3658 小功率直流伺服系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì),功率,直流,伺服系統(tǒng),控制電路,設(shè)計(jì) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁(yè) 共 Ⅰ 頁(yè)目 錄1 引言 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1 伺服系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)況 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.2 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22 伺服系統(tǒng)的組成原理及基本特征 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????32.1 伺服系統(tǒng)的組成原理 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32.2 伺服系統(tǒng)的分類 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32.3 對(duì)伺服控制系統(tǒng)的基本要求 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????63 電路設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.1 控制電路設(shè)計(jì) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????83.2 信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????83.3 比例放大器的設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????93.4 調(diào)零電路的設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????123.5 比較器電路的設(shè)計(jì) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.6 功率放大器電路的設(shè)計(jì) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????154 實(shí)驗(yàn)部分 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????174.1 信號(hào)發(fā)生器和比例放大器 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????174.2 信號(hào)的調(diào)零 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????184.3 比較器 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????194.4 功率放大電路 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????194.5 驗(yàn)證正信號(hào)工作情況 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????214.6 驗(yàn)證負(fù)信號(hào)工作情況 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????23結(jié)束語(yǔ) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????25參考文獻(xiàn) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????27圖 A：總電路圖 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????28 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁(yè) 共 30 頁(yè)1 引言本畢業(yè)設(shè)計(jì)是小功率直流伺服系統(tǒng)控制電路的硬件設(shè)計(jì)。根據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計(jì)的控制電路要能控制系統(tǒng)工作，使伺服系統(tǒng)能驅(qū)動(dòng)電機(jī)在正反兩個(gè)方向的正常運(yùn)行，滿足自動(dòng)位置跟隨的性能要求。1.1 伺服系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)況伺服系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一類。它是伴隨著電的應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的，最早出現(xiàn)于本世紀(jì)初。1934 年第一次提出了伺服機(jī)構(gòu)這個(gè)詞，隨著自動(dòng)控制理論的發(fā)展，到本世紀(jì)中期，伺服系統(tǒng)的理論與實(shí)踐均趨于成熟，并得到廣泛應(yīng)用。近幾十年來(lái)在新技術(shù)革命的推動(dòng)下，特別是伴隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，伺服系統(tǒng)更是如虎添翼突飛猛進(jìn)，它的應(yīng)用幾乎遍及社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，下面簡(jiǎn)單地列舉幾個(gè)例子。伺服系統(tǒng)在機(jī)械制造行業(yè)中用得最多最廣，各種機(jī)床運(yùn)動(dòng)部分的速度控制、運(yùn)動(dòng)軌跡控制、位置控制等，都是依靠各種伺服系統(tǒng)控制的。它們不僅能完成轉(zhuǎn)動(dòng)控制、直線運(yùn)動(dòng)控制，而且能依靠多套伺服系統(tǒng)的配合，完成復(fù)雜的空間曲線運(yùn)動(dòng)的控制，如仿型機(jī)床的控制、機(jī)器人手臂關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)控制等。它們可以完成的運(yùn)動(dòng)控制精度高，速度快，遠(yuǎn)非一般人工操作所能達(dá)到 [1]。在冶金工業(yè)中，電弧煉鋼爐、粉末冶金爐等的電極位置控制，水平連鑄機(jī)的拉坯運(yùn)動(dòng)控制，軋鋼機(jī)軋輥壓下運(yùn)動(dòng)的位置控制等，都是依靠伺服系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這些更是無(wú)法用人工操作來(lái)代替。在運(yùn)輸行業(yè)中，電氣機(jī)車的自動(dòng)調(diào)速、高層建筑中電梯的升降控制、船舶的自動(dòng)操舵、飛機(jī)的自動(dòng)駕駛等，都有各種伺服系統(tǒng)為之效力，從而減緩操作人員的疲勞，同時(shí)也大大提高了工作效率。在軍事上，伺服系統(tǒng)用得更為普遍，如雷達(dá)天線的自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤控制，高射炮、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈發(fā)射架的瞄準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)控制，坦克炮塔的防搖穩(wěn)定控制，防空導(dǎo)彈的制導(dǎo)控制，魚雷的自動(dòng)控制等。在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中，也采用了不少伺服系統(tǒng)，如自動(dòng)繪圖儀的畫筆控制系統(tǒng)、磁盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。如今，我國(guó)已成為世界上少有的幾個(gè)能產(chǎn)生激光電視放像系統(tǒng)的國(guó)家，用激光 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁(yè) 共 30 頁(yè)將信息錄制在光盤上。許多信息在電視機(jī)上構(gòu)成一幅畫面，放像過(guò)程是用很細(xì)的激光束沿信息道讀取信息，各種信息道之間的間隔已達(dá)微米級(jí)，因此控制激光束的位置伺服系統(tǒng)也具有相應(yīng)的控制精度，以保證獲取清晰穩(wěn)定的畫面。這種具有高精度伺服系統(tǒng)的激光電視放像機(jī)，已開始進(jìn)入我國(guó)人民的家庭生活。伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，大至控制上噸重的巨型雷達(dá)天線，可及時(shí)準(zhǔn)確地跟蹤人造衛(wèi)星的發(fā)射，小至用音圈電機(jī)來(lái)控制電視放像機(jī)的激光頭，從國(guó)防、工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)郊彝ド睿冶貙l(fā)展應(yīng)用到更新的領(lǐng)域。1.2 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代后，因?yàn)槲㈦娮蛹夹g(shù)的快速發(fā)展，電路的集成度越來(lái)越高，對(duì)伺服系統(tǒng)產(chǎn)生了很重要的影響。新的伺服系統(tǒng)產(chǎn)品改變了將伺服系統(tǒng)劃分為速度伺服單元與位置伺服單元兩個(gè)模塊的做法，代之以單一的、高度集成化、多功能的控制單元。同一個(gè)控制單元，只要通過(guò)軟件設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，就可以改變其性能，既可以使用電機(jī)本身配置的傳感器構(gòu)成半閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，又可以通過(guò)接口與外部的位置或速度或力矩傳感器構(gòu)成高精度的全閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。高度的集成化還顯著地縮小了整個(gè)控制系統(tǒng)的體積，使得伺服系統(tǒng)的安裝與調(diào)試工作都得到了簡(jiǎn)化。同時(shí)，伺服系統(tǒng)的控制方式迅速向微機(jī)控制方向發(fā)展，并由硬件伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)向軟件伺服系統(tǒng)，智能化的軟件伺服系統(tǒng)將成為伺服控制的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。就目前而言，伺服系統(tǒng)將向兩個(gè)方向發(fā)展。一個(gè)是滿足一般工業(yè)應(yīng)用要求，對(duì)性能指標(biāo)要求不高的應(yīng)用場(chǎng)合，追求低成本、少維護(hù)、使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，如變頻電機(jī)、變頻器等。另一個(gè)就是代表著伺服系統(tǒng)發(fā)展水平的主導(dǎo)產(chǎn)品—伺服電機(jī)、伺服控制器，追求高性能、高速度、數(shù)字化、智能型、網(wǎng)絡(luò)化的驅(qū)動(dòng)控制，以滿足用戶較高的應(yīng)用要求。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁(yè) 共 30 頁(yè)2 伺服系統(tǒng)的組成原理及基本特征2.1 伺服系統(tǒng)的組成原理伺服系統(tǒng)亦稱隨動(dòng)系統(tǒng)，屬于自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一種，它用來(lái)控制被控對(duì)象的轉(zhuǎn)角(或位移)，使其能自動(dòng)地、連續(xù)地、精確地復(fù)現(xiàn)輸入指令的變化規(guī)律。伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)元件(或稱執(zhí)行元件)組成，高性能的伺服系統(tǒng)還有檢測(cè)裝置，反饋實(shí)際的輸出狀態(tài)。它通常是具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，有的場(chǎng)合也可以用開環(huán)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。伺服系統(tǒng)的種類很多，構(gòu)成狀況和工作狀況也是多種多樣的，可簡(jiǎn)單的用圖 2-1的方塊圖來(lái)表示它的組成。它有檢測(cè)裝置，用來(lái)檢測(cè)輸入信號(hào)和系統(tǒng)的輸出，有放大裝置和執(zhí)行部件，為使各部件之間有效地組配和使系統(tǒng)具有良好的工作品質(zhì)，一般還有信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和補(bǔ)償裝置。此外，以上各部分都離不開相應(yīng)的能源設(shè)備、相應(yīng)的保護(hù)裝置、控制設(shè)備和其它輔助設(shè)備。圖 2-1 伺服系統(tǒng)方塊圖2.2 伺服系統(tǒng)的分類伺服系統(tǒng)按其驅(qū)動(dòng)元件劃分，有步進(jìn)式伺服系統(tǒng)、直流電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱直流電機(jī))伺服系統(tǒng)，交流電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱交流電機(jī))伺服系統(tǒng)……。按控制方式劃分，主要分為 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁(yè) 共 30 頁(yè)開環(huán)伺服系統(tǒng)和閉環(huán)伺服系統(tǒng) [2]。2.2.1 開環(huán)系統(tǒng)圖 2-2 是開環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成圖。它主要是由驅(qū)動(dòng)電路、執(zhí)行元件和負(fù)載三大部分組成。如果執(zhí)行元件是步進(jìn)電機(jī)，通常稱以步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件的開環(huán)系統(tǒng)為步進(jìn)式開環(huán)系統(tǒng)；在開環(huán)系統(tǒng)中如果需要大功率驅(qū)動(dòng)時(shí)，可以用電液脈沖馬達(dá)作為執(zhí)行元件。驅(qū)動(dòng)電路的主要任務(wù)是將指令信號(hào)放大，轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件所需的信號(hào)。圖 2-2 開環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成圖2.2.2 閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)主要是由執(zhí)行元件、檢測(cè)單元、比較環(huán)節(jié)、驅(qū)動(dòng)電路和負(fù)載五部分組成。其構(gòu)成框圖如圖 2-3 所示。在閉環(huán)系統(tǒng)中，檢測(cè)元件將負(fù)載移動(dòng)部件的實(shí)際位置檢測(cè)出來(lái)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)反饋給比較環(huán)節(jié)。常見的檢測(cè)元件有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光柵、磁柵和編碼盤等。在一臺(tái)機(jī)床上，通常把安裝在絲杠上的檢測(cè)元件組成的伺服系統(tǒng)稱為半閉環(huán)系統(tǒng)；把安裝在工作臺(tái)上的檢測(cè)元件組成的伺服系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng) [3]。由于絲杠和工作臺(tái)之間傳動(dòng)誤差的存在，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度要比閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低一些。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁(yè) 共 30 頁(yè)圖 2-3 閉環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成圖比較環(huán)節(jié)的作用是將指令信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較，兩者的差值作為伺服系統(tǒng)的誤差，誤差被放大后經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路，控制執(zhí)行元件帶動(dòng)工作臺(tái)繼續(xù)移動(dòng)，直到誤差為零。由于比較環(huán)節(jié)輸出的信號(hào)非常微弱，不足以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，故需對(duì)其進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)電路正是為此而設(shè)置的。執(zhí)行元件的作用是根據(jù)控制信號(hào)，即來(lái)自比較環(huán)節(jié)的跟隨信號(hào)誤差，將表示位移量的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械位移。常用的執(zhí)行元件有直流寬調(diào)速電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)等。執(zhí)行元件是伺服系統(tǒng)中必不可少的一部分，驅(qū)動(dòng)電路是隨執(zhí)行元件的不同而不同的。2.2.3 開環(huán)、閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)和區(qū)別開環(huán)系統(tǒng)是沒有輸出反饋的一類控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的輸入直接供給控制器，并通過(guò)控制器對(duì)受控對(duì)象產(chǎn)生控制作用。開環(huán)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、容易維修，它的主要缺點(diǎn)是精度低，容易受環(huán)境變化的干擾(例如電源波動(dòng)、溫度變化等)影響。在工業(yè)與國(guó)防等要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域，絕大多數(shù)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)方案都是采用反饋原理，其輸出的全部或部分被反饋到輸入端。輸入與反饋信號(hào)比較后的差值(即偏差信號(hào))加給控制器，然后再調(diào)節(jié)受控對(duì)象的輸出，從而形成閉環(huán)控制電路。所以，閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱為反饋控制系統(tǒng)，這種反饋必須為負(fù)反饋。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁(yè) 共 30 頁(yè)閉環(huán)控制系統(tǒng)比開環(huán)控制系統(tǒng)，具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，精度高、動(dòng)態(tài)性能好、抗干擾能力強(qiáng)等，其中突出的優(yōu)點(diǎn)是精度高，閉環(huán)控制可及時(shí)減小干擾引起的偏差。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、價(jià)格比較貴、維修人員要求文化素質(zhì)高。另外，從穩(wěn)定性的角度看，開環(huán)系統(tǒng)比較容易建造，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，因?yàn)殚_環(huán)系統(tǒng)不存在引入反饋產(chǎn)生的穩(wěn)定性問題。而閉環(huán)系統(tǒng)是靠偏差進(jìn)行控制，對(duì)于反饋控制系統(tǒng)，由于元件的慣性或負(fù)載的慣性，調(diào)節(jié)不好容易引起振蕩，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此精度和穩(wěn)定性之間的矛盾始終是閉環(huán)系統(tǒng)存在的主要矛盾。2.3 對(duì)伺服控制系統(tǒng)的基本要求自動(dòng)控制系統(tǒng)用于不同的地方，要求也往往不一樣。但自動(dòng)控制技術(shù)是研究各類控制系統(tǒng)共同規(guī)律的一門技術(shù)，對(duì)控制系統(tǒng)有一個(gè)共同的需求，一般可歸結(jié)為穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速 [4]。(1) 穩(wěn)定性 由于系統(tǒng)往往存在著慣性，當(dāng)系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)時(shí)，將會(huì)引起系統(tǒng)的振蕩而失去工作能力。穩(wěn)定性就是指動(dòng)態(tài)過(guò)程的振蕩傾向和系統(tǒng)能夠恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力。輸出量偏離平衡狀態(tài)后應(yīng)該隨著時(shí)間收斂并且最終回到初始的平衡狀態(tài)。穩(wěn)定性的要求是系統(tǒng)工作的首要條件。(2) 快速性 這是在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下提出的?？焖傩允侵府?dāng)系統(tǒng)輸出量與給定的輸入量之間產(chǎn)生偏差時(shí)，消除這種偏差過(guò)程的快速程度。(3) 準(zhǔn)確性 是指在調(diào)整過(guò)程結(jié)束后輸出量與給定的輸入量之間的偏差，或稱為靜態(tài)精度，這也是衡量系統(tǒng)工作性能的重要指標(biāo)。例如數(shù)控機(jī)床精度越高，則加工精度也越高。由于受控對(duì)象的具體情況不同，各種系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)、準(zhǔn)、快的要求各有側(cè)重，例如，隨動(dòng)系統(tǒng)對(duì)快速性要求較高，而調(diào)速系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定性提出較嚴(yán)格的要求。同一系統(tǒng)穩(wěn)、準(zhǔn)、快有時(shí)是相互制約的?？焖傩院茫赡軙?huì)有強(qiáng)烈振蕩；改善穩(wěn)定性，控制過(guò)程又可能過(guò)于遲緩，精度也可能變差。這就要求我們必須通過(guò)分析和解決這些矛盾。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁(yè) 共 30 頁(yè)3 電路設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書的要求，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)是利用大學(xué)期間學(xué)過(guò)的理論知識(shí)，設(shè)計(jì)小功率直流伺服系統(tǒng)的控制電路，控制電機(jī)工作。小功率直流伺服系統(tǒng)應(yīng)由以下幾個(gè)部分組成，如圖 3-1 所示：計(jì)算機(jī)數(shù)模轉(zhuǎn)換比較器功率放大器執(zhí)行電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)光電編碼器速度反饋位置反饋信號(hào)放大器— —圖 3-1 小功率直流伺服系統(tǒng)組成圖其中，計(jì)算機(jī)輸出的信號(hào)是一個(gè)數(shù)字信號(hào)，是根據(jù)系統(tǒng)要完成的任務(wù)編制的程序來(lái)控制。根據(jù)系統(tǒng)要完成的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)編好一個(gè)控制程序來(lái)控制系統(tǒng)工作。計(jì)算機(jī)就是執(zhí)行這個(gè)控制程序的工具，它輸出一個(gè)數(shù)字信號(hào)。系統(tǒng)的位置反饋元件選用了光電編碼器，因?yàn)楣怆娋幋a器隨時(shí)測(cè)量執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)角聞之，它輸出一個(gè)數(shù)字信號(hào) [5]。在系統(tǒng)中，我選用測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的速度信號(hào)為系統(tǒng)的速度校正信號(hào)。測(cè)速發(fā)電機(jī)通常情況下與電機(jī)同軸聯(lián)接(也可以通過(guò)減速器聯(lián)接)，它隨時(shí)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，輸出一個(gè)電壓信號(hào)，在系統(tǒng)中起速度負(fù)反饋的作用。在整個(gè)小功率直流伺服系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)輸出一個(gè)數(shù)字信號(hào)，和光電編碼器所產(chǎn)生的位置負(fù)反饋相比較產(chǎn)生誤差，誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，然后 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁(yè) 共 30 頁(yè)由信號(hào)放大器將信號(hào)放大 [6]。接著放大的信號(hào)和測(cè)速發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的速度負(fù)反饋相比較產(chǎn)生誤差，誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器將信號(hào)放大來(lái)驅(qū)使電機(jī)的正常運(yùn)行。3.1 控制電路設(shè)計(jì)在這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我要完成的是信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)放大器、比較器和功率放大器的設(shè)計(jì)。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)不包括計(jì)算機(jī)控制程序的設(shè)計(jì)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)。因此為了檢驗(yàn)我所設(shè)計(jì)的控制電路是否可以達(dá)到預(yù)期的目的，所以我又設(shè)計(jì)了一個(gè)信號(hào)發(fā)生器，代替數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)。在設(shè)計(jì)中，要應(yīng)用到模擬電路、控制理論的知識(shí)，還要根據(jù)執(zhí)行電機(jī)的功率估計(jì)放大器各級(jí)所選的元件參數(shù)，控制電路要能保證電機(jī)在正、反兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。這個(gè)控制電路實(shí)際上是由信號(hào)發(fā)生器、比例放大器、調(diào)零電路、比較器和功率放大器構(gòu)成，控制電路如圖 3-2 所示：信號(hào)發(fā)生器 比例放大器調(diào)零電路比較器 功率放大器圖 3-2 電路的總體設(shè)計(jì)方案速度負(fù)反饋——其中，信號(hào)發(fā)生器是提供一個(gè)可調(diào)的正負(fù)變化的直流信號(hào)，經(jīng)比例放大器將信號(hào)放大；調(diào)零電路是為了糾正運(yùn)算放大器自身的誤差而設(shè)計(jì)的，是防止當(dāng)輸入信號(hào)為零的時(shí)候，輸出信號(hào)不為零，這時(shí)我們可以充分利用調(diào)零電路調(diào)節(jié)電位器提供一個(gè)反向的信號(hào)使得輸出信號(hào)為零，從而保證運(yùn)算放大器沒有輸入時(shí)也沒有輸出；比較器除了接收速度負(fù)反饋的信號(hào)，還要保證只有一個(gè)信號(hào)進(jìn)入后面的電路；最后的功率放大器是通過(guò)將比較器輸出的信號(hào)放大，使輸出端擁有一個(gè)可以使得電機(jī)正常工作的電壓信號(hào)。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁(yè) 共 30 頁(yè)3.2 信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器的電路如圖 3-3 所示，由 、 、 和+12V、-12V 的電源共同組1R21W成。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電位計(jì) 的阻值大小，來(lái)使輸出端獲得-3V～+3V 的直流電壓信號(hào)，以此作為實(shí)驗(yàn)中的輸入信號(hào)。圖 3-3 信號(hào)發(fā)生器3.3 比例放大器的設(shè)計(jì)集成運(yùn)算放大器(簡(jiǎn)稱運(yùn)放)是具有高增益、高輸入電子、輸出電阻低、集成化的多級(jí)直接耦合放大器 [7]。通常，集成運(yùn)放由 4 個(gè)部分組成，如圖 3-4 所示：差動(dòng)輸入級(jí) 中間放大級(jí) 功率輸出級(jí)恒流源偏置電路oUiU圖 3-4 集成運(yùn)放的基本組成輸入級(jí)的主要作用是抑制電路的零點(diǎn)漂移，要求輸入級(jí)的失調(diào)電壓、失調(diào)電流小，共模抑制比大。此外，還要求輸入級(jí)具有較高的輸入電阻和一定的增益。輸入級(jí)一般采用改進(jìn)的差動(dòng)放大電路。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁(yè) 共 30 頁(yè)中間級(jí)的作用是放大信號(hào)，要求有盡可能高的電壓增益。中間級(jí)一般采用直接耦合共射放大電路或差動(dòng)放大電路。輸出級(jí)直接與負(fù)載相連，需要帶動(dòng)負(fù)載做功，所以要求輸出級(jí)必須提供足夠大的功率，而且輸出電阻要小，以便提高其帶動(dòng)負(fù)載的能力。為了安全工作，還要對(duì)輸出級(jí)設(shè)置過(guò)載保護(hù)電路。輸出級(jí)多采用直耦式功率放大電路，例如 OCL 功放或準(zhǔn)OCL 功放。偏置電路要為各級(jí)提供合適的靜態(tài)工作電流，并要求所提供的電流穩(wěn)定。為此，偏置電路均為各種形式的電流源電路。比例放大器是將信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的信號(hào)按比例進(jìn)行放大，按照輸入信號(hào)加入不同的輸入端，比例放大器有反相比例放大器、同相比例放大器、差動(dòng)比例放大器三種主要形式，在本次電路的實(shí)驗(yàn)中所使用的都是反相比例放大器。反相比例放大器如圖 3-5 所示，電阻 引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋，輸入信號(hào)經(jīng)電阻fR接到運(yùn)放的反相輸入端，同相輸入端經(jīng)過(guò)電阻 接地。對(duì)于理想運(yùn)算放大器，1R '是否接入不影響分析結(jié)果。但是在實(shí)際電路中，由于運(yùn)放的輸入級(jí)為差放電路，'為了保證差放電路兩個(gè)輸入端的參數(shù)對(duì)稱，以免產(chǎn)生附加的偏差電壓，一般選擇。'1/f?圖 3-5 反相比例運(yùn)算電路根據(jù)虛斷 0???i 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁(yè) 共 30 頁(yè)故 ， 0??vfi1根據(jù)虛短 ??i所以 11Rvii于是 fifoiv1??電壓增益 1RvAfiof由上述關(guān)系式可知，該電路實(shí)現(xiàn)了反相比例運(yùn)算，即輸出電壓與輸入電壓的幅值成正比，但相位相反。電路增益取決于電阻 和 之比，而與運(yùn)放的內(nèi)部參數(shù)無(wú)1f關(guān)。如果 ，則 。此時(shí)輸出電壓與輸入電壓的幅值相等，相位相反，fR?11??vfA稱為“單位增益倒相器” ，也稱為“反相器” 。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)電路中要多次使用到反相器，實(shí)驗(yàn)中選用線性放大器 F741 做反相器的輸入。F741 的引腳圖如圖 3-6 所示：圖 3-6 F741 的引腳圖由于 F741 在線路中是反相器，輸出信號(hào)的相位與輸入信號(hào)的相位相反，故在這 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁(yè) 共 30 頁(yè)部分電路的設(shè)計(jì)中，要使用 2 個(gè) F741，第一級(jí)是將由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)按比例放大，第二級(jí)是將第一級(jí)輸出的信號(hào)反相，以此來(lái)獲得和信號(hào)發(fā)生器相同相位的信號(hào) [8]。比例放大器的電路圖如圖 3-7 所示：圖 3-7 比例放大電路3.4 調(diào)零電路的設(shè)計(jì)調(diào)零電路的作用是為了抑制運(yùn)算放大器自身的零點(diǎn)漂移 [9]。零點(diǎn)漂移(簡(jiǎn)稱零漂)，是指運(yùn)算放大器輸入端短路時(shí)，輸出端還有緩慢變化的電壓產(chǎn)生，即輸出電壓偏離原來(lái)的起始點(diǎn)而上下飄動(dòng)。零點(diǎn)漂移產(chǎn)生的原因很多，例如電源電壓變化、電路參數(shù)變化、器件更換及老化等，但最主要的原因是由三極管的溫度敏感特性造成的。在多級(jí)直接耦合放大電路中，由于某種原因使輸入級(jí)放大電路的工作點(diǎn)不穩(wěn)定時(shí)，其輸出電壓將發(fā)生變化。對(duì)于直接耦合放大電路來(lái)說(shuō)，前級(jí)電路輸出電壓的微小變化會(huì)逐級(jí)被放大，這樣放大電路的輸出端就會(huì)產(chǎn)生較大的偏移電壓。有時(shí)漂移電壓的大小可以和有效信號(hào)電壓相比，甚至?xí)延行盘?hào)電壓淹沒，使放大器無(wú)法正常工作。因此在本電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中，抑制零點(diǎn)漂移是一個(gè)非常重要的問題。調(diào)零電路的電路圖如圖 3-8 所示，如果在實(shí)驗(yàn)中當(dāng)輸入信號(hào)為零，而輸出信號(hào)卻不為零時(shí)， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁(yè) 共 30 頁(yè)我們可以通過(guò)調(diào)節(jié)電位計(jì) 阻值的大小，給輸入端加一個(gè)反相的輸入信號(hào)，使得2RW輸出信號(hào)為零，保證電路的正常工作。圖 3-8 調(diào)零電路3.5 比較器電路的設(shè)計(jì)電壓比較器是常用的模擬信號(hào)處理電路，它將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較，并將比較結(jié)果輸出。電壓比較器的輸入信號(hào)是模擬量，輸出只可能是兩種狀態(tài)：高電平或低電平，也即輸出信號(hào)是數(shù)字量，所以電壓比較器可以用于模/數(shù)轉(zhuǎn)換。除此之外，電壓比較器還常常用于非正弦波的產(chǎn)生和變換等。電壓比較器是集成運(yùn)放工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)的情況，由于開環(huán)增益很大，比較器的輸出只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，輸出和輸入不成線性關(guān)系。此時(shí)集成運(yùn)放處于非線性狀態(tài)，具有開關(guān)特性 [10]。比較器電路的電路圖如圖 3-9 所示。圖中二極管 D5、D6 是為了保護(hù)運(yùn)算放大器 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁(yè) 共 30 頁(yè)而設(shè)置的。二極管 D5、D6 橫跨在比較器的正反輸入端，將集成運(yùn)放反相輸入端電壓鉗位在± ， 為二極管的正向壓降，二極管最高反向工作電壓應(yīng)大于電源電壓。fUf速度負(fù)反饋信號(hào)在這里加入，它與信號(hào)放大器的輸出信號(hào)同時(shí)進(jìn)入 的反相端，3A比較后的信號(hào)進(jìn)入 。4A圖 3-9 比較器電路在實(shí)驗(yàn)中，二極管選用 IN4001，其參數(shù)表如表 3-1 所示：表 3-1 二極管的參數(shù)額定整流電路 1A正向壓降 0.5V反相電流 5μA最大反相耐壓 1000V根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，控制電路要保證電機(jī)在正、反兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。本次設(shè)計(jì) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁(yè) 共 30 頁(yè)很巧妙的利用了二極管的單向?qū)ㄐ?，設(shè)計(jì)了兩條支路，一條支路允許正信號(hào)通過(guò)，另一條則允許負(fù)信號(hào)通過(guò)。以進(jìn)入 的負(fù)信號(hào)為例進(jìn)行分析，如若輸入信號(hào)為正信4A號(hào)，經(jīng)過(guò)反相器 F741 后，輸出信號(hào)相位和輸入相反，為負(fù)信號(hào)，而在輸出端有二極管 D8 的存在，使得輸出信號(hào)無(wú)法轉(zhuǎn)輸?shù)胶竺娴碾娐罚瑥亩种屏苏盘?hào)的正常通過(guò)；反之，如果輸入端是負(fù)信號(hào)，經(jīng)反相器 741 反相后在輸出端輸入信號(hào)為正信號(hào)，可以成功通過(guò)二極管 D8，保證信號(hào)繼續(xù)傳遞到后面的電路上去，維持電路的正常工作。3.6 功率放大器電路的設(shè)計(jì)一般地，多級(jí)放大電路的最后一級(jí)總是要提供一定的功率，用以驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。例如，收音機(jī)中的揚(yáng)聲器的音圈、顯示儀表的指針、電動(dòng)機(jī)的控制繞組、計(jì)算機(jī)顯示器或電視機(jī)的掃描偏轉(zhuǎn)線圈等。所以多級(jí)放大電路中除了有電壓放大級(jí)外，還要有一個(gè)能輸出一定功率的輸出級(jí)。工程上把這種主要用于向負(fù)載提供較大功率輸出的放大電路稱為功率放大電路 [11]。功率放大電路與前邊述說(shuō)的電壓放大電路在本質(zhì)上是相同的，都是能量控制器件，即利用晶體管的電流控制作用，將直流電源的能量轉(zhuǎn)換為一定形式的交流信號(hào)的能量進(jìn)行輸出。但是功率放大電路與電壓放大電路又有一定的區(qū)別，二者工作的目的是不同的。電壓放大電路主要用來(lái)不失真地放大較小的輸入信號(hào)(小信號(hào))的幅值，一般用于多級(jí)電路的前級(jí)和中間級(jí)；而功率放大電路通常在大信號(hào)條件下工作，主要作用是獲得不失真的或較小失真的功率輸出。因此，功率放大電路必然有一些與電壓放大電路不同之處，功率電路要求輸出功率盡可能高，效率盡可能高，非線性失真小，并且需要考慮 BJT 的散熱問題(功率管的損壞與保護(hù))，等等。功率放大電路是一種以輸出較高功率為目的的放大電路。為了獲得高的輸出功率，必須使得輸出信號(hào)有高的電壓輸出和大的電流輸出。就放大器而言，按工作狀態(tài)不同可分為甲類、乙類、甲乙類和丙類。甲類放大器的工作點(diǎn)建立在線性放大區(qū)，在輸入信號(hào)作用的一個(gè)周期內(nèi)，管子始終有電流通過(guò)，導(dǎo)通角 ，其特點(diǎn)是不失真放大，但管耗大、效率低，理想?360??效率不超過(guò) 50%，是小信號(hào)電壓放大所采用的狀態(tài)。乙類放大器僅放大信號(hào)的半周， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁(yè) 共 30 頁(yè)導(dǎo)通角 ，雖然減少了靜態(tài)功耗，理想效率可達(dá) 78.5%，但出現(xiàn)了嚴(yán)重的波形?180??失真。為此，乙類放大采用推挽式，采用兩支三極管，均工作于甲乙類，每只管子分別放大信號(hào)的正負(fù)半周，最后合成完整的波形，因此乙類是功放的理想工作點(diǎn)，而不是實(shí)際工作點(diǎn)。這是由于工作點(diǎn)建立在乙類，會(huì)因?yàn)楣茏拥姆蔷€性而出現(xiàn)交越失真，為此，將工作點(diǎn)建立在甲類和乙類之間，即甲乙類，其導(dǎo)通角略大于 ?180，這時(shí)推挽式功放的實(shí)際工作點(diǎn)。丙類功放用于高頻電路，工作點(diǎn)建立在小于開啟電壓的點(diǎn)上，即放大器零偏置或反偏置，在大信號(hào)時(shí)信號(hào)才進(jìn)入放大區(qū)，其導(dǎo)通角，這時(shí)放大器放大的是余弦脈沖，需要利用諧振賄賂取出其基波分量，因此?180??丙類放大器用于高頻信號(hào)的功率放大 [12]。起先，我根據(jù)多級(jí)放大電路的原理設(shè)計(jì)了功率放大電路如下圖 3-10 所示。3 個(gè)三極管將輸入的信號(hào) b1 進(jìn)行多級(jí)放大，然后在 輸出一個(gè)可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)正常工作outU的信號(hào)。但是后來(lái)在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)這個(gè)電路存在著問題，詳細(xì)情況將在第四章實(shí)驗(yàn)部分中加以詳細(xì)說(shuō)明。圖 3-10 功率放大電路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 17 頁(yè) 共 30 頁(yè)4 實(shí)驗(yàn)部分我在對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)完成之后，就開始了實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)電路設(shè)計(jì)的合理性和可行性做進(jìn)一步的論證，以下是我的實(shí)驗(yàn)調(diào)試的步驟和一些數(shù)據(jù)。4.1 信號(hào)發(fā)生器和比例放大器在畢業(yè)設(shè)計(jì)的電路圖中，第一部分是信號(hào)發(fā)生器和比例放大器電路，信號(hào)發(fā)生器提供一個(gè)±3V 的電壓信號(hào)，經(jīng)比例放大電路將信號(hào)放大 1.8 倍。本部分調(diào)試是為了驗(yàn)證比例放大電路的放大倍數(shù)是否與理論值相一致。在調(diào)試過(guò)程中，只需要將電阻 R9 接地即可，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖 4-1 所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁(yè) 共 30 頁(yè)圖 4-1 信號(hào)發(fā)生器和比例放大器的調(diào)試電路在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)調(diào)節(jié)電位計(jì) RW1 的大小，使 a 點(diǎn)獲得一個(gè)電壓，通過(guò)測(cè)量 b 點(diǎn)的電壓來(lái)驗(yàn)證比例放大器電路是否正確，放大倍數(shù)是否與理論值相一致。以下表 4-1 是實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的一些數(shù)據(jù)。表 4-1 比例放大電路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)a b’(理論值) b(實(shí)驗(yàn)值)1V 1.80V 1.78V0.5V 0.90V 0.89V0 0 0-0.5V -0.90V -0.92V-1V -1.80V -1.83V理論計(jì)算，比例放大器的放大倍數(shù)為 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 19 頁(yè) 共 30 頁(yè) 8.1527)(3568?????RA由上述測(cè)量數(shù)據(jù)表格可知，實(shí)際的測(cè)量數(shù)據(jù)與理論的計(jì)算相差很小，在誤差允許的范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值相一致。4.2 信號(hào)的調(diào)零信號(hào)的調(diào)零作用是為了抑制運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移。為了說(shuō)明這個(gè)問題，我把運(yùn)算放大器畫在了調(diào)零電路中。電路圖如圖 4-2 所示：3A圖 4-2 信號(hào)的調(diào)零電路實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先，將 R9 左邊和 R15 的右邊接地，這樣做是看當(dāng)輸入為零時(shí)，輸出是否也為零。然后測(cè)量 c 點(diǎn)的電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)電位計(jì) RW2 的大小，使得 c 點(diǎn)的電壓信號(hào)為 0。調(diào)零完成后，保證 RW2 的電阻值不變，接著進(jìn)行下面的實(shí)驗(yàn)。4.3 比較器比較器的電路除了接收速度負(fù)反饋的信號(hào)，還要保證只允許一個(gè)負(fù)信號(hào)進(jìn)入 。4A調(diào)零電路保證了 在沒有輸入信號(hào)時(shí)，輸出也為零。那么當(dāng)有信號(hào)和反饋信號(hào)3A經(jīng)過(guò) 時(shí)，就會(huì)有一個(gè)信號(hào)輸出；當(dāng) 輸出為負(fù)信號(hào)時(shí)， 導(dǎo)通有一個(gè)正信號(hào)輸3A3A4A出。、 的作用就是只允許負(fù)信號(hào)進(jìn)入。詳細(xì)圖如圖 3-9 所示。7D8 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 20 頁(yè) 共 30 頁(yè)4.4 功率放大電路在完成了比較器電路的接線后，我按照?qǐng)D 3-10 所示的多級(jí)放大電路作為整個(gè)電路的功率放大環(huán)節(jié)。在接完線路后，我測(cè)得一組數(shù)據(jù)如下表 4-2 所示：表 4-2 功率放大電路數(shù)據(jù)a 1b2eoutU-1.50V 1.76V 19.40V 18.89V-1.00V 1.23V 20.3V 19.80V-0.50V 0.73V 21.2V 20.6V0 0 21.4V 20.9V注：a 點(diǎn)電壓為信號(hào)發(fā)生器輸出端的電壓。根據(jù)以上數(shù)據(jù)我發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸入為零的時(shí)候，輸出不為零， 。經(jīng)過(guò)與老師討論，發(fā)現(xiàn)功率放大器電路有問題。因此對(duì)電路進(jìn)行了改造。見下圖 4-3 所示。這個(gè)功率放大器電路是由運(yùn)算放大器 LM358、三極管 3DG182H 和 3DD102C 及一些電阻、二極管等元件組成的 [13]。有一點(diǎn)需要加以說(shuō)明，二極管 D11 是起了一個(gè)保護(hù)的作用，在這個(gè)設(shè)計(jì)中，輸出端的負(fù)載接的是直流電機(jī)，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)，因此為了防止反向電動(dòng)勢(shì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成影響，需要在系統(tǒng)的輸出端并聯(lián)一個(gè)二極管。這樣，當(dāng)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)時(shí)，電機(jī)與二極管組成一個(gè)回路，從而保護(hù)了大功率管和系統(tǒng)的安全性。可調(diào)電位計(jì) 在線路中起負(fù)反饋的作用。 3RW 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 21 頁(yè) 共 30 頁(yè)圖 4-3 功率放大器電路電路中要用到的三極管參數(shù)如表 4-3 所示：表 4-3 三極管參數(shù)型號(hào)參數(shù)號(hào)3DG6C 3DG182H 3DD102CCMP100mW 700mW 30WI200mA 300mA 3ACBOV20V V140?200VE4V 5V 4V注： 和 是直流參數(shù)，分別為受基極擊穿電壓和發(fā)射極擊穿電壓； 和CBO CMP是極限參數(shù) [14]。MI 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 22 頁(yè) 共 30 頁(yè)LM358 的管腳圖如圖 4-4 所示：圖 4-4 LM358 的管腳圖這時(shí)，經(jīng)測(cè)量，當(dāng)輸入為零的時(shí)候，輸出也為零。這時(shí)因?yàn)樵诠β史糯笃麟娐分幸肓素?fù)反饋 [15]。4.5 驗(yàn)證正信號(hào)工作情況在完成以上各部分的調(diào)試之后，我按圖 4-5 所示的電路進(jìn)行了調(diào)試。實(shí)驗(yàn)中，調(diào)節(jié) RW1 的大小獲得一個(gè)輸入信號(hào)，接著調(diào)節(jié)反饋電路上電位計(jì) RW3的大小，使得 端獲得一個(gè)較大的電壓信號(hào)，接著就保持 RW3 的大小不變。通過(guò)outU調(diào)節(jié) RW1 的大小測(cè)量圖中各個(gè)點(diǎn)的電壓值得到一組數(shù)據(jù)如下表 4-4 所示：表 4-4 正信號(hào)工作實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)a b c d e outU0 0 0 0 0 00.20V 0.35V -0.35V 0.36V 5.56V 4.93V0.40V 0.72V -0.72V 0.74V 11.05V 10.55V0.60V 1.07V -1.07V 1.10V 17.09V 16.66V0.80V 1.43V -1.42V 1.45V 19.94V 19.50V1.00V 1.78V -1.78V 1.82V 19.87V 19.50V1.50V 2.68V -2.69V 2.73V 19.87V 19.49V通過(guò)以上表格，首先我們可以看出，在輸入信號(hào)為 0 的時(shí)候，輸出信號(hào)也為 0， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 23 頁(yè) 共 30 頁(yè)這就說(shuō)明，在沒有輸入信號(hào)的時(shí)候，負(fù)載是不工作的。隨著輸入信號(hào)的逐步加大，負(fù)載漸漸開始工作，當(dāng)輸入達(dá)到某一個(gè)特定的值的時(shí)候，輸出信號(hào)幾乎不變，這就說(shuō)明，此時(shí)三極管已經(jīng)接近飽和，所以輸出信號(hào)將不會(huì)像剛開始那樣隨著輸入信號(hào)的增大而大幅度提升。在本任務(wù)書中，要求驅(qū)動(dòng)的電機(jī)的額定電壓為 24V，而這個(gè)電路中，輸出端電壓的信號(hào)完全滿足電機(jī)的要求，成功帶動(dòng)了負(fù)載的正常工作。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 24 頁(yè) 共 30 頁(yè)圖 4-5 正信號(hào)完整電路圖4.6 驗(yàn)證負(fù)信號(hào)工作情況在完成了正信號(hào)的電路調(diào)試后，只需將二極管 D7 和 D8 反相，然后在功率放大 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 25 頁(yè) 共 30 頁(yè)電路前面加上一個(gè)反相電路，將負(fù)信號(hào)轉(zhuǎn)化為正信號(hào)，其他地方的原理與正信號(hào)的工作原理相一致。詳細(xì)的負(fù)信號(hào)工作電路圖如圖 4-6 所示。實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的數(shù)據(jù)如下表 4-5 所示：a b c d e outU0 0 0 0 0 0-0.20V -0.36V 0.36V 0.37V 6.44V 5.22V-0.40V -0.73V 0.73V 0.79V 11.25V 10.83V-0.60V -1.08V 1.09V 1.15V 16.04V 15.59V-0.80V -1.43V 1.45V 1.53V 21.2V 20.1V-1.00V -1.80V 1.80V 1.86V 21.9V 21.5V-1.50V -2.69V 2.70V 2.80V 21.9V 21.3V有關(guān)實(shí)驗(yàn)中負(fù)信號(hào)工作時(shí)測(cè)得數(shù)據(jù)的兩點(diǎn)說(shuō)明：（1）有效數(shù)字問題。在上表中有些數(shù)據(jù)到小數(shù)點(diǎn)后面 1 位，有些則精確到后面2 位。這個(gè)是由于在實(shí)驗(yàn)中萬(wàn)能表的量程決定的，由于在實(shí)驗(yàn)中起初設(shè)定的量程是20V，而在負(fù)信號(hào)達(dá)到-0.80V 的時(shí)候，e 點(diǎn)和 點(diǎn)的輸出電壓超過(guò) 20V 了，因此在outU測(cè)量那些電壓的時(shí)候量程設(shè)為 200V，測(cè)得的數(shù)據(jù)也因此只精確到小數(shù)點(diǎn)后面 1 位了。（2）正負(fù)信號(hào)相同輸入大小，輸出信號(hào)有較大的偏差。這個(gè)問題是由于我在做完正信號(hào)電路實(shí)驗(yàn)，接下去做負(fù)信號(hào)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候不慎將三極管 3DG182H 燒壞，而我卻并不知道這一現(xiàn)象的發(fā)生。在負(fù)信號(hào)實(shí)驗(yàn)不成功的時(shí)候反復(fù)檢查電路，當(dāng)然，也曾經(jīng)調(diào)節(jié)過(guò)反饋回路的電位計(jì) RW4，后經(jīng)我和王老師的共同檢查發(fā)現(xiàn)是三極管3DG182H 燒壞，換了三極管后反饋回路的電阻和正信號(hào)的時(shí)候的阻值不相等了，所以負(fù)信號(hào)時(shí)輸出端 的電壓與正信號(hào)時(shí)有少量偏差。 outU表 4-5 負(fù)信號(hào)工作實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 26 頁(yè) 共 30 頁(yè)圖 4-6 負(fù)信號(hào)完整電路圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 27 頁(yè) 共 30 頁(yè)結(jié)束語(yǔ)本畢業(yè)設(shè)計(jì)按照畢業(yè)論文的題目，通過(guò)查閱有關(guān)資料，設(shè)計(jì)出了小功率直流伺服系統(tǒng)控制電路，并且按照任務(wù)書的要求,完成了電路的實(shí)驗(yàn)，從而進(jìn)一步驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)電路是合理的。本設(shè)計(jì)在王榮林老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下業(yè)已完成，從課題選擇、方案論證到具體設(shè)計(jì)和調(diào)試，無(wú)不凝聚著王老師的心血和汗水，在四年的本科學(xué)習(xí)和生活期間，也始終感受著導(dǎo)師的精心指導(dǎo)和無(wú)私的關(guān)懷，我受益匪淺。在此向王老師表示深深的感謝和崇高的敬意。雖然我的論文作品不是很成熟，還有很多不足之處，但這次做論文的經(jīng)歷也會(huì)使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過(guò)程和研究的過(guò)程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會(huì)有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步。不積跬步何以至千里，本設(shè)計(jì)能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，機(jī)械工程系的全體老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來(lái)的辛勤栽培。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 28 頁(yè) 共 30 頁(yè)致 謝再次感謝我的導(dǎo)師王榮林老師，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。感謝王老師，這片論文的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開你的細(xì)心指導(dǎo)。而你開朗的個(gè)性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很快的融入我的這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。感謝我的室友們，從遙遠(yuǎn)的家來(lái)到這個(gè)陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著寢室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。四年里，我們沒有紅過(guò)臉，沒有吵過(guò)嘴，沒有發(fā)生上大學(xué)前所擔(dān)心的任何不開心的事情。我們?cè)谝黄鸬娜兆?，我?huì)記一輩子的。 感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。 在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！ 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 29 頁(yè) 共 30 頁(yè)參 考 文 獻(xiàn)[1] 馮國(guó)楠.現(xiàn)代伺服系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版出版社，1990.[2] 劉勝.現(xiàn)代伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2001.[3] 高鐘毓.機(jī)電控制工程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.[4] 李清新.伺服系統(tǒng)與機(jī)床電器控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.[5] 王松武.常用電路模塊分析與設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.[6] 陳林.電子電路測(cè)試與實(shí)驗(yàn)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.[7] 董在望.高等模擬集成電路[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.[8] 鄒炳強(qiáng).通用電子電路應(yīng)用 400 例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.[9] 路勇.電子電路實(shí)驗(yàn)及仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.[10] 林捷.模擬電路與數(shù)字電路[M].北京：人民郵電出版社，2007.[11] 姚伯威.控制工程基礎(chǔ)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2004.[12] 龐學(xué)民.模擬電子技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.[13] 楊興瑤.新編實(shí)用電子電路 500 例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.[14] 王耀德.交直流電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.[15] 付家才.電氣控制工程實(shí)踐技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004. 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 30 頁(yè) 共 30 頁(yè)附 A：總電路圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 31 頁(yè) 共 30 頁(yè)