机械控制实验报告.docx

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机械控制实验报告

机械控制理论课内实验

实验报告

姓名：

周欢

学号：

2110201075

班级：

机自16

成绩：

西安交通大学机械基础实验教学中心

2013年11月

第一次试验：

实验一典型环节的瞬态响应和动态分析

一、实验目的

1.学会建立典型的二阶系统数学模型与传递函数。

2、加深对系统瞬态误差与稳态误差等概念的理解。

3、研究二阶系统的特征参数，阻尼比和无阻尼自然频率n对系统动态性能的影响。

定量分析和n与最大超调量Mp和调节时间tS之间的关系。

4.掌握二阶系统时域性能指标的测量方法。

二、实验原理

1、二阶系统的数学建模

二阶系统是由一个比例环节和两个惯性所构成，参考电路图如下：

2、二阶系统单位反馈方块图为：

3、二阶系统单位反馈传递函数为：

4、

其中：

为开环增益、

为闭环增益、

为系统阻尼比、

为系统固有频率。

4、不同阻尼比下二阶系统的单位阶跃响应曲线

（注意：

单位反馈的接连）。

三、实验要求

①在模拟机上，自行设计二阶系统、观察开环系统时域响应曲线；

②采用单位反馈构成闭环系统。

③计算该二阶系统模拟电路的阻尼比ζ与固有频率ωn。

④改变ζ记录两种不同ζ下，二阶系统的单位阶跃响应曲线，将理论值与实测值进行比较。

⑤讨论典型二阶系统性能指标

、

与ζ，ωn的关系。

4、实验数据与结果

1μF，100K欧姆

5μF，100K欧姆

1μF,500K欧姆

原始数据如图

最右边C改为5μF

改100K的R为300K

3.增加零点

（1）串联比例微分环节

（2）并联比例微分环节

第二次试验

实验二典型环节的频率特性实验

一、实验目的

加深理解系统频率特性的物理概念；掌握系统频率特性的实验方法；

掌握频率特性的Bode图Nquist图的绘制。

二、实验原理

三、实验内容

1、做一阶系统的频率特性实验，画出该系统的Bode图与Nquist图。

2、二阶系统的频率特性实验，画出该系统的Bode图与Nquist图。

3、改变二阶系统的阻尼比ζ，观察欠阻尼与临界阻尼情况下的频率特性。

3、确定系统的转角频率、幅值穿越频率、截至频率的实测值。

四、试验数据与结果分析

2、二阶振荡系统（欠阻尼）频率特性实验的Bode图与Nquist图。

3、确定系统的转角频率、谐振频率、截至频率的实测值。

4、填写实验数据与响应曲线

二阶振荡系统

Bode图

Nquist图

2组不同ζ频率特性

ζ1=0.101

ζ2=0.149

欠阻尼bode图

电阻300k，电容1uf

电阻200k，电容1uf

实验三机电控制系统的校正

一、实验目的

通过本次实验，加深理解控制系统反馈校正的概念，掌握改善机电控制系统性能的基本方法和工程实现，对给定系统进行串联校正设计，并通过模拟实验检验设计的正确性，从而学会控制系统的串联校正与反馈校正。

二、实验内容

1、串联超前校正

2、串联滞后校正

3、串联超前—滞后校正，校正前与校正后的阶跃响应实验。

三、实验原理

1、串联超前校正

系统模拟电路图如图所示，图中开关S断开对应未校情况，接通对应超前校正。

图3-1超前校正电路图

系统结构图如图3-2

图3-2超前校正系统结构图

图中Gc1（s）=3

2（0.055s+1）

Gc2（s）=

0.005s+1

2、串联滞后校正

模拟电路图如图3-3，开关s断开对应未校状态，接通对应滞后校正。

图3-3滞后校正模拟电路图

系统结构图示如图3-4

图3-4滞后系统结构图

图中Gc1（s）=10

10（s+1）

Gc2（s）=

11s+1

3、串联超前—滞后校正

模拟电路图如图3-5，双刀开关断开对应未校状态，接通对应超前—滞后校正。

图3-5超前—滞后校正模拟电路图

系统结构图示如图3-6

图3-6超前—滞后校正系统结构图

图中Gc1（s）=6

6（1.2s+1）（0.15s+1）

Gc2（s）=

（6s+1）（0.05s+1）

四、实验步骤

①在未校正的二阶系统电路中加入滞后校正环节（如图3-3接通S开关情况），在实验项目下拉框中选中[连续系统串联校正]实验并设置相应的参数，即可做串联滞后校正实验。

②观察经过串联滞后校正环节的二阶系统瞬态响应，并记录其超调量Mp、峰值时间Tp、调整时间Ts的变化。

③记录实验数据与响应曲线。

①画出实验电路图

五、试验数据域结果分析

1.串联超前校正：

断开

闭合

滞后校正系统

指标

校正前

校正后

阶跃响应曲线

δ%

Tp（秒）

Ts（秒）

2.串联滞后校正：

S断开:

s闭合

滞后校正系统

指标

校正前

校正后

阶跃响应曲线

δ%

Tp（秒）

Ts（秒）

3、串联超前—滞后校正：

开关断开

闭合：

滞后校正系统

指标

校正前

校正后

阶跃响应曲线

δ%

Tp（秒）

Ts（秒）

第三次实验

实验一直流电机速度控制与PID参数校正

一、实验目的

1、掌握调整直流伺服驱动器PID参数的方法

2、理解不同转动惯量对系统性能指标的影响

二、实验原理

转动惯量是刚体转动时惯量的度量，其量值取决于物体的形状、质量分布及转轴的位置。

转动惯量在旋转动力学中的质量，所以当系统转动惯量增大后，相同的控制器参数情况下，系统的性能指标一定下降。

为保持原有的性能指标，必须重新整定PID参数。

三、实验内容

通过simulink对电机进行仿真，确定合适的PID参数。

随后对直流电机进行电流环、速度环、位置环的PID控制，通过改变系统转动惯量，根据期望性能指标整定直流伺服驱动器的电流环、速度环、位置环PID参数，确保理论曲线与实际曲线尽量拟合。

进一步地分析直流电机控制精度的影响因素。

实验设备

1、直流伺服系统控制平台，GSMT2012；

2、PC、EasyMotionStudio软件；

实验内容

1、EasyMotionStudio软件对直流电机进行测试

（1）速度环的整定及转动惯量的测定

（2）电流环的整定

四、实验数据与结果分析

1）速度环的整定及转动惯量的测定

未加质量块

加质量块

2）电流环的整定