3658 小功率直流伺服系統(tǒng)控制電路設(shè)計

3658 小功率直流伺服系統(tǒng)控制電路設(shè)計,功率,直流,伺服系統(tǒng),控制電路,設(shè)計 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 小 論 文 ） 第 I 頁 共 I 頁南京理工大學泰州科技學院畢業(yè)設(shè)計(小論文)作 者 : 武曉華學 號：05010237系 　 部 : 機械工程系專 業(yè) : 機械工程及自動化題 目 : 直流伺服系統(tǒng)指導者 王榮林 助教 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 小 論 文 ） 第 1 頁 共 6 頁摘要 隨著伺服技術(shù)的發(fā)展，伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛于各行各業(yè)。從軍用行業(yè)，到民用行業(yè)，再到航空航天。直流電動機由于具有良好的調(diào)速特性、較寬廣的調(diào)速范圍，長期以來在要求調(diào)速的地方，特別是對調(diào)速性能指標要求較高的場合。所以研究小功率直流伺服系統(tǒng)具有一定應(yīng)用意義。關(guān)鍵詞 伺服系統(tǒng) 小功率電機控制 1 伺服系統(tǒng)的發(fā)展簡況伺服系統(tǒng)是自動控制系統(tǒng)中的一類。它是伴隨電的應(yīng)用而發(fā)展起來的，最早出現(xiàn)于本世紀初。1934 年第一次提出了伺服機構(gòu)這個詞，隨著自動控制理論的發(fā)展，到本世紀中期，伺服系統(tǒng)的理論與實踐均趨于成熟，并得到廣泛應(yīng)用。近幾十年來在新技術(shù)革命的推動下，特別是伴隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速進步，伺服系統(tǒng)更是如虎添翼突飛猛進。它的應(yīng)用幾乎遍及社會的各個領(lǐng)域，下面簡單地列舉幾例。伺服系統(tǒng)在機械制造行業(yè)中用得最多最廣，各種機床運動部分的速度控制、運動軌跡控制、位置控制等，都是依靠各種伺服系統(tǒng)控制的。它們不僅能完成轉(zhuǎn)動控制、直線運動控制，而且能依靠多套伺服系統(tǒng)的配合，完成復雜的空間曲線運動的控制，如仿型機床的控制、機器人手臂關(guān)節(jié)的運動控制等。它們可以完成的運動控制精度高，速度快，遠非一般人工操作所能達到 [1]。在冶金工業(yè)中，電弧煉鋼爐、粉末冶金爐等的電極位置控制，水平連鑄機的拉坯運動控制，軋鋼機軋輥壓下運動的位置控制等，都是依靠伺服系統(tǒng)來實現(xiàn)的，這些更是無法用人工操作來代替。在運輸行業(yè)中，電氣機車的自動調(diào)速、高層建筑中電梯的升降控制、船舶的自動操舵、飛機的自動駕駛等，都由各種伺服系統(tǒng)為之效力，從而減緩操作人員的疲勞，同時也大大提高了工作效率。在軍事上，伺服系統(tǒng)用得更為普遍，如雷達天線的自動瞄準跟蹤控制，高射炮、戰(zhàn)術(shù)導彈發(fā)射架的瞄準運動控制，坦克炮塔的防搖穩(wěn)定控制，防空導彈的制導控制，魚雷的自動控制等。在計算機外圍設(shè)備中，也采用了不少伺服系統(tǒng)，如自動繪圖儀的畫筆控制系統(tǒng)、磁盤驅(qū)動系統(tǒng)等。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 小 論 文 ） 第 2 頁 共 6 頁如今，我國已成為世界上少有的幾個能產(chǎn)生激光電視放像系統(tǒng)的國家，用激光將信息錄制在光盤上 [2]。許多信息在電視機上構(gòu)成一幅畫面，放像過程是用很細的激光束沿信息道讀取信息，各種信息道之間的間隔已達微米級，因此控制激光束的位置伺服系統(tǒng)也具有響應(yīng)的控制精度，以保證獲取清晰穩(wěn)定的畫面。這種具有高精度伺服系統(tǒng)的激光電視放像機，已開始進入我國人民的家庭生活。2 伺服系統(tǒng)的作用、組成及分類在自動控制系統(tǒng)中，把輸入量能夠以一定準確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱為隨動系統(tǒng)，亦稱伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動裝置和驅(qū)動元件(或稱執(zhí)行元件)組成，高性能的伺服系統(tǒng)還有檢測裝置，反饋實際的輸出狀態(tài)。伺服系統(tǒng)按其驅(qū)動元件劃分，有步進式伺服系統(tǒng)、直流電動機(簡稱直流電機)伺服系統(tǒng)，交流電動機(簡稱交流電機)伺服系統(tǒng)……。按控制方式劃分，有開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)等 [3]。(1) 開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)主要是由驅(qū)動電路、執(zhí)行元件和負載三大部分組成。常用的執(zhí)行元件是步進電機，通常稱以步進電機作為執(zhí)行元件的開環(huán)系統(tǒng)為步進式伺服系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，如果是大功率驅(qū)動時，用電液脈沖馬達作為執(zhí)行元件。驅(qū)動電路的主要任務(wù)是將指令脈沖轉(zhuǎn)化為驅(qū)動執(zhí)行元件所需的信號。(2) 閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)主要是由執(zhí)行元件、檢測單元、比較環(huán)節(jié)、驅(qū)動電路和負載五部分組成。在閉環(huán)系統(tǒng)中，檢測元件將負載移動部件的實際位置檢測出來并轉(zhuǎn)換成電信號反饋給比較環(huán)節(jié)。常見的檢測元件有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光柵、磁柵和編碼盤等。通常把安裝在絲杠上的檢測元件組成的伺服系統(tǒng)稱為半閉環(huán)系統(tǒng)；把安裝在工作臺上的檢測元件組成的伺服系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)。由于絲杠和工作臺之間傳動誤差的存在，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度要比閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低一些。比較環(huán)節(jié)的作用是將指令信號和反饋信號進行比較，兩者的差值作為伺服系統(tǒng)的跟隨誤差，經(jīng)驅(qū)動電路，控制執(zhí)行元件帶動工作臺繼續(xù)移動，直到跟隨本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 小 論 文 ） 第 3 頁 共 6 頁誤差為零。根據(jù)進入比較環(huán)節(jié)信號的形式以及反饋檢測方式，閉環(huán)(半閉環(huán))系統(tǒng)可分為脈沖比較伺服系統(tǒng)、相位比較伺服系統(tǒng)和幅值比較伺服系統(tǒng)三種。由于比較環(huán)節(jié)輸出的信號非常微弱，不足以驅(qū)動執(zhí)行元件，故需對其進行放大，驅(qū)動電路正是為此而設(shè)置的。執(zhí)行元件的作用是根據(jù)控制信號，即來自比較環(huán)節(jié)的跟隨信號誤差，將表示位移量的電信號轉(zhuǎn)化為機械位移。常用的執(zhí)行元件有直流寬調(diào)速電動機、交流電動機等。執(zhí)行元件是伺服系統(tǒng)中必不可少的一部分，驅(qū)動電路是隨執(zhí)行元件的不同而不同的 [4]。(3) 開環(huán)、閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)缺點和區(qū)別開環(huán)系統(tǒng)是沒有輸出反饋的一類控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的輸入直接供給控制器，并通過控制器堆受控對象產(chǎn)生控制作用。開環(huán)系統(tǒng)的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、容易維修，缺點是精度低，容易受環(huán)境變化的干擾(例如電源波動、溫度變化等)影響。在工業(yè)與國防等要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域，絕大多數(shù)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)方案都是采用反饋原理，其輸出的全部或部分被反饋到輸入端。輸入與反饋信號比較后的差值(即偏差信號)加給控制器，然后再調(diào)節(jié)受控對象的輸出，從而形成閉環(huán)控制電路。所以，閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱為反饋控制系統(tǒng)，這種反饋成為負反饋。閉環(huán)控制系統(tǒng)比開環(huán)控制系統(tǒng)，具有一系列的優(yōu)點，包括精度高、動態(tài)性能好、抗干擾能力強等，缺點是結(jié)構(gòu)比較復雜、價格比較貴、維修人員要求文化素質(zhì)高 [5]。3 小功率電機控制直流電動機由于具有良好的調(diào)速特性、較寬廣的調(diào)速范圍，長期以來在要求調(diào)速的地方，特別是對調(diào)速性能指標要求較高的場合，例如軋鋼機、龍門刨和高精度機床等中得到了廣泛的應(yīng)用 [6]。以前直流電機調(diào)速系統(tǒng)采用直流發(fā)電機組供電，不僅重量大，效率低，占地多，而且控制的快速性比較差，維護也比較麻煩。近年來隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，已普遍采用了由晶閘管整流器供電的直流電機調(diào)速系統(tǒng)，用來取代以前廣泛采用的交流電動機——直流發(fā)電機組供電的系統(tǒng)。特別是廣泛采用本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 小 論 文 ） 第 4 頁 共 6 頁了由集成電路運算放大器構(gòu)成的電子調(diào)節(jié)器后，晶閘管整流器供電的直流電機調(diào)速系統(tǒng)在性能上遠遠地超過了直流發(fā)電機組供電的系統(tǒng)。近年來在微處理機研制方面的重大進展，更為實現(xiàn)直流電機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化和高精度創(chuàng)造了條件 [7]。另外，各種小功率電動機的應(yīng)用范圍是由它本身所具有的特性決定的。在各類小功率電動機中，感應(yīng)電動機應(yīng)用最廣泛，這是因為它結(jié)構(gòu)簡單、牢固，價格低廉，很少需要維護，使用壽命長，噪聲和震動小，并有各種轉(zhuǎn)速和容量等級可供選用。它的缺點是調(diào)速不大方便。小功率同步電動機不需要滑環(huán)，結(jié)構(gòu)也比較簡單，它具有恒定的轉(zhuǎn)速，主要用于需要轉(zhuǎn)速恒定的場合，如鐘表、定時器等。其中磁阻和磁滯兩種型式的力能指標較低。除了低速的儀用永磁同步電動機和磁滯電動機能自行起動外，磁阻式和一般的永磁式同步電動機都需要在轉(zhuǎn)子上安裝起動籠 [8]。4 電子電路的特點電子技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路 4 個時代，新的電子器件出現(xiàn)使電子電路發(fā)生了很大的變化，但就電路理論來說，發(fā)展卻相對較慢，基本的電路理論和分析方法已經(jīng)比較成熟 [9]。電子技術(shù)中所涉及的電路雖然很多，但將其按功能分類，一般可以分為信號產(chǎn)生電路、信號放大電路、信號變換電路、信號存儲電路、信號運算與處理電路、組合邏輯電路、時序邏輯電路和電源電路等 [10]。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，器件和電路的性能會越來越好，同樣的電路或系統(tǒng)，可以采用不同的器件和功能電路來實現(xiàn)，這樣就要求設(shè)計者進行綜合考慮，從而提高性能，降低成本 [11]。5 對控制系統(tǒng)的基本要求自動控制系統(tǒng)用于不同的目的，要求也往往不一樣。但自動控制技術(shù)是研究各類控制系統(tǒng)共同規(guī)律的一門技術(shù)，對控制系統(tǒng)有一個共同的需求，一般可歸結(jié)為穩(wěn)定、準確、快速 [12]。(1) 穩(wěn)定性 由于系統(tǒng)往往存在著慣性，當系統(tǒng)的各個參數(shù)設(shè)置不當時，將本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 小 論 文 ） 第 5 頁 共 6 頁會引起系統(tǒng)的振蕩而失去工作能力。穩(wěn)定性就是指動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)能夠恢復平衡狀態(tài)的能力 [13]。輸出量偏離平衡狀態(tài)后應(yīng)該隨著時間收斂并且最后回到初始的平衡狀態(tài)。穩(wěn)定性的要求是系統(tǒng)工作的首要條件。(2) 快速性 這是在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下提出的?？焖傩允侵府斚到y(tǒng)輸出量與給定的輸入量之間產(chǎn)生偏差時，消除這種偏差過程的快速程度。(3) 準確性 是指在調(diào)整過程結(jié)束后輸出量與給定的輸入量之間的偏差，或稱為靜態(tài)精度，這也是衡量系統(tǒng)工作性能的重要指標。例如數(shù)控機床精度越高，則加工精度也越高。由于受控對象的具體情況不同，各種系統(tǒng)對穩(wěn)、準、快的要求各有側(cè)重，例如，隨動系統(tǒng)對快速性要求較高，而調(diào)速系統(tǒng)對穩(wěn)定性提出較嚴格的要求。同一系統(tǒng)穩(wěn)、準、快有時是相互制約的?？焖傩院茫赡軙袕娏艺袷?；改善穩(wěn)定性，控制過程又可能過于遲緩，精度也可能變差。這就要求我們必須分析和解決這些矛盾。6 總結(jié)上述的各種控制策略基本上都是根據(jù)經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論提出來的，它們都依賴于電機的模型，當模型受到參數(shù)變化和擾動作用的影響時，系統(tǒng)的性能將受到很大的影響 [14]。現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)對控制的要求是響應(yīng)快、精度高、轉(zhuǎn)矩脈動小。實現(xiàn)交流電動機瞬時轉(zhuǎn)矩的高性能控制是滿足這些要求的關(guān)鍵因素 [15]。因此，現(xiàn)代高精度交流伺服系統(tǒng)要取得良好的控制性能，各種控制策略必須互相滲透，形成各種互補的復合控制策略。這樣可以控制各種單一控制策略本身的缺點，更好地滿足伺服系統(tǒng)的控制需要。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 小 論 文 ） 第 6 頁 共 6 頁參 考 文 獻[1] 鄭靜.小功率伺服無刷直流電機驅(qū)動器設(shè)計[J].電子測量技術(shù),2006,(3).[2] 何希才.常用電子電路(應(yīng)用 365 例)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006-9[3] 邵瑜.一種無刷直流電動機驅(qū)動及保護電路設(shè)計[J]. 微電機,2008,(8). [4] 肖英奎.伺服系統(tǒng)實用技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004-2[5] 章燕申.控制系統(tǒng)的設(shè)計與實踐[M].北京：清華大學出版社，1992-3[6] 李清新.伺服系統(tǒng)與機床電氣控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994-7[7] 陳永校.小功率電動機[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992-9[8] 許大中.電機控制[M].杭州：浙江大學出版社，1995-2[9] 寇戈.模擬電路與數(shù)字電路[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005-2[10] 楊興瑤.新編實用電子電路 500 例[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007-4[11] 黃錦安.電工技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004-9[12] 董景新.控制工程基礎(chǔ)[M].第二版，北京：清華大學出版社，2003-8[13] 鄧為民.自動控制原理試驗教程[M].北京：航天工業(yè)出版社，1991-8[14] 王遠.模擬電子技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，1997-10[15] 王耀德.交直流電力拖動控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994-5南京理工大學泰州科技學院畢業(yè)設(shè)計(論文)前期工作材料學 生 姓 名 : 武曉華 學 號： 05010237系 　 部 : 機械工程系專 業(yè) : 機械工程及自動化設(shè)計 (論 文 )題 目 : 小功率直流伺服系統(tǒng)控制電路指 導 教 師 : 王榮林 助教(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))材 料 目 錄序號 名 稱 數(shù)量 備 注1 畢業(yè)設(shè)計(論文)選題、審題表 12 畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書 13 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告〔含文獻綜述〕 14 畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯〔含原文〕 15 畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表 12009 年 5 月 南京理工大學泰州科技學院畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯系　　部： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 姓 名： 武曉華 學 號： 05010237 外文出處： Clemson University 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導教師評語：該同學，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計課題查找相關(guān)資料，完成翻譯。譯文語句通順，專業(yè)詞匯準確，編排符合規(guī)范和畢業(yè)設(shè)計相關(guān)要求。翻譯質(zhì)量優(yōu)。簽名： 年 月 日(用外文寫)注：請將該封面與附件裝訂成冊。附件 1：外文資料翻譯譯文對壓電執(zhí)行器的有效跟蹤控制M. Salah, M. McIntyre, D. Dawson, J.Wagner克萊姆森，克萊姆森大學電氣與機械工程學院編號：29634E-mail: msalah@ces.clemson.edu摘要：本文闡述的是，為了使壓電驅(qū)動器更好的工作，而對一種以遲滯模型為基礎(chǔ)的非線性魯棒控制方法進行了改進。該改進利用李雅普諾夫為基礎(chǔ)的穩(wěn)定性分析，以確保理想的位移軌跡是準確地跟蹤。模擬結(jié)果被提出并加以討論以證明有效控制策略的可行性。1 引言以壓電陶瓷（PZTA）為基礎(chǔ)的系統(tǒng)正在越來越明確的成為一種非常重要的精確定位的技術(shù)，無論是在科學和工業(yè)上，都得到了廣泛的關(guān)注。這些器件能完成高精度驅(qū)動任務(wù)。由于其高剛度，響應(yīng)速度快，分辨率極大等特點，他們往往利用在機構(gòu)的驅(qū)動系統(tǒng)中 [19]，并可以用來作為傳感器或執(zhí)行器等系統(tǒng)。PZTA 的優(yōu)點[14]包括： 1）無磨損，2）高效率，3）幾乎是無限小的定位能力，4）超快速擴張，還有 5）有能力提供大驅(qū)動力量。這些微定位元素在許多重要的應(yīng)用發(fā)揮了巨大作用，如掃描隧道顯微鏡 [31]，掃描探針顯微鏡 [9], [23]，激光應(yīng)用 [29]，及液壓伺服控制系統(tǒng) [5]等等。盡管 PZTA 在微型定位系統(tǒng)中有不可取代的優(yōu)點，但是，由于它們由鐵電體和陶瓷材料組成，驅(qū)動器的定位反應(yīng)會表現(xiàn)出一種強大的歇斯底里的活動。具體地說，一個應(yīng)用電壓是典型的啟動 PZTA 的輸入控制信號，但是萬一該輸入控制電壓是比較大的情況下，PZTA 會出現(xiàn)大量的失真，這是由于裝置中固有的滯后現(xiàn)象。這種效應(yīng)可能會在反饋控制等方面降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性 [26]。由于這一非線性行為，我們可以想象在使用 PZTA 進行精確跟蹤控制時的困難。因此，在非線性控制策略中，都需要使用 PZTA 的微型定位與跟蹤系統(tǒng)。過去 PZTA 研究集中于建立精確的動態(tài)驅(qū)動模型 [3]，[18]，[30] ，而其他的研究都集中在發(fā)展主動控制策略，用于精密定位和跟蹤應(yīng)用系統(tǒng) [13]，[14]，[19]，[25]，[27] 。在第[12]篇參考文獻中，作者們對于建立 PZTA 的動力學模型問題提供了一個簡明的文獻綜述。由于 PZTA 低能的非線性性質(zhì)，最近的著作側(cè)重于開發(fā)新模型來替代它，以避免其內(nèi)部的遲滯現(xiàn)象。在第 [30]篇文獻中，作者將非線性彈簧單元引入遲滯模型，并利用了麥克斯韋滑動構(gòu)造，而 [16]的作者將其用于支持向量回歸的非線性模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。 [17]和 [22]的作者發(fā)現(xiàn)，如果控制輸入是電荷，而不是外加電壓，用電壓來實現(xiàn)對 PZTA 的線性補償是可以實現(xiàn)的。 Furutani 等人的 [10]通過將電荷反饋與逆?zhèn)鬟f函數(shù)補償相結(jié)合，能改進 PZTA 的控制策略。 Vautier 和 Moheimani的 [26]表明，采用一種電荷控制，PZTA 的非線性效果的影響能被有效地降低，另外他們還提供了實驗數(shù)據(jù)，證明使用電荷控制的效率。此外，Main 等的 [21]同時呈獻了電壓和電荷控制的實驗數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)表明，在相同條件下，電荷控制相比電壓控制有更好的線性和更低的遲滯性。在第 [20]篇文獻中，作者提出了一種新的數(shù)學模型來描述復雜的滯后性，它基于一個新的參數(shù)，即 PZTA 的轉(zhuǎn)折電壓。在論文中，作者們能夠利用這個參數(shù)，以遏制固有的滯后性，以符合 PZTA 的±1%充分跨度范圍。Shieh 等人的 [24]制定了一個建立在魯格里模型的功能基礎(chǔ)上的參數(shù)化滯遲摩擦函數(shù)，以描述 PZTA 的遲滯特性。因此，這些研究人員能夠設(shè)計出一種擁有參數(shù)自適應(yīng)算法的合適的位移跟蹤控制。在 [3]中，Bashash 和 Jalili 提出了擾動估計技術(shù)，以補償結(jié)構(gòu)非線性和未建模 PZTA 的動力學。在著作中， [3] 的作者們通過對由含有電容式位置傳感器的PZTA 的納米級的驅(qū)動實驗，驗證了上述提出的模型。其他的研究在文獻中，重點發(fā)展為精確控制 PZTA 的智能控制計劃。一些這樣的設(shè)計都是基于逆遲滯模型，其被假設(shè)為預先驗證的，所以前饋技術(shù)可以被利用在控制的設(shè)計中 [2],[18]。其他的，如 [4],[6],[13],[14]等，應(yīng)用了反饋線性化，以補償遲滯動態(tài)，然后實施跟蹤控制器。Wu 和 Zou 在 [28]中介紹了基于反轉(zhuǎn)的迭代控制方法，以彌補在高速、大范圍的追蹤中滯后和振動的動態(tài)變化。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制也被使用于對 PZTA 遲滯非線性的建模和控制 PZTA 的微觀運動 [14]，[27] 。在 [19]中，作者提出了一個精確定位跟蹤的有效控制策略。要實施這些管制法，只需要一個估計系統(tǒng)參數(shù)的知識和相應(yīng)的約束，以及包括擾亂的滯后效應(yīng)的上下限。在 [25]中，Stepanenko 等人推出并實施了一個近似的函數(shù)，并由模糊邏輯技術(shù)補償遲滯非線性。在這篇文獻中，PZTA 的位移被緊密的跟蹤控制以獲得期望的軌跡。一種非線性有效控制策略在 PZTA 的電荷反饋和遲滯模型的部分知識基礎(chǔ)上被改進。電荷控制消除 PZTA 滯后性影響的辦法，并提供在上的更好的有效控制 [1] 。通過對嵌入在 PZTA 電路中的電容的電壓測量，該電荷測量方法得到了確認。以李雅普諾夫為基礎(chǔ)的分析，證明了精確跟蹤能被利用于改進該控制策略。模擬結(jié)果呈獻出來，都表明了主動控制辦法是切實可行的。本文的組織結(jié)構(gòu)如下：在第 2 條中，基于科爾曼-赫吉敦的遲滯模型隨壓電執(zhí)行機構(gòu)以及所需的對系統(tǒng)的假設(shè)一起被呈獻。在第 3 條中，非線性有效控制計劃方案被改進，而與穩(wěn)定性分析驗證壓電理想位移能夠被有效的跟蹤。在第 4 條中，模擬結(jié)果被給出以證明有效控制策略。最后，第 5 節(jié)是結(jié)束語。2 PZTA 系統(tǒng)模型2.1 PZTA 的伸長動力學圖 1．輸入電壓導致 PZTA 伸長示意圖如圖 1 所示，擁有單一伸長軸的 PZTA，可以動態(tài)地描述為：（1）pLFym???式中，m ∈R 表示 PZTA 的質(zhì)量，L ∈R 表示沒被激活前 PZTA 的長度，F(xiàn) p (t) ∈ R 表示由于 PZTA 伸長產(chǎn)生的力， 表示作用在 PZTA 上的垂直力，??L??,表示位移、速度和加速度，分別是 PZTA 伸長的有效參數(shù)。??Rtyt?)(,?PZTA 的等效電路模型如圖 2 所示：圖 2．PZTA 的等效電路模型在這幅示意圖中，V(t) ∈R 表示輸入的控制電壓， 表示通過 PZTA 的Rtq?)(?電流，因為 。另外， 是一個串聯(lián)電容器，它方便了通過測量穿)(tqi????Cm過 的電壓 而實現(xiàn)對 的測量，因為 。在圖二中，H 顯示mCV?t)( mVC?電路元件在電壓 和感應(yīng)電荷 q(t)之間的固有的滯后傾向，一個隨后的部分Rth)(將更進一步確定滯后模型。參數(shù) 是 PZTA 的內(nèi)部電容， 是通過??Cc Rtq?)(?的電流，而 是穿過電容的電壓。最后， Tem 指示的電路元件代表后來cCtVc)(確定的伸長模型，而 是與伸長有關(guān)的常數(shù)[19]。另外， 表示流過RTem tp)(?支路的電流。2.2 遲滯模型我們定義一個非線性的遲滯模型 ，用它來描述輸入電壓 與驅(qū)RVHh?)( )(tVh動電荷 之間的關(guān)系。對于這篇文章來說，一個基于杜赫姆的滯后模型可以被定)(tq義作為 [8]：(2))()()(hhhVdfVq???式中， 是一個后來確定的信號。 變量 被定義作為：RVfh?)(式中， 是在 時刻的驅(qū)動電荷， 是在 時刻的輸入電壓，Rq?00t?RVh?00t?是一個常數(shù)，而 是 與輸入電壓 有關(guān)的偏導數(shù)，參數(shù)??Rf?)(?)(f )(h， 以及 有以下性質(zhì) [7]：)(hVd)(hfgh性質(zhì) 1：函數(shù) 是分段光滑，單調(diào)遞增，而且是奇函數(shù)。V性質(zhì) 2：函數(shù) 分段連續(xù)，而且是偶函數(shù)。)(h性質(zhì) 3：函數(shù) 是已知的，而、而且是可逆的，例如 ，f )(hVf?。)(1hhVf??性質(zhì) 4： 的與 有關(guān)的偏導數(shù)不為零，因此，)hf )(.,)(hhVfeit?，其中， 是常量。0)(????f ??R0性質(zhì) 5：函數(shù) 有一個有限的上限 ，式中，)(hVg )()(.,???gfei)()(hhVf??性質(zhì) 6：函數(shù) 的范圍由下式限制：)(hd（5）d??式中， 是一個常量（證明請參閱附錄一） 。??Rd?2.3 伸長模型我們用兩個線性關(guān)系來模仿 PZTA 的伸長運動。其中一個模仿了驅(qū)動伸長軸位移 的電荷 的作用，并由下式給出：)(ty)(tqp(6)yTqemp?另一個關(guān)系將由伸長運動產(chǎn)生的力 描述成一個有電壓 表示的函數(shù) [19]，)(tF)(tVc并由下式給出：(7)cempVT?在式（6）和（7）中， 是 PZTA 固有的伸長常量。emT2.4 動態(tài)模型與假設(shè)為方便以后的控制目的，一個動力學的，與伸長軸位移 y(t)相關(guān)的表達方式應(yīng)該被給出，并且應(yīng)該由作用在 PZTA 的驅(qū)動電荷 q(t)來表示函數(shù)。有了這樣一個動力學模型的工作的有點是很明顯的，因為它少了遲滯的限制，關(guān)于這點我們已經(jīng)在以前討論過了 [10]，[21] ，[26] 。由圖二中我們可以看出，驅(qū)動電荷可以明顯地被表達為：(8)pcqVCq??從上式可以看出，式（1）的表達可以改寫為：(9)qTFymcemL?????????式中我們用到了式（6）和（7） ，變量 由下式定義：RyL?),(? （10）yCTFcemL????????2為了便于跟蹤控制的設(shè)計，我們給出以下三個假設(shè)：假設(shè) 1：我們假定 PZTA 的參數(shù)以及其他的參數(shù)如 m， 和 都是已知的，CemT而且隨時間變化維持常量。假設(shè) 2：假定 PZTA 有效點的速度 和位移量 y(t)都是可測的。)(ty?假設(shè) 3：假定力 以及一介導數(shù) 都是有界的， （),(yFL? ),yFL?，而 ）??yFeiL),(.,? ??tty(),( 南京理工大學泰州科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書系 　 　 　 部 ： 機械工程系專 業(yè) ： 機械工程及自動化學 生 姓 名： 武曉華學 號：05010237設(shè) 計 (論 文 )題 目 ： 小功率直流伺服系統(tǒng)控制電路設(shè)計起 迄 日 期 : 2009 年 3 月 9 日—6 月 14 日設(shè)計 (論文 )地點 : 南京理工大學泰州科技學院指 導 教 師 :專 業(yè) 負 責 人 :發(fā)任務(wù)書日期: 2009 年 2 月 26 日任務(wù)書填寫要求1．畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書由指導教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學生所在專業(yè)的負責人審查、系部領(lǐng)導簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在第七學期結(jié)束前填好并發(fā)給學生；2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學生畢業(yè)設(shè)計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當經(jīng)過所在專業(yè)及系部主管領(lǐng)導審批后方可重新填寫；4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“系部” 、 “專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學生的“學號”要寫全號；5．任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻”的填寫，應(yīng)按照國標 GB 7714—2005《文后參考文獻著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；6．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當按照國標 GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2009 年 3 月 15 日”或“2009-03-15”。畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書1．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達到的目的：（1）引導學生自覺地將知識學習與科學、技術(shù)、工程研究相結(jié)合，學會查找并利用相關(guān)的文獻資料，基本掌握科學研究的思路、方法和手段；（2）提高學生的實踐能力和動手能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)與敬業(yè)精神；（3）培養(yǎng)學生的團隊拼搏精神，使學生能更好地熔入社會；（4）學會撰寫科技論文報告。2．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：要求學生應(yīng)用學過的模擬電路、控制理論等知識，根據(jù)題目的要求，設(shè)計小功率直流伺服系統(tǒng)的控制電路，控制電機工作。要求：1. 清楚控制對象的工作情況； 2. 控制信號可以是直流的，也可以是交流的； 3. 根據(jù)執(zhí)行電機的功率估算放大器各級所選的元件參數(shù)；4. 控制電路要保證電機能在正、反二個方向運動；5. 完成控制電路實驗（如果能帶動電機工作更好） ；6. 分析直流伺服系統(tǒng)的工作特點；7. 執(zhí)行電機的參數(shù)如下表電機型號 額定功率 額定電流 額定電壓S221D 36W 1.5A 24V測速機 輸出電壓 轉(zhuǎn)速 線性精度30CY-1 15V 3000r/m 1％畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書3．對本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計論文、圖表、實物樣品等〕：課題成果內(nèi)容包括：1. 完成小功率直流伺服系統(tǒng)控制電路的設(shè)計；2. 完成小功率直流伺服系統(tǒng)控制電路的實驗；3. 應(yīng)用計算機繪制小功率直流伺服系統(tǒng)控制電路圖并注明參數(shù)；4．主要參考文獻：[1] 何希才.常用電子電路（應(yīng)用 365 例）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006. [2] 楊興瑤等.新編實用電子電路 500 例[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007. [3] 章燕申，袁曾任等.控制系統(tǒng)的設(shè)計與實踐[M].北京：清華大學出版社，1992.[4] 馮國楠.現(xiàn)代伺服系統(tǒng)的分析與設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1990.[5] 曾樂生，施妙和.隨動系統(tǒng)[M].北京：北京工業(yè)學院出版社，1988.[6] 胡家耀，趙雅君. 現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)[M].北京：輕工業(yè)出版，1990.[7] 孫輝，張濤，張旭東.快學易學 Protel 99[M] .北京：郵電大學出版社，2001.[8] 王遠.模擬電子技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，1997.[9] 王耀德.交直流電力拖動控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994.[10] 王炳欽.集成電路應(yīng)用原理[M].成都：電子科技大學出版社，1994.[11] 邵瑜，李聲晉，蘆剛.一種無刷直流電動機驅(qū)動及保護電路設(shè)計[J].微電機,2008,(8). [12] 李超，李波.一種實用型直流電機控制電路的設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008,(15). [13] 鄭靜,渠慎豐.小功率伺服無刷直流電機驅(qū)動器設(shè)計[J].電子測量技術(shù)，2006,(3). 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書5．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進度計劃：起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容2009 年3 月 9 日 ~ 3 月 28 日3 月 29 日 ~ 4 月 15 日4 月 16 日 ~ 5 月 15 日5 月 16 日 ~ 6 月 8 日6 月 9 日~ 6 月 14 日學生查資料，根據(jù)題目寫開題報告（文獻綜述） 、翻譯一篇與題目相關(guān)的外文資料根據(jù)題目的要求，制定出初步的放大器原理方案根據(jù)修改后的設(shè)計方案，做實驗用 Protel 畫最終的電路，并完成畢業(yè)論文論文答辯所在專業(yè)審查意見：負責人： 年 月 日系部意見：系部主任： 年 月 日 南京理工大學泰州科技學院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告學 生 姓 名： 武曉華學 號：05010237專 業(yè) ： 機械工程及自動化設(shè)計 (論文 )題目 ： 小功率直流伺服系統(tǒng)控制電路設(shè)計指 導 教 師 : 王榮林2009 年 3 月 22 日開題報告填寫要求1．開題報告（含“文獻綜述” ）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導教師簽署意見；3． “文獻綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應(yīng)不少于15 篇（不包括辭典、手冊） ；4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當按照國標 GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2008 年 3 月 15 日”或“2008-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000 字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述摘要 隨著伺服技術(shù)的發(fā)展，伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛于各行各業(yè)。從軍用行業(yè)，到民用行業(yè)，再到航空航天。直流電動機由于具有良好的調(diào)速特性、較寬廣的調(diào)速范圍，長期以來在要求調(diào)速的地方，特別是對調(diào)速性能指標要求較高的場合。所以研究小功率直流伺服系統(tǒng)具有一定應(yīng)用意義。關(guān)鍵詞 伺服系統(tǒng) 閉環(huán)系統(tǒng) 小功率電機控制 直流電動機1 伺服系統(tǒng)的發(fā)展簡況伺服系統(tǒng)是自動控制系統(tǒng)中的一類。它是伴隨電的應(yīng)用而發(fā)展起來的，最早出現(xiàn)于本世紀初。1934 年第一次提出了伺服機構(gòu)這個詞，隨著自動控制理論的發(fā)展，到本世紀中期，伺服系統(tǒng)的理論與實踐均趨于成熟，并得到廣泛應(yīng)用。近幾十年來在新技術(shù)革命的推動下，特別是伴隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速進步，伺服系統(tǒng)更是如虎添翼突飛猛進。它的應(yīng)用幾乎遍及社會的各個領(lǐng)域，下面簡單地列舉幾例。伺服系統(tǒng)在機械制造行業(yè)中用得最多最廣，各種機床運動部分的速度控制、運動軌跡控制、位置控制等，都是依靠各種伺服系統(tǒng)控制的。它們不僅能完成轉(zhuǎn)動控制、直線運動控制，而且能依靠多套伺服系統(tǒng)的配合，完成復雜的空間曲線運動的控制，如仿型機床的控制、機器人手臂關(guān)節(jié)的運動控制等。它們可以完成的運動控制精度高，速度快，遠非一般人工操作所能達到 [1]。在冶金工業(yè)中，電弧煉鋼爐、粉末冶金爐等的電極位置控制，水平連鑄機的拉坯運動控制，軋鋼機軋輥壓下運動的位置控制等，都是依靠伺服系統(tǒng)來實現(xiàn)的，這些更是無法用人工操作來代替。在運輸行業(yè)中，電氣機車的自動調(diào)速、高層建筑中電梯的升降控制、船舶的自動操舵、飛機的自動駕駛等，都由各種伺服系統(tǒng)為之效力，從而減緩操作人員的疲勞，同時也大大提高了工作效率。在軍事上，伺服系統(tǒng)用得更為普遍，如雷達天線的自動瞄準跟蹤控制，高射炮、戰(zhàn)術(shù)導彈發(fā)射架的瞄準運動控制，坦克炮塔的防搖穩(wěn)定控制，防空導彈的制導控制，魚雷的自動控制等。在計算機外圍設(shè)備中，也采用了不少伺服系統(tǒng)，如自動繪圖儀的畫筆控制系統(tǒng)、磁盤驅(qū)動系統(tǒng)等。如今，我國已成為世界上少有的幾個能產(chǎn)生激光電視放像系統(tǒng)的國家，用激光將信息錄制在光盤上 [2]。許多信息在電視機上構(gòu)成一幅畫面，放像過程是用很細的激光束沿信息道讀取信息，各種信息道之間的間隔已達微米級，因此控制激光束的位置伺服系統(tǒng)也具有響應(yīng)的控制精度，以保證獲取清晰穩(wěn)定的畫面。這種具有高精度伺服系統(tǒng)的激光電視放像機，已開始進入我國人民的家庭生活。伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，大至控制上噸重的巨型雷達天線，可及時準確地跟蹤人造衛(wèi)星的發(fā)射，小至用音圈電機來控制電視放像機的激光頭，從國防、工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸?shù)兰彝ド睿冶貙l(fā)展應(yīng)用到更新的領(lǐng)域。2 伺服系統(tǒng)的作用、組成及分類在自動控制系統(tǒng)中，把輸入量能夠以一定準確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱為隨動系統(tǒng)，亦稱伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動裝置和驅(qū)動元件(或稱執(zhí)行元件)組成，高性能的伺服系統(tǒng)還有檢測裝置，反饋實際的輸出狀態(tài)。伺服系統(tǒng)按其驅(qū)動元件劃分，有步進式伺服系統(tǒng)、直流電動機(簡稱直流電機)伺服系統(tǒng)，交流電動機(簡稱交流電機)伺服系統(tǒng)……。按控制方式劃分，有開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)等 [3]。(1) 開環(huán)系統(tǒng)圖 1 是開環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成圖。它主要是由驅(qū)動電路、執(zhí)行元件和負載三大部分組成。常用的執(zhí)行元件是步進電機，通常稱以步進電機作為執(zhí)行元件的開環(huán)系統(tǒng)為步進式伺服系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，如果是大功率驅(qū)動時，用電液脈沖馬達作為執(zhí)行元件。驅(qū)動電路的主要任務(wù)是將指令脈沖轉(zhuǎn)化為驅(qū)動執(zhí)行元件所需的信號。圖 1 開環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成圖(2) 閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)主要是由執(zhí)行元件、檢測單元、比較環(huán)節(jié)、驅(qū)動電路和負載五部分組成。其構(gòu)成框圖如圖 2 所示。在閉環(huán)系統(tǒng)中，檢測元件將負載移動部件的實際位置檢測出來并轉(zhuǎn)換成電信號反饋給比較環(huán)節(jié)。常見的檢測元件有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光柵、磁柵和編碼盤等。通常把安裝在絲杠上的檢測元件組成的伺服系統(tǒng)稱為半閉環(huán)系統(tǒng)；把安裝在工作臺上的檢測元件組成的伺服系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)。由于絲杠和工作臺之間傳動誤差的存在，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度要比閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低一些。圖 2 閉環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成圖比較環(huán)節(jié)的作用是將指令信號和反饋信號進行比較，兩者的差值作為伺服系統(tǒng)的跟隨誤差，經(jīng)驅(qū)動電路，控制執(zhí)行元件帶動工作臺繼續(xù)移動，直到跟隨誤差為零。根據(jù)進入比較環(huán)節(jié)信號的形式以及反饋檢測方式，閉環(huán)(半閉環(huán))系統(tǒng)可分為脈沖比較伺服系統(tǒng)、相位比較伺服系統(tǒng)和幅值比較伺服系統(tǒng)三種。由于比較環(huán)節(jié)輸出的信號非常微弱，不足以驅(qū)動執(zhí)行元件，故需對其進行放大，驅(qū)動電路正是為此而設(shè)置的。執(zhí)行元件的作用是根據(jù)控制信號，即來自比較環(huán)節(jié)的跟隨信號誤差，將表示位移量的電信號轉(zhuǎn)化為機械位移。常用的執(zhí)行元件有直流寬調(diào)速電動機、交流電動機等。執(zhí)行元件是伺服系統(tǒng)中必不可少的一部分，驅(qū)動電路是隨執(zhí)行元件的不同而不同的 [4]。(3) 開環(huán)、閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)缺點和區(qū)別開環(huán)系統(tǒng)是沒有輸出反饋的一類控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的輸入直接供給控制器，并通過控制器堆受控對象產(chǎn)生控制作用。開環(huán)系統(tǒng)的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、容易維修，缺點是精度低，容易受環(huán)境變化的干擾(例如電源波動、溫度變化等)影響。在工業(yè)與國防等要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域，絕大多數(shù)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)方案都是采用反饋原理，其輸出的全部或部分被反饋到輸入端。輸入與反饋信號比較后的差值(即偏差信號)加給控制器，然后再調(diào)節(jié)受控對象的輸出，從而形成閉環(huán)控制電路。所以，閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱為反饋控制系統(tǒng)，這種反饋成為負反饋。閉環(huán)控制系統(tǒng)比開環(huán)控制系統(tǒng)，具有一系列的優(yōu)點，包括精度高、動態(tài)性能好、抗干擾能力強等，缺點是結(jié)構(gòu)比較復雜、價格比較貴、維修人員要求文化素質(zhì)高 [5]。3 小功率電機控制電機的應(yīng)用領(lǐng)域十分寬廣，電機控制的方法也多種多樣，但其中最為普遍而具有代表性的是電動機的速度控制和發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、軍事裝備乃至人們的日常生活中，有許多機械有調(diào)速的要求，如車輛、電梯、機床、造紙機械、紡織機械等等，為了滿足運行及生產(chǎn)工藝的要求需要調(diào)速；而另一類設(shè)備如風機、水泵等以前一般是不調(diào)速的，現(xiàn)在為了減少運行損耗、節(jié)約電能，也廣泛地采用了調(diào)速技術(shù)。直流電動機由于具有良好的調(diào)速特性、較寬廣的調(diào)速范圍，長期以來在要求調(diào)速的地方，特別是對調(diào)速性能指標要求較高的場合，例如軋鋼機、龍門刨和高精度機床等中得到了廣泛的應(yīng)用 [6]。以前直流電機調(diào)速系統(tǒng)采用直流發(fā)電機組供電，不僅重量大，效率低，占地多，而且控制的快速性比較差，維護也比較麻煩。近年來隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，已普遍采用了由晶閘管整流器供電的直流電機調(diào)速系統(tǒng)，用來取代以前廣泛采用的交流電動機——直流發(fā)電機組供電的系統(tǒng)。特別是廣泛采用了由集成電路運算放大器構(gòu)成的電子調(diào)節(jié)器后，晶閘管整流器供電的直流電機調(diào)速系統(tǒng)在性能上遠遠地超過了直流發(fā)電機組供電的系統(tǒng)。近年來在微處理機研制方面的重大進展，更為實現(xiàn)直流電機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化和高精度創(chuàng)造了條件 [7]。另外，各種小功率電動機的應(yīng)用范圍是由它本身所具有的特性決定的。在各類小功率電動機中，感應(yīng)電動機應(yīng)用最廣泛，這是因為它結(jié)構(gòu)簡單、牢固，價格低廉，很少需要維護，使用壽命長，噪聲和震動小，并有各種轉(zhuǎn)速和容量等級可供選用。它的缺點是調(diào)速不大方便。小功率同步電動機不需要滑環(huán)，結(jié)構(gòu)也比較簡單，它具有恒定的轉(zhuǎn)速，主要用于需要轉(zhuǎn)速恒定的場合，如鐘表、定時器等。其中磁阻和磁滯兩種型式的力能指標較低。除了低速的儀用永磁同步電動機和磁滯電動機能自行起動外，磁阻式和一般的永磁式同步電動機都需要在轉(zhuǎn)子上安裝起動籠 [8]。4 電子電路的特點電子技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路4 個時代，新的電子器件出現(xiàn)使電子電路發(fā)生了很大的變化，但就電路理論來說，發(fā)展卻相對較慢，基本的電路理論和分析方法已經(jīng)比較成熟 [9]。電子技術(shù)中所涉及的電路雖然很多，但將其按功能分類，一般可以分為信號產(chǎn)生電路、信號放大電路、信號變換電路、信號存儲電路、信號運算與處理電路、組合邏輯電路、時序邏輯電路和電源電路等 [10]。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，器件和電路的性能會越來越好，同樣的電路或系統(tǒng)，可以采用不同的器件和功能電路來實現(xiàn)，這樣就要求設(shè)計者進行綜合考慮，從而提高性能，降低成本 [11]。5 對控制系統(tǒng)的基本要求自動控制系統(tǒng)用于不同的目的，要求也往往不一樣。但自動控制技術(shù)是研究各類控制系統(tǒng)共同規(guī)律的一門技術(shù)，對控制系統(tǒng)有一個共同的需求，一般可歸結(jié)為穩(wěn)定、準確、快速 [12]。(1) 穩(wěn)定性 由于系統(tǒng)往往存在著慣性，當系統(tǒng)的各個參數(shù)設(shè)置不當時，將會引起系統(tǒng)的振蕩而失去工作能力。穩(wěn)定性就是指動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)能夠恢復平衡狀態(tài)的能力 [13]。輸出量偏離平衡狀態(tài)后應(yīng)該隨著時間收斂并且最后回到初始的平衡狀態(tài)。穩(wěn)定性的要求是系統(tǒng)工作的首要條件。(2) 快速性 這是在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下提出的?？焖傩允侵府斚到y(tǒng)輸出量與給定的輸入量之間產(chǎn)生偏差時，消除這種偏差過程的快速程度。(3) 準確性 是指在調(diào)整過程結(jié)束后輸出量與給定的輸入量之間的偏差，或稱為靜態(tài)精度，這也是衡量系統(tǒng)工作性能的重要指標。例如數(shù)控機床精度越高，則加工精度也越高。由于受控對象的具體情況不同，各種系統(tǒng)對穩(wěn)、準、快的要求各有側(cè)重，例如，隨動系統(tǒng)對快速性要求較高，而調(diào)速系統(tǒng)對穩(wěn)定性提出較嚴格的要求。同一系統(tǒng)穩(wěn)、準、快有時是相互制約的。快速性好，可能會有強烈振蕩；改善穩(wěn)定性，控制過程又可能過于遲緩，精度也可能變差。這就要求我們必須分析和解決這些矛盾。6 總結(jié)上述的各種控制策略基本上都是根據(jù)經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論提出來的，它們都依賴于電機的模型，當模型受到參數(shù)變化和擾動作用的影響時，系統(tǒng)的性能將受到很大的影響 [14]?，F(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)對控制的要求是響應(yīng)快、精度高、轉(zhuǎn)矩脈動小。實現(xiàn)交流電動機瞬時轉(zhuǎn)矩的高性能控制是滿足這些要求的關(guān)鍵因素 [15]。因此，現(xiàn)代高精度交流伺服系統(tǒng)要取得良好的控制性能，各種控制策略必須互相滲透，形成各種互補的復合控制策略。這樣可以控制各種單一控制策略本身的缺點，更好地滿足伺服系統(tǒng)的控制需要。參 考 文 獻[1] 鄭靜.小功率伺服無刷直流電機驅(qū)動器設(shè)計[J].電子測量技術(shù),2006,(3).[2] 何希才.常用電子電路(應(yīng)用 365 例)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006-9[3] 邵瑜.一種無刷直流電動機驅(qū)動及保護電路設(shè)計[J]. 微電機,2008,(8). [4] 肖英奎.伺服系統(tǒng)實用技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004-2[5] 章燕申.控制系統(tǒng)的設(shè)計與實踐[M].北京：清華大學出版社，1992-3[6] 李清新.伺服系統(tǒng)與機床電氣控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994-7[7] 陳永校.小功率電動機[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992-9[8] 許大中.電機控制[M].杭州：浙江大學出版社，1995-2[9] 寇戈.模擬電路與數(shù)字電路[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005-2[10] 楊興瑤.新編實用電子電路 500 例[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007-4[11] 黃錦安.電工技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004-9[12] 董景新.控制工程基礎(chǔ)[M].第二版，北京：清華大學出版社，2003-8[13] 鄧為民.自動控制原理試驗教程[M].北京：航天工業(yè)出版社，1991-8[14] 王遠.模擬電子技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，1997-10[15] 王耀德.交直流電力拖動控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994-5 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：本畢業(yè)設(shè)計是要求設(shè)計一個小功率直流伺服系統(tǒng)控制電路，通過實驗，驗證所設(shè)計的控制電路是否能控制電機運動。在設(shè)計過程中，控制電路要保證電機能在正、反兩個方向運動。要改變電動機的轉(zhuǎn)向，必須改變其電磁轉(zhuǎn)矩方向。根據(jù)直流電動機工作原理可知：電磁轉(zhuǎn)矩的方向是由磁通的方向和電樞電流的方向決定的。因此只要改變勵磁電流的方向或者改變電樞電流的方向，兩者任取其一便可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。但是，由于勵磁繞組的電感較大，改變其電流方向時會產(chǎn)生較高的感應(yīng)電動勢，造成不良后果。因此，一般不采用改變勵磁電流方向方法實現(xiàn)反轉(zhuǎn)，通常采用改變電樞電流方向?qū)崿F(xiàn)反轉(zhuǎn)。 雖然控制信號可以是直流的，也可以是交流的，但是綜合考慮到控制電路的設(shè)計問題和實驗的難易程度，如采用交流控制信號，那么控制電路部分的設(shè)計顯得較為麻煩，實驗進行起來也比較困難，所以本畢業(yè)設(shè)計使用直流控制信號，既方便了控制電路的設(shè)計，也遍于完成實驗。設(shè)計伺服系統(tǒng)必須按照畢業(yè)設(shè)計的要求，主要是依據(jù)被控對象工作的性質(zhì)和特點，明確對伺服系統(tǒng)的基本性能要求；同時要充分了解市場上器材、元件的供應(yīng)情況，了解它們的性能質(zhì)量、品種規(guī)格和價格，在此基礎(chǔ)上進行設(shè)計。此外，伺服系統(tǒng)的制造成本、系統(tǒng)的壽命與可維修性，系統(tǒng)組成的標準化程度……，這些也是在設(shè)計時需要考慮的因素。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告指導教師意見：1．對“文獻綜述”的評語：2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預測：指導教師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見：負責人： 年 月 日