哈工大机电系统控制实验报告二.doc

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 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 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 =V0 cosωt，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0 A = A sinωt，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 0 V 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:\testdata\inputfile (*Hz-*V).txt 文件，文件中共保存2 个周期的离散点，共200 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