1、V 2 8M J E 3 7 1V 2 9M J E 3 7 1V 3 0M J E 3 7 1V 3 1M J E 3 7 1V 3 21 N 4 0 0 7V 3 31 N 4 0 0 7V 3 4I N 4 0 0 7V 3 51 N 4 0 0 7+ 1 2 V AG N D 1A-+M G 1M O T O R S E R V OV 2 8 BV 2 8 CV 2 9 BV 2 9 CV 3 0 BV 3 0 CV 3 1 BV 3 1 CP W M 脉宽调制变换器P W M 脉宽调制变换器A BM直流伺服电动机+ 1 2 V脉宽调制变换器脉宽调制变换器直流伺服电动机自动控制实验步骤
2、1 直流伺服电动机性能观察（定性观察，不用记录）1.1 将直流伺服电动机模块的“输出电压”接口连接到“电机输入”接口。打开电源。1.2 旋转“电压调节”旋钮，增加或减少输出电压值，可见伺服电机转速相应改变。1.3 将“输出电压”接口与“电机输入”接口正负极反接，可见伺服电机反转。1.4 断开一根导线，再重新接上，观察电机停转和起转的过程。1.5 思考伺服电机与普通电机性能区别。2 自动调压器工作原理测量2.1 控制目标：旋转控制旋钮控制自动调压器输出需要的电压值。2.2 用导线将 K2 后的黄，蓝插孔相连，将电机 M 上的蓝、红插孔相连，形成控制系统。转动“给定电压调节”旋钮，使调压器输出为
3、150V。2.3 目标控制器件是交流调压器中的直流伺服电动机，如图 9-8 所示，电动机转轴带动接触臂使它在变压器线圈上滑动，从而控制输出电压值，达到设定的输出电压时电动机停止。控制电动机转动采用 H 桥 PWM 电路，如图 9-7 所示。当V28、V29 导通，V30、V31 截止时，电流如红线所示，电动机正转。当V28、V29 截止，V30、V31 导通时电流如蓝线所示，电动机反转。2.4 控制 V28、V29、V30、V31 导通和截止原理如图 9-4 中的 Ub1 和 Ub2 波形所示，电路如图 9-6 所示（不必细看） 。Ub1 控制 V28、V29 通断，Ub2 控制V30、V31
4、。而 Ub1 和 Ub2 近似正好反相（之所以有微弱差别是为了保证V28、V29、V30、V31 不同时导通，从而避免使+12V 电源短路） ，所以只需研究 Ub1 即可，如图 9-4 所示的 Ub1 波形，矩形波占空比大于 50%，其平均电压大于零，则 V28、V29 导通，相应的 V30、V31 截止，所以电动机正转。同理，Ub1 波形占空比小于 50%，电动机反转。若 Ub1 波形占空比等于50%，V28、V29、V30、V31 都截止，则停止不动。用示波器同时观察 Ub1 和Ub2（即 DLD 输出的两个接口） ，按下“扰动”按钮再松开。在按下过程电机反转，松开过程电机正转，分别观察两
5、个过程 Ub1 和 Ub2 的占空比变化。测量时，在按下按钮，电机正转过程中迅速按下示波器上的 STOP 按钮，保存记录波形。同理，在松开按钮，电机反转过程中迅速按下示波器上的 STOP 按钮，保存记录波形。注意，测量时 Ub1 和 Ub2 会有占空比为近似 100%（全高电平）和近似 0%（全低电平）的过程，为了使波形更具代表性，希望控制按下 STOP 按钮的时机，使正转时 Ub1 占空比大约 75%左右，反转时 Ub1 占空比 25%左右。2.5 图 9-4 中，Ub1 和 Ub2 波形即 Upw 波形，Upw 是由 GM(三角波发生器器)输出Usa 和 K2 输出 Uc（直流电平）控制的
6、，如图 9-5 所示， Usa 通过 R16，Uc 通过 R17 相叠加，运放 N8 是过零比较器，当相加结果大于零，N8 输出-12V ，当相加结果小于零，N8 输出+12V 。那么 Uc 电平的高低决定了 Upw 的占空比，当 Uc 大于零，如图 9-4 所示波形，则占空比小于 50%。当 Uc 小于零，如图 9-4 所示波形，则占空比大于 50%。当 Uc 等于零，如图 9-4 所示波形，则占空比等于 50%。用示波器 CH1 测量 Usa（GM 输出） ，CH2 测量 Uc（K2 输出） 。CH1，CH2 都设置成直流耦合，以 Usa 即 CH1 为触发源（按下示波器“触发菜单”选择“
7、信源”为“CH1” ，旋转“触发电平”使屏幕右边的黄色箭头处于三角波的最大值和最小值之间） ，将 CH1 和 CH2 的零电平（屏幕左边的黄色和蓝色箭头）调成重合，居于屏幕中央，将 CH1 和 CH2 的幅度衰减调成一样（如都调成 5V 每格，方法见步骤 3.1） 。按下“扰动”按钮再松开。在按下过程电机反转，松开过程电机正转，分别观察两个过程 Uc 相对三角波 Usa 的变化。测量时，在按下按钮，电机反2.6 转过程中迅速按下示波器上的 STOP 按钮，保存记录波形。同理，在松开按钮，电机正转过程中迅速按下示波器上的 STOP 按钮，保存记录波形。注意，当 Uc电平完全超出三角波最大值或低于
8、最小值时，对应于步骤 2.3 中占空比 100%和0%，为了使波形更具代表性，希望控制按下 STOP 按钮的时机，使反转时 Uc电平尽量处于三角波正幅度的一半左右，正转时 Uc 电平尽量处于三角波负幅度的一半左右。分析所得波形与步骤 2.3 中所得波形的联系。2.7 由图 9-4 可知，Uc 电平值的大小受给定电压 Un*和反馈电压 Un 差值的控制，Uc=-K（Un*-Un） （K0 ） 。当 Un*大于 Un 时，Uc 小于零，最后控制电动机正转；当 Un*小于 Un 时， Uc 大于零，最后控制电动机反转；当 Un*等于 Un 时，Uc 等于零，控制电动机停转。具体电路如图 9-20 所
9、示。运放 N6B 构成一个加法器，Un*和 Un 是加法器的输入（由于此时 Un 是反相的，因此这里是加法） 。导线连接 K1，即 1-2 时，加法器放大倍数为 100；连接 K2，即 1-3 时，放大倍数为 12；连接 K3，即 1-4，放大倍数为 1。因此 K1、K2、K3 实际上代表 3 种不同放大倍数的比例放大器，我们也可以通过在 1-4 端子间串联电阻来得到其他的放大倍数。3 自动控制系统动态性能指标的测量3.1 处于 K2 连接时，用示波器 CH1 测量反馈电压 Un，调节 CH1 的幅度衰减旋钮（“伏/格”旋钮）调成 1V 每格，调节时基旋钮（“秒/格”旋钮）调成 1s 每格，即
10、慢扫描状态。3.2 当给定电压 Un*用阶跃信号作为输入，反馈电压 Un 的响应波形如图 3.1 时为较 图 3.1佳情况，上升时间较快，超调 40%以内，13 次振荡后趋于稳定。当按下 “扰动”按钮，即 Un*为一个下降沿，再松开时即为 Un*为一个上升沿，即 Un*输入为阶跃信号。下面测量当比例放大器处于 K2 时，控制系统响应的波形。按下“扰动”按钮再松开时，记录示波器上反馈电压 Un 的波形（注意此时 Un 相对于 Un*是反相的） 。比较 K2 时 Un 响应与图 3.1 的区别。3.3 改变放大倍数，重复上一步骤，测量不同放大倍数时 Un 的响应波形。测量K1（100 倍）时，Un
11、 的响应波形；测量 K3（1 倍）时，Un 的响应波形，由于放大倍数过小导致控制电压不能克服电机转动的静态阻力，所以电机基本不动，此时可以在 1-4 端子间串联 20K 电阻增加放大倍数再记录 Un 响应波形；再将 1与 2，3，4 都断开，使运放处于开路状态，此时运放放大倍数非常大，记录 Un响应波形。注意，为了能得到正确的波形，在换成 K3 或者 K1 前，先放在K2，然后按住“扰动”按钮不要松，等调压器稳定后，再换到 K3 或者 K1 或者开路后，松开“扰动”按钮，记录 Un 的响应波形。分析 K1、K3 和开路时 Un响应与 K2 和图 3.1 响应的区别。3.4 结合图 9-16，表 9-3 和表 9-5，自行设计，通过增加比例、积分或微分校正来校正 K1，K2，K3 时 Un 的响应，使之达到图 3.1 响应波形，需要进行理论分析。注意，实验箱上的 B 插孔与图 9-20 中运放 N6B 的反相端相连。
