1、哈工大机电系统控制实验报告1哈工大机电系统控制实验报告姓名：张晓睿学号：1120830122 课程名称：机电系统控制基础实验实验序号：二实验日期：2014.12.1实验室名称：机电系统控制基础实验室同组人：刘也琪任智星实验成绩：总成绩：教师评语：教师签字：年月日 一实验目的 熟悉直流伺服电动机角位置控制系统的组成及各环节工作原理，包括：电动机参数、增量式码盘精度、机械负载惯量、信号采样频率、死区、控制方法等与角位置伺服系统控制性能指标的关系，针对该典型机电对象或系统，掌握输入信号的设置与离散方法，输出信号的采集与归一化方法，通过速度阶跃响应进行系统参数辨识，通过扫频法，测试系统的频域特性的相位
2、特性和幅频特性曲线，分析系统的稳定性、快速性并掌握系统PID 控制的离散方法，主要目的是培养学生进行基本性能实验和综合设计实验的能力。1、掌握各环节的设计方法；2、掌握机电系统基本调试方法；3、通过扫频法，绘出系统的对数频率特性曲线，从实验数据曲线上，分析系统的稳定性、稳定裕度、快速性、频带宽、校正环节的形式与基本离散化方法。二实验要求1. 绘制同一频率输入/输出信号的时域曲线；2. 绘出系统已知频率点的幅值和相角，并用折线作为渐近线逼近幅频特性；曲线，给出开环剪切频率c3. 给出系统的开环增益K 和系统开环传递函数，各惯性环节的时间常数。4. 给出控制系统的simulink 实现图，通过改变
3、开环增益K ，用示波器观察系统输出。三实验数据 1. 绘制同一频率输入/输出信号的时域曲线 7HZ输入信号时域曲线7HZ输出信号时域曲线输入/输出信号的不同和相同之处：相同：输入为正弦，则输出也为正弦不同：输入和输出的幅值和频率都不一样，而且输入是稳定的，输出有零漂2. 绘出系统已知频率点的幅值和相角，并用折线作为渐近线逼近幅频特性曲线，给出开环剪切频率c；绘出系统幅频特性曲线 根据在表 2.1 中获得实验数据，绘出系统幅频特性曲线，并用折线作为 渐近线逼近幅频特性曲线。 3. 给出系统的开环增益 K 和系统开环传递函数，各惯性环节的时间常数。 实测系统开环剪切频率6.9452HZ 附近上下0
4、.1HZ在幅频特性曲线中，穿越零分贝线的频率即为开环剪切频率c 在MATLAB 中使用 ginput(1)语句得到c 为6.9452HZ实测系统传递函数转折点出值为 7.2247HZ ，K=8.0859,则开环系统传递函数为 G （s ）=)12247.71(0859.8+s s 绘制Bode图 做出该传递函数的Bode图，求得剪切频率为7.1551HZ说明曲线拟合存在误差，原因是取点不足4.给出控制系统的simulink 实现图，通过改变开环增益K ，用示波器观察系统输出。 K=8.0859 k=7 K=11 K=6 K=4 K=2 由上图可知：K 值影响开环系统的频率响应输出的幅值，K 越
5、大峰峰值越大 思考题：1. 电动机选择的依据是什么？答：可以根据负载类型来选择电机功率和电机类型.参数1:传送带速度V 参数2:额定转矩T 然后定好马达侧速度和齿轮箱的输出扭矩和转速.设备使用寿命5年是指所有的部件都要满足,齿轮箱需要热处理电机一般可以达到5年,通常为10年.参照选择电机的S1,S2,S3.某个类型控制柜的各个部件也要根据工况来确定 2. 系统输入余弦电枢电压的幅值和系统参数辨识精度是否有关？为什 么？答:无关，因为bode 图的相频特性为0lg20V B，由于输入电压的0V 变化而B 也随之变化，但是整体0V B不变。 3. 采样频率的高低对系统参数辨识精度有何影响？ 答:采
6、样频率越低，精度越低。 4. 分析输出信号的时域曲线零点漂移的原因；答：电机在运行的过程中温度变化，不同的元器件温度变化系数不同，由于温度系数变化不同导致由于温度引起的元器件的变化也不一样，故最后导致输出的信号有偏差，产生零点漂移。 5. 分析电机转速和电枢电压之间产生死区的原因？死区如何影响系统的 控制性能？在运动控制中如何减小死区的影响？答：在电机启动和反转的时候，由于电机具有惯性，导致在反转启动和停止的时候都不能立即对输入的电压产生反应，从而产生死区。 在死区内系统的控制对输出不起任何作用。在运动控制中要严格控制元器件的精度，修正PID 参数，赋予控制器一定的“耐性”6. 分析电机的正反
7、转转速与电压的线性系数不同的原因以及如何提高系 统辨识精度？答：正转时：y = 42.797* x ? 77.48，反转时：y = 42.797* x ? 77.48，由于在正反转改变时，是三相电机中的两相要对调，不保证三相完全相同，物理元器件的参数不同，故线性系数不同，将正反转转变时产生的差异考虑进去，选择输入电信号的转变，而不选用转速信号来提高系统辨识精度。7. 满足相角滞后10时的频带宽是多少？满足幅值衰减10%的频带宽是多 少？同时满足相角滞后10和幅值衰减10%的频带宽是多少？答：满足相角滞后10时的频带宽是Hz 5.2，满足幅值衰减10%的频带宽是Hz 8.3，同时满足相角滞后10
8、和幅值衰减10%的频带宽是Hz 6.1。8. 在绘制对数频率特性图时，为什么将余弦电枢电压幅值作为输入信号，将由码盘检测的角位置信号作为输出信号？并分析输入信号为角位置 信号时，对数频率特性的变化。如何计算输入角位置信号的大小？，答：输入余弦电枢电压幅值是为了获得角速度输入信号，因为码盘检测的是角位置信号，而输入信号经过系统所得到的输出信号为角位置信号，所以用码盘检测得到的角位置信号作为输出信号符合要求。 9. 简述本实验涵盖的基本知识点，以及你建议可扩展实验内容。答：在本实验中，运用了机电系统控制基础中的bode ，matlab 图的绘制和分析，运用了matlab 的 的估算和确定，从bode图求解传递函数的知识，以及系统的绘图知识，系统的频率特性分析， c性能分析，在实践过程中了解了系统的PID矫正对系统输出的影响。我建议再加入一点matlab对系统性能分析的运用和讲解，对于实际的电机，最好能够与生活中运用到机电系统的地方结合起来。
