如下：(参见图二)1、数字计算机接口XS1和XS2是两个功能相同结构各有特点的计算机接口，XS1为36P印刷板插座，XS2为标准D型25P
25、插座，插座各引脚定义见表1，用户可根据自己配置灵活接线，其中+5V，12V电源可供接口电路及单片机装置用，也可使用外接电源。表1插座引脚符号对照表符号XJ3 (15)XJ2 (25)XJ1 (36)备注光电编码器+5V111.36电源D092220 UP(XJ6)D12143521 D23153,3422 D31034,3323 D44165,3224 D51146,3125 D65177,3026 D71258,2927 D86189,2828 DGND127.1910,27数字地CP7(接高电平)DGND14.15屏蔽层接地AGND8,2011,26模拟地+12V2112,25电源-12V
26、2213,24电源Un (XJ5)2314,23速度反馈Ui (XJ4)1115,22电流反馈Un* (XJ3)2416,21速度给定Ui* (XJ2)1217,20电流给定Uct* (XJ1)2518,1910电流反馈 (XB5，在板内)2、模拟环节速度调节器ASR和电流调节器ACR由通用型运放LM358组成，其外围电路如图2所示，用户也可根据实验需要改变各环节有关参数。3、PWM功率放大器PWM功放器由双运放A1组成三角波振荡器，与A3a及外围 电路组成的电压比较器共同构成电压控制PWM电路。当X11端电压由-5V+5V变化时，X12端输出脉冲宽度由100%0，调节RP3可使X11电压为0
27、时X12输出脉冲为50%，有关PWM电路工作原理可查阅有关资料。电动机功率放大器是由晶体管V1V10及相应电路组成的H桥式电路。电阻R40和R43为0.5电流取样电阻，其中一路经A3b反相后送出。电阻R56为0.5取样电阻，用于测量电动机电流。4其它电路及扩展区测速电机接口及滤波器调整电路由电位器P4，插口X18、X19等组成，可由XJ5观察测试。为便于用户扩散试验或二次开发，主板上附设了用户扩展区，可装接20P以内IC7片，16P以内3片。三、面板图说明学习机面板是以系统结构和工作原理相结合的形式设计的，采用了符合国家标准的图形符号，并在各环节和信号线上设置了检查测试插口。图1是面板布置图，
28、有关内容说明如下：1符号及插孔Ui、Un、Up分别为电流、速度、位置反馈信号。Ui*、Un*、分别为电流、速度给定信号。Uct*为计算机控制信号。插插XJ1XJ6为相应测试孔，其中XJ6为光电编码器最低位（20）脉冲信号，其余信号通过XS3连接到XS1和XS2插座上。XJ7为三角波输出信号测试端。X1X15为可叠插式插头互联的接线孔，可根据实验内容要求插接并可检测到各部位信号。X16、X17为力矩电机接线端，X18、X19为测速电机接线端。+5V、+12V、-12V、-24V为相应直流电源测试端，并通过对应LED显示。GND为公共接地端。2电位器及开关电位器RP1为-5V+5V直流电压调节，通
29、过S开关可接通或断开，作为速度环的阶跃输入信号RP5为速度调节器比例放大倍数调节电位器。RP3为PWM电路调零电位器。RP4为测速电机输出电压调节电位器。3接线插座XS1为36线PCB插座，XS2为25线D型插座，这两个插座是计算机插接口。XS3为光电码盘信号输入插头，XS1XS3的接线见表1，面板方向看各插座引线顺序见图2。4信号切换开关XB1XB5为给定和反馈信号A/D切换开关，其中XB4与XB5同为电流，反馈切换开关，两者大小相等，相位相反，故面板上仅标出XB4。为保证实验顺利进行，所有切换开关均在面板背后，由实验室管理人员根据实验需要设置，出厂位置如面板图所示。四、使用与维护1验机与准
30、备（1）通电前，检查面板上的紧固件、插座是否牢固，连接线是否正确。（2）通电合上电源开关。这时+12V、-12V、+5V、-24V的电源指示灯均应被点亮，同时用万用表检测各路电源的电压的数值和极性是否正确。允许误差12V及+5V电源 5%以内-24V电源 10%以内。（空载时约24-28V）（3）检查PWM脉冲调制功率放大器的工作情况。 PWM脉冲调制功率放大器由三部分组成。 三角波发生器，电压比较器和功率放大器。 首选在面板X17上用示波器观察三角波的波形，应为VP-P10V f20KHz的对称三角小以。 将比较器的输入端接地(X11与地短接)，用示波器观察X12的波形，应为一频率与三角波相
31、等的短形波。调节电位器Rp3使短形波宽度对称(方波)。 连接X12、X13，用示波器观察功率放大器输出端的波形，也就是一方波，宽度也应对称(不对称可用电位器Rp3调节)。 把执行机构力短电机接在功放的输出端X16，X17上(这时X11仍然接地)，调节Rp3可使电机正反转，最后调节Rp3使电机停转，输出端X16、X17的短形波对称的位置上。以上四步检查通过，说明PWM功放工作正常。(4) 检查模拟电路的工作 连接X2和X3、X8和X9、X10和X11、X6和X5，合上开关S，调节电位器Rp1，这时电机就可运转，X2的信号电压大，转速快；X2信号电压小，转速慢。电压反相，电机也反向旋转。 测量速度
32、反馈电压XJ5的极性，应使XJ5点的电压与X3的电压极性相反。如果极性一致，则应将电机接线端X18、X19的引线对调。 速度环闭调节：将X6和X5断开，使X4和X5连接，利用开关S给一个阶跃信号，观察速度输出，通过调节Rp5，使动态特性符合要求。电流反馈电压XJ4的极性与X9的电压极性相反。速度反馈电压的极性正确时电流反馈电压也是正确的。(注意XJ4为一个方向反馈电压，测量时哪测不出可使电机反向即可)。2、使用注意(1) 可锁紧叠插件的使用：X1X15及电源指示灯下的插孔在插头插入时手握塑料柄适当用力并向一个方向(一般习惯顺时针)旋转3090即可锁紧，拔出时向相反方向旋转即可，不能硬拔，更不可
33、直接拉导线，以免连接损坏。(2) 微型插孔使用：XJ1XJ6为微型插孔，可与示波器探头直接连接，亦可在孔内插入0.5mm的单股导线，但须防止导线折断在孔内。(3) 插座XS1及XS2、XS3插拔时要对准方向，并在断电状态下操作。(4) 如需调整XB1XB5或PWM开关频率，断电并拔出电源插头，将电路板从机箱拿出即可调整。3、维护保养(1) 电近代箱不用时应拔下相应插接线，并盖好箱盖。(2) 注意适时给减速齿轮输入少量机油，以减少磨损并可减小噪声。(3) 如果要对电动机和测速电机进行维修清洗，必须及时把短路环放入，以免磁钢失去磁性。五、附件及备件1、附件： D型25线插头 1套 连接线 10cm
34、 8根 25cm 4根 40cm 2根 电要连接线 0.4mm2 80cm 4 (红、黑各2根)2、备件 4插座 10个 插针 10个附录一：电动机、测速发电机及光电编码器原始数据1、光电编码器型号：AL-05-0-512绝对式电源电压：50.5V测量角度0360角分辩率360/512测量误差20输出高电平3.5V输出低电平0.5V消耗电流250mA波形：方波上升下降时间1S响应频率5KHz最大允许转数500r/min启动力矩210-3Nm2、直流力矩电机型号SYL-1.51 转子绕组绝缘电阻不小于100兆欧2 转子绕组经受耐压500伏/1分钟3 静摩擦力矩(组装式)0.0294Nm4 空载启
35、动电流0.18安5 转子直流电组(20C)27欧姆10%6 连续堵转力矩0.147 N.m -5%7 连续堵转电流0.9安8 连续堵转电压约20伏9 空载转速约800转/分10 转向火花1.5级3、测速电机型号70CDY-1额定数据：1、 灵敏度1伏/弧度/秒2、 纹波电压1%(20转/分时波动峰值对平均值)3、 每转纹波频率 33周/转4、 线性度1%5、 不对称度1%6、 最大运行速度400转/分7、 直流电阻230 (20 )8、 最小负载电阻230K9、 静摩擦力矩380g.cm一、实验目的1、 了解数字随动系统的硬件构成及各主要单元的作用，了解数字随动系统的工作原理。2、 掌握编制应
36、用软件的技能，提高使用C或汇编语言的能力。3、 掌握数字闭环控制系统的基本调试方法。二、实验设备计算机及相应接口卡；SKJ数字随动系统学习机一台；万用表1块；示波器一台。三、实验要求随动系统实际是一个位置跟踪系统，无论在工业上，还是在军事上，都不乏随动系统的例子。数字随动系统是计算机控制的随动系统，它的任务是将计算机预先约定的时间上不连续的数字量，变成在时间上连续的，并且有一定输出功率的模拟量(位移或转角)，当给定的数字量发生变化时，输出的模拟量也随之发生相应的变化。例如由计算机控制的火炮防空系统，便是数字随动各级组织诉典型实例。当目标进入雷达作用半径以内，一旦被自动跟踪雷达发现就被跟踪，同时
37、自动雷达将测得的目标当时位置(距离，方位角和高低角)随时送入计算机。计算机则按人们事先预定的推算方法迅速计算出目标的航向、航速以及射击武器的发射角度；引导其去击中目标。这里，计算机算出的发射角度即是火炮随动系统的数字给定，而火炮防空系统应使火炮的实际发射角度与给定的发射角度相一致，才能够准确地击中目标。这就要求火炮的跟踪即快且准，这就是数字随动系统应达到的性能指标。根据实际情况，要求数字随动系统的性能指标为：系统能跟踪位置和速度输入：当输入为位置信号时，系统的过渡过程时间ts1秒；超调量%5%；稳态误差应满足。当输入为速度信号时，应保证不失步，且位置误差要尽可能小。四、系统组成及基本原理数字随
38、动系统由以下三部分组成：被控对象直流电动机、微型计算机及输入输出接口电路以及外部设备。系统结构如图3所示。图3 数字随动系统结构图微型计算机系统是数字控制的主体，可由单片机系统或PC机及接口电路组成，实现A/D、D/A转换及控制算法；光电编码器作为角度检测元件，用来实现转角到数字量的转换、执行。该系统由以下三部分组成：被控对象直流电动机、微型计算机及输入输出接口电路以及外部设备。电机为永磁式直流伺服电机，由脉冲调宽式功率放大器为伺服电机供电，伺服电机连同测速发电机和相应的调节器组成了模拟的双闭环直流调速系统。由以上各部分组成了小功率数字随动系统。本系统的数字量给定由预先存入计算机内存中的两段程
39、序(即方波发生器子程序和三角波发生器子程序)来实现的，用以分别代表位置信号输入或者速度信号输入；也可以用任意设定的数字量给定程序，或者由键盘输入任何数据。直流伺服电机通过减速箱带动光电编码器与其同轴相接的圆刻度盘，将这个刻度盘作为本系统的被控对象，它可以从旋转，它的转角就是该系统的输出量。光电编码器则是转角检测元件，光刻度处于某一位置时，光电编码器便产生一个9位循环码，通过放大整形并译码之后，输出一个9位的二进制数字量，送到接口电路并行输入口，并被定时地读进计算机内，该数字量便是系统的反馈量。当数字量给定信号为位置信号时，初加给定，伺服电机尚处于静止状态，数字量反馈为零。计算机从内存专用单元取
40、出数字量给定，与数字量反馈相减，得到误差量。根据误差量，经过计算机实现某种控制规律(如PD算法或PID算法等)，得到数字调节器(即位置调节器)的输出量Cn。该输出数字量经过数/模转换，得到相应的模拟量(电压)，此模拟电压即作为双环调速系统速度调节器的输入信号，经过模拟的速度调节器、电流调节器以及PWM功率放大器，驱动伺服电机旋转，通过减速箱带动光电编码器和刻度盘转动。随着刻度盘的转动，由光电编码器输出的数字量反馈信号不断增大，由计算机运算得到的误差量相对应的输出量则随之减小。当刻度盘转过一定角度，到达数字量反馈信号与数字量给定相一致的位置时，误差为零，数字量输出Cn也等于零。电机便停止运转，完成了位置跟踪过程。另外，在位置跟踪时，要
