高精密工作台伺服驱动环节的设计与研究

520 750 电压/V 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 转速/rpm 993 1195 1448 1686 1930

数据经过直线拟合后，得到放大倍数为４６３．２５。

    电气时间常数很小，近似取Ｔｅ＝０．００１２，可以得到经过功放后的直流电机模型的传递函数为：

Ｆ（ｓ）＝Ω(ｓ)/Ua(s)＝463.25/[(0.06s+)(0.0012s+1)]

２．２ 驱动电路设计

为了提高系统在低速时响应的快速性、稳定性和带负载能力，要对模拟驱动电路进行设计，由测速机引入速度负反馈，电压差值经过ＰＩ校正环节和线性功率放大器放大后驱动直流伺服电机运动。驱动环节方案如图３所示。

    ＰＩ校正环节的设计对驱动环节的性能有重要的影响，原理图如图４所示。其传递函数为：

V0/Vin＝Ｋｉ(1/T0is+1)(Tjs+1/Tis)

其中，Ｋｉ＝Ｒｉ／Ｒ０为校正器的比例放大系数，τｉ＝ＲｉＣｉ为校正器时间常数，Ｔ０ｉ＝Ｒ０Ｃ０ｉ／４为滤波时间常数，一般取值较小，用于过滤高频噪声干扰。为了能够将速度环设计成典型二阶环节，必须保证校正器零点的选择能够消掉调节时间大的时间常数，即τｉ＝Ｔｍ。若取滤波时间常数Ｔ０ｉ＝０．２５ｍｓ，Ｒ０＝１００ｋΩ，则滤波电容Ｃ０ｉ＝０．０１μＦ。取比例放大倍数为Ｋｉ＝３，得Ｒｉ＝ＫｉＲ０＝３００ｋΩ，于是得Ｃｉ＝０．２μＦ。

    为了保证ＰＩ校正环节在达到稳态时放大器不致因开环而饱和，故在ＰＩ反馈线路上并联一个反馈大电阻Ｒ１＝１ＭΩ。此外，为了便于调节，将ＰＩ校正器增加比例系数功能，但又为防止调整时对时间常数产生太大影响，于是要保证Ｒｉ＞＞Ｒ１，取Ｒ１＝１０ｋΩ，Ｒ２＝１ｋΩ。实际采用的电路图如图５所示。

下面测定测速反馈系数，数据列于表２中。

表2 测速反馈系数表

转速/rpm 0 70 302 520 750 电压/V 0 0.96 5.75 11.0 16.0 转速/rpm 993 1195 1448 1686 1930 电压/V 21.1 26.5 31.5 36.8 41.8

将数据进行直线拟合后得到反馈系数为:

Ｈ（ｓ）＝０．０２２

忽略ＰＩ校正环节滤波时间常数Ｔ０ｉ，最终可得到速度。环开环传递函数为：

《高精密工作台伺服驱动环节的设计与研究(第2页)》