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计算机控制技术验指导书2015版
实验一 直流电动机建模及仿真实验 1
1实验目的 1
2实验设备 1
3实验原理及实验要求 2
3.1实验原理 2
3.2实验要求 3
实验二 考虑结构刚度时的直流电动机-负载建模及仿真实验 6
1实验目的 6
2实验设备 6
3实验原理及实验要求 6
3.1实验原理 6
3.2实验要求 8
实验三 步进电机控制实验 9
1、实验目的 9
2、实验仪器与设备 9
3、实验内容 9
4、实验原理 10
5、实验步骤 11
实验一 直流电动机建模及仿真实验
(1)了解直流电动机的工作原理;
(2)了解直流电动机的技术指标;
(3)掌握直流电动机的建模及分析方法;
(4)学习计算直流电动机频率特性及时域响应的方法。
2实验设备
(1)工作机:ADM Athlon(tm) II X2 245,2.91GHz,1.75GB内存,250GB硬盘;
(2)工具软件:操作系统:Windows 7;软件工具:MATLAB2008a
3实验原理及实验要求
3.1实验原理
直流电机电枢回路的电路方程是:
(1)
其中,是加到电机两端的电压;
是电机反电势;
是电枢电流;
是电枢回路总电阻;
是电枢回路总电感;
称为电枢回路电磁时间常数。
并且反电动势与电机角速度成正比:
(2)
其中,称为反电势系数;
为电机轴的转角。
对于电机而言,其转动轴上的力矩方程为:
(3)
其中,是电机的力矩系数;
是负载力矩;
是电机电枢的转动惯量。
对式(1.1)、(1.2)、(1.3)进行拉氏变换得到:
(4)
由此方程组可以得到相应的电动机数学模型的结构框图:
图1直流电动机数学模型结构框图
3.2实验要求
(1)根据电机的工作原理(电压平衡方程、力矩平衡方程)建立从电枢电压到转速的传递函数模型,并根据表1所给电机参数求其频率特性。表1共给出了两个电机的参数,其中A为大功率电机,B为小电机。
(2)编制MATLAB或Simulink程序求电机的调速特性,即不同负载力矩情况下电压和转速之间的关系,将数据填入表2和表3。
(3)编制MATLAB或Simulink程序求电机的机械特性,即不同电压情况下负载力矩和转速之间的关系,将数据填入表4和表5。
(4)编制MATLAB或Simulink程序求电机转速的阶跃响应,并根据阶跃响应求出其机电时间常数。
表1 电机参数表
参数 电机A 电机B 备注 电枢电阻Ra 4.80Ω 13.5Ω 电枢电感La 21mH 21.5mH 力矩系数km 46.32N.m/A 0.27 N.m/A 反电势系数ke 55.3V/(rad/s) 0.42 V/(rad/s) 电机转动惯量J 0.5Kg.m2 0.0005 Kg.m2 电枢部分
表2 电机A调速特性表
序号 电压(V) 转速(rad/s)
(空载) 转速(rad/s)
(负载力矩Mf =500Nm) 转速(rad/s)
(负载力矩Mf = 1000Nm) 1 0 2 10 3 30 4 60 5 90 6 120 7 150 8 180 9 200 10 220
表3 电机B调速特性表
序号 电压(V) 转速(rad/s) 备注 1 0 0 空载 2 2 3 5 4 7 5 10 6 12 7 15 8 18 9 22 10 24
表4 电机A机械特性表
序号 负载力矩Ml(Nm) 转速(rad/s)
(电压Ua=60V) 转速(rad/s)
(电压Ua=100V) 转速(rad/s)
(电压Ua=200V) 1 0 2 100 3 200 4 300 5 400 6 500 7 600 8 700 9 800 10 900 11 1000
表5 电机B机械特性表
序号 负载力矩Ml(Nm) 转速(rad/s) 备注 1 0 电压Ua=20V 2 0.05 3 0.1 4 0.15 5 0.2 6 0.25 7 0.3 8 0.35 9 0.4 10 0.45
实验二 考虑结构刚度时的直流电动机-负载建模及仿真实验
1实验目的
(1)掌握考虑结构刚度时直流电动机-负载的模型的建立方法;
(2)了解不同的结构刚度对模型的影响;
2实验设备
(1)工作机:ADM
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