A1-直流电机控制实验报告讲解.docx

实验一 不同转动惯量下直流电机 PID 参数调整 本组人员： 实验分工： 负责撰写实验报告，记录和分析数据； 负责软件操作和数据分析 一、实验目的 1、 掌握整定直流伺服驱动器 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、实验设备 1、 直流伺服系统控制平台，GSMT2012； 2、 PC、Easy Motion Studio 软件； 三、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。 实验步骤 打开Easy Motion Studio 软件，进入软件界面后，依次打开View—Project—Setup —Edit，然后按要求对直流电机的参数进行调整，当对电机的参数调整完成后，可通过“COM1”口下载到电机的控制器中，接着进入速度环，电流环和位置环的调整界面，依次通过调节Kp,Ki或Kd来实现预期的性能。 原始数据记录及分析 速度环的整定 调整Kp 初始给定Kp=626.7,Ki=2.134 调整Kp=450，Ki不变 调整Kp=500，Ki不变 调整Kp=510，Ki不变 调整Kp=507，Ki不变 调整Kp=508，Ki不变 通过观察实验曲线，发现当Kp=508时实际曲线与理论曲线拟合的最好，所以取定Kp=508 （2）调整Ki 给定Kp=508，调整Ki=1.8 给定Kp=508，调整Ki=2.5 给定Kp=508，调整Ki=20 给定Kp=508，调整Ki=45 通过观察实验曲线，发现当Ki=45时实际曲线与理论曲线拟合的最好，所以取定Ki=45 综上，适合该直流电机速度环的PID参数为Kp=508，Ki=45 电流环的整定 调整Kp 初始给定Kp=1.359,Ki=0.2171 调整Kp=20，Ki不变 调整Kp=5，Ki不变 调整Kp=1，Ki不变 调整Kp=2，Ki不变 调整Kp=1.36，Ki不变 通过观察实验曲线，发现当Kp=1.359时实际曲线与理论曲线拟合的最好，所以取定Kp=1.359 调整Ki 给定Kp=1.359，调整Ki=1 给定Kp=1.359，调整Ki=0.5 给定Kp=1.359，调整Ki=0.10001 给定Kp=1.359，调整Ki=2 给定Kp=1.359，调整Ki=5 通过观察实验曲线，发现当Ki=5时虽然实际曲线的瞬态响应与理论曲线有一定差别，但稳态响应与理论曲线拟合的最好，所以取??Ki=5 综上，适合该直流电机电流环的PID参数为Kp=1.359，Ki=5 六、实验总结 1、 直流伺服电机的控制框图； 2、 分析 Kp、Ki、Kd 对直流电机主要三个参数（电流、速度、位置）的影响。 答：（1）速度环是PI控制器手动调节，即调节Kp,Ki，同时使Kd=0（不含微分环节），从实验截图中可以直观的看出，当调整Kp当其对曲线影响不大时，Ki逐渐增大，速度实际曲线和理论曲线越来越接近。结合理论知识，PI校正器相当于给系统开环传递函数增加了一个极点和一个零点，结果使系统阶数增加一阶，这样可以使系统的稳态误差得到一级改善。虽然PI校正器的积分环节可以将为常数的稳态误差减为零，但是，因为系统阶数的增加，会使校正系统的稳定性降低，如果参数Kp和Ki的选择不当，甚至会变得不稳定。 (2)电流环整定过程中，也用的PI控制器，与速度环类似,增大Kp可以减小误差，但会影响系统的稳定性；而Ki的增大，可以使稳态误差明显减小，即实际电流曲线和理论电流曲线接近程度越来越大，提高系统的无差度。 （3）位置环的整定是采用PID控制器调节，调整Kp,Ki,Kd三个参数，即同时采用比例，积分，微分三个环节对系统进行调节，理论上，Kp和Ki的作用同上，不再赘述；对于微分环节，增大Kd可以减小超调，减小调整时间