高精密工作台伺服驱动环节的设计与研究

＝509.6/[(s0.0012s+1)]

３ 驱动电路仿真

选用的仿真环境是Ｍａｔｌａｂ６．１及其下的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ工具箱。

３．１ 速度环开环伯德图

速度环开环传递函数为：

Ｇ（ｓ）Ｈ（ｓ）＝509.6/[(s0.0012s+1)]

用Ｍａｔｌａｂ６．１绘制伯德图，得到图６。

剪切频率：４１６Ｈｚ 相角裕量：６５度

系统有充分的相角裕量，可知系统稳定。

３．２ 速度环闭环阶跃响应仿真

用Ｍａｔｌａｂ６．１下的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ工具箱搭建速度环闭环系统结构图，如图７所示。加以０．２Ｖ的阶跃信号，取反馈系数为０．０２２，仿真结果如图８所示。

从响应曲线图上可以看出，系统阶跃响应的上升时间为５ｍｓ，超调量为６％，转速稳定值为１０ｒｐｍ／ｓ，系统性能良好。

４ 实验数据处理与分析

经过理论建模和程序仿真后，设计及调试用于精密伺服工作台的模拟驱动环节，并进行时域分析，比较实验结果。

４．１ 不加模拟驱动环节

首先不加模拟驱动环节，用ＤＳＰ数字控制器的输出信号（经过线性功放）直接驱动直流力矩电机运动。

４．１．１ ＤＳＰ开环实验

在ＤＳＰ数字控制器开环情况下加一个输入电压，测试所加电压和工作台速度的关系，工作台速度由采集的直线位置光栅信号经过ＶＣ＋＋程序处理得到。所得数据列于表３中。

表3 输入电压与工作台速度关系表

由表中数据可见，ＤＳＰ开环的速度稳定性差，死区电压为１．１Ｖ，系统灵敏度有待提高。

４．１．２ ＤＳＰ闭环实验

ＤＳＰ数字控制器闭环时，指定工作台以２０μｍ／ｓ的低速运动。图９中，（ａ）为速度响应曲线，（ｂ）为位移响应曲线，（ｃ）为位移响应曲线局部放大图。

    由图９（ａ）和图９（ｃ）可以看出系统有近４０ｍｓ的延迟时间，其中２０ｍｓ为死区时间（系统无响应）。系统产生延迟主要有下面两个原因：机械传动系统存在齿隙、回程等误差；电机机械响应存在延迟。

由图９可以得到不加模拟驱动环节时系统阶跃输入的时域响应指标如下：

延迟时间：４０ｍｓ 上升时间：６０ｍｓ

峰值时间：１００ｍｓ 超调量：２５％

稳态误差：１５％

可见，在不加模拟驱动环节、直接用ＤＳＰ闭环控制时，精密工作台的低速响应已经达到了一定的快速性和稳定性。但是用于母盘刻录时，工作台的稳定性则需进一步提高。

４．２ 加模拟驱动环节