机电系统控制基础实验报告.docx

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机电系统控制基础实验报告

姓名：

杨家幸学号：

1120830115

课程名称：

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