机电系统控制基础实验报告Word文件下载.docx
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机电系统控制基础实验
实验序号:
2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:
陈浩1120830109
实验成绩:
总成绩:
教师评语:
教师签字:
年月日
实验二角位置伺服系统频域特性测试与分析实验
2.1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。
2.2实验原理
2.2.1直流电动机角位置伺服系统组成
如图2.1直流电动机角位置伺服系统,由直流减速电机、膜片联轴器、磁滞制动器、增量式空心轴码盘组成的角位置反馈闭环系统。
码盘感知的角位置信号通过采集卡的I/O传给计算机,由计算机的控制模型计算输出位置信号,通过采集卡的DA、驱动电路,使直流电动机转动,组成的计算机控制的角位置伺服系统示意图如图2.2.
2.2.2电动机及其驱动电路
直流减速电动机采用惠城区日松菱五金电气商行的Z2D15-24GN,如图2.3,电动机额定电压24V,额定电流1A,额定转速60rpm,额定转矩2.4Nm,减速比为50。
直流减速电动机的电枢接驱动电路板,当电动机的电枢电压从1.8v升高至7.5v时,电机转速从4.763671875度/秒(约0.79rpm)升高至243.28125度/秒(约40.5rpm),而且呈线性关系42.797*77.48yx=−,式中x为给定电压(伏),y为电机正转转速(度
/秒),死区电压01.81∼伏,线性相关系数为1,用码盘测得电动机正转转速与电枢电压的关系如图2.5。
直流电动机的电枢接驱动电路板,当电动机的电枢电压从0.7v减小至-4.7v时,电机转速从12.19921875度/秒(约2rpm)升高至244.9863281度/秒(约40.1rpm),而且呈线性关系42.436*45.277yx=−,式中x为给定电压(伏),y为电机反转转速(度/秒),死区电压01.067∼伏,线性相关系数为1,用码盘测得电动机反转转速与电枢电压的关系如图2.6。
图2.6直流减速电动机反转转速与电枢电压的关系
1.绘制同一频率输入/输出信号的时域曲线
6.1HZ输入信号时域曲线
6.1HZ输出信号时域曲线
输入/输出信号的不同和相同之处:
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ωc;
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
5.75HZ附近上下0.1HZ
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
在MATLAB中使用[m,n]=ginput
(1)语句得到
为5.7324HZ
实测系统传递函数
转折点出
值为5.4520HZ,K=6.1198,则开环系统传递函数为
G(s)=
做出该传递函数的Bode图,求得剪切频率为5.3591HZ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=7.4914K=12
K=10K=6
K=4K=2
K值影响开环系统的频率响应输出的幅值,K越大峰峰值越大