哈工大机电系统控制实验报告二

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1、WORD格式整理姓名：学号：课程名称：实验序号：二实验日期：实验室名称：同组人：安永佳邓振强实验成绩：总成绩：教师评语：教师签字：年月日学习参考资料分享WORD格式整理2.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

2、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

3、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，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y=42.797*x−77.48，式中

4、x为给定电压（伏），y为电机正转转速（度/秒），死区电压0∼1.81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学习参考资料分享WORD格式整理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y=42.436*x−45.277，式中x为给定电压（伏），y为电机反转转速（度/秒），死区电压0∼1.067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

5、图2.6。2.2.3输入信号实验采用扫频方法获得实验系统的幅频特性和相频特性，系统输入为电机电枢电压V=V0cosωt，式中，ω为输入信号的角频率，由图2.5和图2.6知，电动机转速与电枢控制电压成线性关系，故其对应的电机的角速度余弦，如图2.12(a)，电机的角位置正弦0A=Asinωt，如图2.12(b)。考虑正反转死区电压以及转速和电压的线性度，电压幅值0V推荐范围为2.5V～6V，余弦电枢电压的频率ω推荐范围为0.1Hz∼12Hz，其中输入的余弦电枢电压每个周期被离散为100个点，点击“启动”，生成c:testdatainput

6、file(*Hz-*V).txt文件，文件中共保存2个周期的离散点，共200学习参考资料分享WORD格式整理个数据点，第一列为离散点时刻，第二列为离散后该时刻的电压值。2.2.4参数设置当完成输入信号设置，即电动机余弦电枢电压的幅值和频率设置，需要在系统主界面进行电机角位置采样周期的设置（系统默认为1ms），其中采样周期的选择，必须满足采样定理。参数设置完成后，点击“启动”，电机角度自动由码盘采集，并生成数据文件c:testdataoutputdata(*Hz-*V).txt，点击“暂停”，数据记录结束。2.2.5输出信号对于线性系统，

7、系统输入正弦信号，输出一定是正弦信号，输入/输出如图2.16。如图2.16(b)，当输入位置信号角频率时(为穿越零分贝线的角频率，即开环剪切频率），输出位置正弦信号的幅值，即在对数幅频特性曲线零分贝线之上；反之，如图2.16(c)，当输入位置正弦角频率时，输出位置正弦信号的幅值，即在对数幅频特性曲线零分贝线之下。同理可知，当输入位置正弦角频率时，输出位置正弦信号的幅值等于输入信号幅值。值得注意的是，无论输入位置正弦角频率ω是多少，输出信号相对输入信号都存在时间的滞后，对应的滞后相角。针对图2.1所示角位置伺服系统，输出角位置信号由码盘直接检

8、测，输出曲线如图2.16（d）和（e），分别为输出信号曲线发生零点漂移和无零点漂移两种情况。根据在如图2.13（a）控制系统主界面中输入的采样周期，并且自动生成c:testda