- UID
- 1029342
- 性别
- 男
|
本帖最后由 yuyang911220 于 2017-1-3 14:39 编辑
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删信号经过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 电压/V 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 速度/μms-1 0 0~5 5~10 10~15 15~20 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
在工作台控制系统中采用带有速度环、PI校正和线性功放的模拟驱动环节驱动电机运动,进行DSP数字控制器开环及闭环实验。
4.2.1 DSP开环实验
使用模拟驱动环节后,实验测得在DSP数字控制器开环时,系统在0.2V电压下已经能够产生较连续的响应了,如图10所示。可见系统灵敏性有所提高。
4.2.2 DSP闭环实验
加上该模拟驱动环节后,对系统进行DSP数字控制器的闭环实验,仍然指定工作台以20μm/s的低速运动。图11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11(a)和图11(c)可知,系统的延迟时间为20ms,其中10ms为死区时间。可见加上该模拟驱动环节后系统的延时减少。
由图11可以得到加模拟驱动环节后的系统阶跃输入的时域响应指标如下: 延迟时间:20ms 上升时间:30ms 峰值时间:60ms 超调量:7.5% 稳态误差:7.5% 图11 加驱动环工作台闭环阶跃响应 比较实验结果可以看出,加模拟驱动环节后,精密工作台系统的灵敏度大幅提高,且系统的低速稳定性能提高一倍。但速度曲线仍存在波动,这主要有两方面的原因:一是机械传动系统精度影响了工作台的稳速精度;二是工作台位移检测光栅分辨率有限,直接影响了采样点之间位移增量的测量精度。
母盘刻录机的进给工作台除要求有高的定位精度外,还要求能连续运动,并且在低速(约30μm/s)下具有良好的速度稳定性,稳态误差小于10%。速度越低,伺服工作台运动的条件就越恶劣,对伺服控制系统的要求就越高,保证速度稳定性的难度就越大。由实验结果和分析可以看出,在DSP数字控制系统中采用模拟驱动环节后,工作台的低速响应性能有明显的提高,不但提高了响应的快速性,而且稳态误差也减小,速度变化范围在7.5%之内。伺服驱动性能的提高有利于保证母盘刻录的精度。 |
|