机械控制实验报告.docx

1、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、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 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； 采用单位反馈构成闭环系统。 计算该二阶系统模拟电路的阻尼比与固有频率n。 改变记录两种不同下，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。 讨论典型二阶系统性能指标、与，n的关系。4、实验数据与结果1F，100K欧姆5F，100K欧姆1F,500K欧姆原始数据如图最右边C改为5F改100K的R为300K3.增加零点（1）

3、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，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

4、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组不同频率特性1 =0.1012 =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

5、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+13、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

6、图中 Gc1（s）= 6 6（1.2s+1）（0.15s+1） Gc2（s）= （6s+1）（0.05s+1）四、实验步骤 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。 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。 记录实验数据与响应曲线。 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%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

7、应曲线%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%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、Easy Motion Studio软件；实验内容1、 Easy Motion Studio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