1.2.2  伺服系统的现状

1.2.3  伺服系统的发展趋势

1．3  本课题设计主要任务

    本课题要求熟悉掌握计算机位置伺服系统，并编写伺服控制程序，通过伺服控制器来控制直流伺服电机的运动。为完成本课题，需要理解直流伺服系统的工作原理、功率放大器的工作机理；反馈控制的计算机处理方法、变参数控制策略的实现；C语言编程设计以及编译调试技巧等方面的知识。所设计的计算机控制程序要能实现位置跟踪运动，并且当位置信号输入时：系统过渡过程时间Ts≤0.5秒；超调量MP≤20％；稳态误差应满足ess≤1.5°。

    本课题的要求分成两个方面：一方面是硬件的要求，另一方面是软件的要求。

    对硬件的要求：①能够读懂理解直流伺服电机的工作原理，明白直流伺服电机的运动控制与控制放大器输入电压的关系；②通过理论分析、推导以及实验测试，得到控制放大器的传递函数。

    对软件的要求：①程序能够稳定地控制直流伺服电机的运动，快速跟踪目标；②可以手动输入目标位置参数；③如果时间允许，控制参数应该可以自行修正和调整，以期取得更好的控制效果。

获得的成果：

1) 画出了直流伺服系统硬件电路图；

2) 推导出了伺服系统的方块图；

3) 编写了直流伺服系统的控制源程序，并编译生产软件；

4) 成功运行软件并对系统进行了调试，测试得到了相关数据，结果显示系统的 控制效果达到了预期的要求。

2  直流电机

2.1  直流电机的结构

    如图2.1，其中，固定部分有磁铁，这里称为主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。(其中2个小圆圈是为了方便的表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的)

    图2.1表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通[6]。文献综述

图2.1 直流电机的物理模型图

2.2  直流电机的基本工作原理

    如下图2.2（a）所示，给直流电机两个电刷加上直流电源，则有直流电流从电刷A流入，经过线圈abcd，从电刷B流出，根据电磁力定律，载流导体ab和cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如下图2.2（b）所示的位置，电刷A和换向片2接触，电刷B和换向片1接触，直流电流从电刷A流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷B流出。此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。