摘要 本文介紹了Ds一02電動(dòng)舵伺服系統(tǒng)的方案、組成、基本工作原理以及主要參數(shù)的設(shè)計(jì)。同時(shí)，對伺服系統(tǒng)空載線性區(qū)回路和空載非線性控制回路進(jìn)行了計(jì)算和分析，尤其對主要影響伺服系統(tǒng)的速度飽和這一非線性元件，用準(zhǔn)確的描述函數(shù)進(jìn)行了研究。這種非線性控制回路的計(jì)算和分析可供自動(dòng)控制專業(yè)的有關(guān)科技人員參考。主題詞舵伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算. l 概述 Ds一02電動(dòng)舵伺服系統(tǒng)（以下簡稱舵系統(tǒng)）是由伺服放大器和電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)組成的中等功率快速跟蹤系統(tǒng)。它能對輸人信號和舵系統(tǒng)的位置反饋信號、速度反饋信號進(jìn)行綜合、放大，并對綜合放大后的信號進(jìn)行角度跟蹤和最大角度限幅，從而操縱飛行器舵面偏轉(zhuǎn)，達(dá)到穩(wěn)定和控制飛行器飛行之目的。 舵系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)如下： a．最大控制電流為150±10mA： b．零位不大于12 ； c．最大工作角度為± （15�！�1。）； d．傳動(dòng)比為± （1�！�4．5 ）／±500mV； e．線性區(qū)為± （1．25�！�0．15。）： 動(dòng)特性（在線性區(qū)內(nèi)）應(yīng)滿足：訶整時(shí)間不大于I2oms，超訶量不大于10％，振蕩次數(shù)不大于2： g．最大空載轉(zhuǎn)速不小于6O ，s： h．最大負(fù)載力矩不小于78．4N·m： i．可靠性R=0．9956： j．供電：直流2g．st～． V和± （15±0．1）V。 2 方案選擇 根據(jù)舵系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)可看出，控制功率小、輸出功率不大、快速性要求不高,故采用磁粉離合器作為舵系統(tǒng)的控制元件是很合適的。在舵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，過去通常采用帶終端開關(guān)保護(hù)裝置的伺服系統(tǒng) 這種伺服系統(tǒng)的靜特性如圖1所示。圖I中，輸人信號u 必須在 范圍之內(nèi)，即輸出轉(zhuǎn)角不能等于或大于最大轉(zhuǎn)角S。所以，該伺服系統(tǒng)只能在確保不超過S的條件下使用。否則t伺服系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，并使伺服機(jī)構(gòu)受到損壞。 圖2所示為限幅式的伺服系統(tǒng)靜特性。這種伺服系統(tǒng)無需終端開關(guān)保護(hù)裝置。 由圖2可知，該伺服系統(tǒng)對輸入信號 的大小沒有限制，即輸出轉(zhuǎn)角 超過最大轉(zhuǎn)角S的情況下，伺服系統(tǒng)照樣正常工作，從而解決了大輸入信號時(shí)伺服系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的問題，并保護(hù)了伺服機(jī)構(gòu)。 綜上所述，為滿足舵系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)要求，并保證所設(shè)計(jì)的舵系統(tǒng)更簡單、更經(jīng)濟(jì)、工作更可靠，本舵系統(tǒng)采用限幅式的磁粉離合器型的電動(dòng)伺服系統(tǒng). 3 組成和基本工作原理 3．1 組成見圖3所示。 舵系統(tǒng)由混合放大電路、限幅器、功率放大器、磁粉離臺(tái)器、電動(dòng)機(jī)、測速發(fā)電機(jī)、減速器、增速器和電位器等主要元部件組成。 3．2 基本工作原理 輸入信號和舵系統(tǒng)的位置反饋信號、速度反饋信號經(jīng)混合放大電路綜合放大后驅(qū)動(dòng)功率放大器工作。然后，由功率放大器給磁粉離合器輸送一定的控制電流。在這種控制電流的作用下，磁粉離臺(tái)器工作。同時(shí)，將電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩通過減速器傳遞到輸出軸。 當(dāng)輸人信號為零時(shí)，控制電流為零，兩個(gè)磁粉離合器均不工作。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不可能傳遞到輸出軸，輸出軸不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)輸人信號為正電壓時(shí)，控制電流只輸 出給其中一個(gè)磁粉離合器．該磁粉離合器工作，將電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩傳遞到輸出軸．致使輸出軸向某一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)：反之，當(dāng)輸入信號為負(fù)電壓時(shí)，則另一個(gè)磁粉離合器工作。致使輸出軸向另一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)。為穩(wěn)定舵系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)角．并使輸出轉(zhuǎn)角與輸入信號成正比．采用電位器進(jìn)行位置反績。為使舵系統(tǒng)工作穩(wěn)定和改善舵系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，采用測速發(fā)電機(jī)進(jìn)行速度反饋。 4 舵系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì) 4．1 舵系統(tǒng)方塊圖 如圖4所示。 此方塊圖中忽略了次要的磁滯、齒輪間隙和其它很小的時(shí)間常數(shù)等因素的影響 4．2 舵系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算與選擇 4,2．1 K I根據(jù)傳動(dòng)比為l。 ／500mV，以及輸出轉(zhuǎn)角限位值為±l 5。，可得KI=1.15 4．2 2 K 2， [align=center] 圖4 DS-02電動(dòng)舵伺服系統(tǒng)方塊圖[/align]輸入信號S時(shí)，對應(yīng)輸出轉(zhuǎn)角為,它們之間的靜態(tài)關(guān)系為 再按傳動(dòng)比1 1500mV的要求．可求得K 2= 0．77 4．2．3 K3根據(jù)動(dòng)特性的要求，可以選擇合適的K3,今取K3=0.09即可滿足要求。 5 舵系統(tǒng)空載線性區(qū)回路穩(wěn)定性的計(jì)算和分析 將圖4簡化為圖5所示形式，并將各已知參數(shù)代人方塊圖。 根據(jù)圖5可求得閉環(huán)傳遞函數(shù)為 由（1）式可知，系統(tǒng)在小范圍內(nèi)為三階線性系統(tǒng)。其閉環(huán)特征方程為 由饒斯判據(jù)知：此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。因?yàn)樘卣鞣匠痰南禂?shù)為同號．所以特征方程的全部根均在復(fù)數(shù)平面的左半平面內(nèi)。 6 舵系統(tǒng)空載線性區(qū)回路動(dòng)特性的計(jì)算和分析 設(shè)舵系統(tǒng)在零初始條件時(shí)，在單位階躍信號”k =10）作用下，舵系統(tǒng)過渡過程為T。k=1（t）經(jīng)拉普拉斯變換為 由（6）式可以看出式中的第三項(xiàng)振蕩幅度很小，它對S的影響可以忽略不計(jì).對S（t）起作用的主要是式中的第二項(xiàng)，其衰減系數(shù)為44．71，衰減時(shí)間常數(shù)為22．37ms，此項(xiàng)在67．1lms時(shí)，可衰減掉96％。因此，系統(tǒng)過渡過程的振蕩是非常小的。 7 舵系統(tǒng)空載非線性區(qū)回路穩(wěn)定性的計(jì)算和分析 存在于舵系統(tǒng)回路的非線性因素中，伺服放大器的限幅特性對系統(tǒng)的影響可以忽 略，而主要影響系統(tǒng)的是速度飽和特性。為此，可將圖5變成圖6形式 考慮速度飽和特性（含積分坪節(jié)）的等效傳遞函數(shù)，并為便于用描述函數(shù)法來分析，將圖6變?yōu)閳D7的形式 由圖7可以求得系統(tǒng)線性部分的開環(huán)傳遞函數(shù)為 8 結(jié)論 舵系統(tǒng)的參數(shù)按技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)系統(tǒng)的速度反饋系數(shù)變化范圍大t從而為伺服系統(tǒng)動(dòng)特性提供了較大的活動(dòng)范圍。另外，本文著重對空載線性區(qū)回路和空載非線性控制回路進(jìn)行了計(jì)算和分析，實(shí)踐證明所設(shè)計(jì)的舵系統(tǒng)是穩(wěn)定的滿足技術(shù)指標(biāo)要求。 參考文獻(xiàn) [1]謝子良，陳錚甫《HT-880314～DD-02C電動(dòng)伺服系統(tǒng)及其控制線路的設(shè)計(jì)》1988年8月出版 [2]陳錚甫《記憶型線性元件輸出飽和時(shí)的非線性特性》1982年8043會(huì)議交流資料 點(diǎn)擊此處下載原文