高精密工作台伺服驱动环节的设计与研究

Ｆ（ｓ)＝Ω(ｓ)/Ua(s)＝(1/Ke)/[(Tms+1)(Tes+1)]≈(1/Ke)/Tms+1

其中，Ｋｅ为电动机反电动势系数，其单位为Ｖ·ｓ；Ｔｍ为电机的机械时间常数；Ｔｅ为电机的电气时间常数，其值很小可忽略，因此直流电机可以被简化为一阶系统。

图5 实际PI校正环节

电机机械时间常数的测定可以通过给电机加一个７Ｖ阶跃电压，然后用示波器测定响应到达稳定值０．６３２时所用的时间而近似得到，如图２所示。得机械时间常数Ｔｍ＝０．０６ｓ。

开环情况下，输入电压经过线性功放后直接驱动电机，用转速表ＨＴ－３３１测量对应转速，可以得到放大倍数。测得的数据列于表１中。

表1 测得的数据表

电压/V 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 

转速/rpm 0 70 302 520 750 

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。

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