《机电一体化技术》实验指导书

《《机电一体化技术》实验指导书》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、《机电一体化技术》实验指导书山东交通学院编印实验一、直流电机闭环调速实验2实验二、步进电机调速实验6实验三、直流电机的PWM控制实验9实验一、直流电机闭环调速实验一.实验要求1.巩固闭环控制系统的基本概念。2.了解闭环控制系统中反馈量的引入方法。3.掌握PID算法数字化的方法和编程。二.仪器设备Labact-3A型实验箱。三.实验原理及说明1.PID控制按偏差的比例、积分、微分控制（简称PID控制）是过程控制中应用最广的一种控制规则。由PID控制规则构成的PID调节器是一种线性调节器。这种调节器是将设定值U与实际输岀值Y构成控制偏差：e=U—Y按比例（P）、积分（I）、微分（D）通过线

2、性组合构成控制屋。PID控制算法的模拟表达式是：(1-1)式中，P（o——调节器的输出信号；e（t）——调节器的偏差信号；Kp——调节器的比例系数;T,——调节器的积分时间常数；Td——调节器的微分时间常数；在实际应用屮，根据对象特征和控制要求，也可灵活改变其结构，取其一部分构成控制，例如：比例（P）调节器、比例积分（PI）调节器、比例微分调节器（PD）等。比例调节器是一种最简单的调节器。它具有反应快、无滞后的特点，抗干扰，使被控参数稳定在给定值附近。但是，対于具有自平衡系统（即系统阶跃响应为一有限值）的被控对象存在静差。对于某一给定系统，当负荷变化时，静差大小与比例作川的强弱有关。加

3、人比例系数可以减小静差，但Kp过大时，会使动态质量变差，引起控制量振荡甚至导致不稳定。比例积分调节器是在比例调节器的基础上增加积分调节规律。积分调节规律的实质是调节器输出的变化速度与输入偏差的大小成正比。只要有偏差，调节器输出的调节信号就不断变化，执行器就不断动作，直至偏差信号消除。因此，积分作用能消除比例调节器的静差。但是积分调节动作缓慢，其调节作用总是滞后于偏差信号的变化。在上述PI调节器的基础上再加上微分调节环节就构成了PID调节器。微分调节作用可以克服积分调节作用缓慢性，避免积分作用可能降低系统响应速度的缺点。另外，微分调节的加入冇助于减小超调、克服振荡，改善系统的动态性能。2

4、.PID算法的数字实现由于DDC（DirectDigitalControl）系统是一种时间离散控制系统。因此，为了用计算机实现式（1-1）必须将英离散化。川数字形式的差分方程来代替连续系统的微分方程：）T八tI幺⑷+不-工《（j）+-e（n—1）］〔（1-2）式中：采样周期；P(n)-第n次采样时计算机输出；e(n)一第n次采样时的偏差值；e(n-1)一第n-1次采样时的偏差值；n采样序号，n=(),1,2,…。离散化的PID位査控制算式表达式为：P⑷=K』伙)+©£

5、得离散化的位置空P控制、PI控制和PD控制的编程表达式。一.实验内容及步骤根据实验要求，即调速速率(上升时间)、超调虽、调节时间及误差，选择PID控制参数，实现直流电机闭环调速控制，观察调速控制曲线。在流电机闭环调速系统原理框图见图1-k绽腿值U(R)-图1-1直流电机闭环调速系统原理框图当给定直流电机转速U(R)接入后(即在速度示波器的界面上设置'目标值，)，与当前转速值U(t)(光电测速机构的脉冲数)相比较，其差值e(t)在计算机屮进行PID计算，解算成P(t),经数/模转换器(B2)驱动直流电机，改变电机转速，达到直流电机闭环调速控制。注意：转速最大为3300转/分钟('转速'参

6、数=60)o实验步骤:(1)实验联线:1电机输入B2单元(OUT1)-C2单元(电机输入)2测速C2单元电机输出(电压)一B7输入(IN4)(2)运行、观察、记录:①运行LABACT程序,选择控制系统菜单下的直流电机闭环调速实验项目,就会弹出速度示波器的界面，点击旺始后将白动加载相应源文件，然后再点击发送键,将运行；然后设定'转速’参数和控制系数PID后，点击发送，即可实现肓流电机的闭环调速。②在程序运行中，随时可修改'转速’参数和控制系数PID,然后点击发送,实现直流电机的闭环调速，无须点击停止;只有在需观察实验结果吋，才需点击停止。注：一旦点击停止后,再点击开始,必须再次点击'发送

7、'键，才能使实验机按照修改过的P.I.D控制参数运行：否则，实验机将按照初始设定的P.I.D控制参数运行。③该实验的显示界面中“控制系数”栏的比例系数Kp(0,00-1.00).调节器的积分时间T,(l~199mS)、调节器的微分时间乙(0~200mS)；均可由用户在界面上直接修改，以获得理想的实验结果。改变Kp、TkTd这些参数后，只要再次点击“发送”键，即可使实验机按照新的控制参数运行。①该实验已规定采样周期T=5mS，“控制系数”栏的Kp