现代数字伺服系统及应用实验报告
伺服电机实验报告心得
伺服电机实验报告心得引言伺服电机是一种能够实现精确定位和控制运动的电机。
在实验中，我们通过搭建电路和编写程序来实现对伺服电机的控制。
本次实验的目标是掌握伺服电机的原理和控制方法，并利用所学知识完成一个简单的控制项目。
实验步骤和内容1. 电路搭建：首先，我们根据提供的电路图搭建了一个控制伺服电机的电路。
电路中主要包括电源、伺服电机和控制信号。
2. 程序编写：接着，我们使用Arduino编写了控制伺服电机的程序。
程序的主要任务是生成一个PWM（脉冲宽度调制）信号，并通过该信号控制伺服电机的转动。
我们通过改变脉冲宽度的值来控制伺服电机转动的角度。
3. 实验调试：在搭建好电路并编写好程序后，我们进行了实验调试。
通过改变脉冲宽度的值来控制伺服电机转动，观察伺服电机的转动情况，并调整程序中的参数，使伺服电机能够按照预期的方式运行。
4. 控制项目：最后，我们根据实验要求完成了一个简单的控制项目。
我们利用伺服电机控制一个小车的转向，通过改变伺服电机的转动角度来改变小车的行驶方向。
心得体会通过这次实验，我有以下几点心得体会：1. 对伺服电机的原理有了更深的了解：在实验中，我学习到了伺服电机的工作原理和控制方法。
伺服电机是通过控制脉冲宽度来控制转动角度的，控制信号的频率和脉冲宽度会影响伺服电机的转速和精度。
2. 对电路搭建和调试有了实践经验：在实验中，我需要根据提供的电路图来搭建电路，并和程序进行配合，实现对伺服电机的控制。
通过实际操作和调试，我对电路的搭建和调试有了一定的经验。
3. 增强了编写程序的能力：在实验中，我需要使用Arduino编写程序来实现对伺服电机的控制。
通过编写程序，我掌握了一些基本的编程技巧和调试方法，提高了自己的编程能力。
4. 培养了团队合作意识：在实验中，我们需要和队友一起进行实验调试和项目完成。
通过与队友的合作，我学会了与他人进行有效的沟通和协作，培养了团队合作意识。
总结通过本次实验，我对伺服电机的原理和控制方法有了更深的了解，并通过实践掌握了一定的电路搭建和编程技巧。
伺服系统个人实验报告
实验一: SIMOTION和TCPU 配置1.SIMOTION 配置实验目的1.掌握SIMOTION 设备和S120的工程配置2.能够在电脑端控制电机的启停实验设备编程电脑一台、SIMOTION D425 设备一套、PLC+S120 设备一套实验内容A.创建项目并组态硬件一、创建项目在桌面上双击打开“SIMOTION SCOUT”，启动SCOUT 软件。
输入工程的名字，选择工程的路径，点击OK。
双击导航中的“Insert SIMOTION device”条目插入一个新设备，在Decive 中选择SIMOTIOND，在Device characteristic 中选择D425，在SIMOTION version 中选择V4.3 版本，勾选Open HW Config。
设置编程电脑与SIMOTION 的连接方式，根据实际硬件的连线选择。
选择以太网连接Ethernet IE1-OP（X120 端口），TCP/IP(AUto)协议。
二、网络组态工程创建完成之后，会得到下图的画面，对网络进行组态。
双击图中的蓝色条状区域X120 IE1-OP，设置SIOMTION 的IP 地址点击按钮Properties，修改SIMOTION 的IP 地址修改IP 地址，保证此处的IP 地址与编程电脑的IP 地址在一个网段内。
三、激活路由1.设置路由点击“Configure network”，进行设置路由操作。
双击上图右侧的PG/PC（1），设置IP 地址。
IP 地址要和编程电脑的IP地址一致。
2.保存路由和下载路由按下图所示，点击工具栏中的保存与编译按钮，没有错误后，再点击下载按钮，下载NetPro 组态到SIOMTION 中，使编程电脑可以和SIMOTION 中集成的驱动器通讯。
四、保存和下载硬件组态点击View 按钮，寻找能够访问的节点，出现节点后选中该节点，点击OK。
B. 配置SINAMICS 驱动器一、在线配置：1.建立在线连接：在打开的画面中点击工具栏上的在线图标，在出现的画面中将D425 和Sinamics_Integrated 全选，点击OK 后即可自动建立连接。
仿真伺服程序实验报告
仿真伺服程序实验报告实验报告：仿真伺服程序一、引言伺服系统是一种用于控制和调节机械运动的自动控制系统，广泛应用于机器人、数控设备、航空航天等领域。
为了加深了解伺服系统的工作原理和参数调节方法，本实验采用仿真软件进行伺服程序的实验。
二、实验目的1. 理解伺服系统的结构和工作原理；2. 掌握伺服系统参数的调节方法；3. 利用仿真软件搭建伺服系统并进行参数调节；4. 分析伺服系统的动态性能和稳态性能。
三、实验步骤1. 搭建伺服系统仿真模型根据实验要求，采用仿真软件搭建伺服系统的数学模型。
包括伺服电机、负载、传感器等元件，并建立其间的物理联系和数学关系。
2. 参数调节方法根据实验要求，采用合适的参数调节方法对伺服系统进行参数调节。
常用的方法有试验法、根轨迹法等。
3. 仿真实验利用仿真软件对搭建好的伺服系统进行参数调节，并观察系统的动态响应和静态性能。
根据实验结果分析系统的稳定性、速度响应和位置精度等。
四、实验结果与分析通过仿真实验，在伺服系统仿真模型中分别采用试验法和根轨迹法进行参数调节。
观察到伺服系统的动态响应和静态性能都有明显的改善。
1. 试验法参数调节试验法是一种较为简单直观的参数调节方法。
通过逐渐调节参数，并观察系统的动态响应，根据实验结果进行调整。
在实验中，采用试验法进行参数调节后，伺服系统的速度响应和位置精度均有明显的提升。
2. 根轨迹法参数调节根轨迹法是一种基于系统的极点位置的参数调节方法。
通过绘制系统的根轨迹图，分析图形的形状和位置，调整参数使得系统稳定性和动态性能得到优化。
在实验中，采用根轨迹法进行参数调节后，伺服系统的速度响应和位置精度均有进一步提升。
综合分析两种参数调节方法的实验结果，可以得出伺服系统的参数调节对系统的动态响应和静态性能有着显著的影响。
合理的参数调节可以提升系统的稳定性、速度响应和位置精度，从而满足实际应用需求。
五、实验总结通过本次仿真实验，掌握了伺服系统的结构和工作原理，了解了伺服系统参数的调节方法，并利用仿真软件成功搭建了伺服系统的数学模型进行参数调节。
伺服系统报告
一、相关概念伺服系统〔servomechanism〕又称随动系统，是用来准确地跟随或复现某个过程的反响掌握系统。
伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标〔或给定值〕的任意变化的自动掌握系统。
它的主要任务是按掌握命令的要求、对功率进展放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置掌握格外敏捷便利。
在机器人中，伺服驱动器掌握电机的运转。
驱动器承受速度环，位置环，电流环三环闭环电路，内部还设有错误检出和保护电路。
驱动器通过通信连接器，掌握连接器，编码连接器跟外部输入信号和输出信号相连。
通信连接器主要用于跟电脑或掌握器通信。
掌握连接器用于跟伺服掌握器联接，驱动器所需的输入信号、输出信号、掌握信号和一些方式选择信号都通过该掌握连接器传输，它是驱动器最为关键的连接器。
编码连接器跟电机编码器连接，用于接收编码器闭环反响信号，即速度反响和换向信号。
伺服电机主要用于驱动机器人的关节。
关节越多，机器人的柔性和精准度越高，所需要使用的伺服电机的数量就越多。
机器人对伺服电机的要求格外高，必需满足快速响应、高起动转矩、动转矩惯量比大、调速范围宽，要适应机器人的形体做到体积小、重量轻，还必需经受频繁的正反向和加减速运行等苛刻的条件，做到高牢靠性和稳定性。
伺服电机分为直流、沟通和步进，工业机器人用的较多的是沟通。
机器人用伺服电机二、伺服系统的技术现状2.1视觉伺服系统随着机器人技术的迅猛进展,机器人担当的任务更加简单多样,传统的检测手段往往面临着检测范围的局限性和检测手段的单一性.视觉伺服掌握利用视觉信息作为反响，对环境进展非接触式的测量,具有更大的信息量，提高了机器人系统的敏捷性和准确性,在机器人掌握中具有不行替代的作用。
视觉系统由图像猎取和视觉处理两局部组成,图像的猎取是利用相机模型将三维空间投影到二维图像空间的过程,而视觉处理则是利用猎取的图像信息得到视觉反响的过程。
根本的相机模型主要包括针孔模型和球面投影模型 ,统一化模型是对球面模型的推广,将各种相机的图像映射到归一化的球面上。
数字交流伺服系统实验报告(DOC)
数字交流伺服系统实验报告学院：机械工程学院学号：YJX*******姓名：***数字交流伺服系统实验报告（标题宋体，3号，加黑，段前段后0.5行）一、实验目的（宋体，小4，加黑，段后0.5行）通过实验深入理解伺服系统的系统结构及工作原理，掌握伺服系统的控制器设计与系统调试方法。
（正文：宋体，5号，单倍行距）二、实验内容及结果1. 对系统进行理论分析1)数字伺服伺服系统又称“随动系统”，是属于自动化体系中控制的一种，它是由若干元件和部件组成的、具有功率放大作用的一种自动控制系统，它的输出量总是相当精确地跟随输入量的变化而变化，或者说，它的输出量总是复现输入量。
它通常是具有负反馈的闭环控制系统，有的场合也可以采用开环控制系统来实现其功能。
随着技术的进步和整个工业的不断发展，伺服驱动技术也取得了极大的进步，伺服系统已经进入了全数字化和交流化的时代。
随动系统的基本职能是对信号进行功率放大，保证有足够的能量推动负载（被控对象）按输入信号的规律运动（即输出），并使得输入与输出之间的偏差不超过允许的误差范围。
也有一部分伺服系统还必须完成一定距离的自动追踪任务。
数字伺服控制系统是一种以数字处理器或计算机为控制器去控制具有连续工作状态的被控对象的闭环控制系统。
因此，数字伺服控制系统包括工作于离散状态下的数字计算机和和工作于连续状态下的被控对象两大部分。
由于数字控制系统的具有一系列的优越性，但主要体现在数字化的实现，将原来有的硬件伺服控制变成了软件伺服控制，从而使在伺服系统中应用现代控制理论的先进算法如最优控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等，成为可能。
此外也使得整个伺服系统更加集成化、网络化、智能化和模块化。
数字伺服控制系统的输出可以使各种不同的物理量，如速度（包括角速度）控制、位置（包括转角）控制、和运动轨迹控制。
其组成部分主要有测量元件、给定元件、比较元件、放大元件、执行元件和校正元件等。
由系统所给的仿真控制图可以知道系统属于位置控制系统。
现在伺服系统实验报告
数字交流伺服系统实验报告姓名：学号：指导老师：学院：数字交流伺服系统实验报告一、实验目的通过实验深入理解伺服系统的系统结构及工作原理，掌握伺服系统的位置控制器设计与系统调试方法。
二、实验内容及结果1. 对系统进行理论分析伺服系统又称随动系统，是用于精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。
随着工业应用要求的进一步提高，使得位置伺服系统不仅要有很高的定位精度，无超调的定位过程，而且还要保证有尽可能快的动态响应。
目前，应用于数控机床的伺服定位系统中，位置指令通常由上位控制器经固定的算法提供给伺服系统。
由于伺服系统在对指令的响应过程中存在加速和减速的过程，为了避免加速过程中的失步，以及减速过程中的位置超调现象，通常采用一定的速度控制算法。
在实际应用中位置环通常设计成比例控制环节，通过调节比例增益，可以保证系统对位置响应的无超调，但这样会降低系统的动态响应速度。
另外，为了使伺服系统获得高的定位精度，通常要求上位控制器对给定位置和实际位置进行误差的累计，并且要求以一定的控制算法进行补偿，因此，单纯对位置环采用比例调节不仅不能获得理想的响应速度，而且会增加上位控制器的算法复杂度。
另外一种方法是把位置环设计成比例积分环节，通过对位置误差的积分来保证系统的定位精度，这使上位控制器免除了对位置误差的累计，降低了控制复杂度。
但这和采用比例调节的位置控制器一样，在位置响应无超调的同时，降低了系统的动态响应性能。
为了满足高性能伺服定位系统的要求，通常可以采用前馈控制对系统干扰进行抑止，增强控制系统的鲁棒性。
伺服电机控制系统采用了PID和前馈的混合控制，对干扰噪声起到了较好的抑制作用;另外，在输出要求直接跟踪输入信号的应用场合中，系统的闭环调节通常造成跟踪的延迟，这时也可以采用前馈控制来加快系统的跟踪速度。
对于位置信号前馈，可以分为速度前馈和加速度前馈两种，采用速度前馈可以通过开环控制特性来加快伺服系统的速度响应，并且当加大速度前馈增益时，可以减少位置环对位置误差的累积，从而加快位置误差的补偿速度。
直流电机伺服系统实验指导及实验报告
伺服系统个人实验报告
实验一: SIMOTION和TCPU 配置1.SIMOTION 配置实验目的1.掌握SIMOTION 设备和S120的工程配置2.能够在电脑端控制电机的启停实验设备编程电脑一台、SIMOTION D425 设备一套、PLC+S120 设备一套实验内容A.创建项目并组态硬件一、创建项目在桌面上双击打开“SIMOTION SCOUT”，启动SCOUT 软件。
输入工程的名字，选择工程的路径，点击OK。
双击导航中的“Insert SIMOTION device”条目插入一个新设备，在Decive 中选择SIMOTIOND，在Device characteristic 中选择D425，在SIMOTION version 中选择V4.3 版本，勾选Open HW Config。
设置编程电脑与SIMOTION 的连接方式，根据实际硬件的连线选择。
选择以太网连接Ethernet IE1-OP（X120 端口），TCP/IP(AUto)协议。
二、网络组态工程创建完成之后，会得到下图的画面，对网络进行组态。
双击图中的蓝色条状区域X120 IE1-OP，设置SIOMTION 的IP 地址点击按钮Properties，修改SIMOTION 的IP 地址修改IP 地址，保证此处的IP 地址与编程电脑的IP 地址在一个网段内。
三、激活路由1.设置路由点击“Configure network”，进行设置路由操作。
双击上图右侧的PG/PC（1），设置IP 地址。
IP 地址要和编程电脑的IP地址一致。
2.保存路由和下载路由按下图所示，点击工具栏中的保存与编译按钮，没有错误后，再点击下载按钮，下载NetPro 组态到SIOMTION 中，使编程电脑可以和SIMOTION 中集成的驱动器通讯。
四、保存和下载硬件组态点击View 按钮，寻找能够访问的节点，出现节点后选中该节点，点击OK。
B. 配置SINAMICS 驱动器一、在线配置：1.建立在线连接：在打开的画面中点击工具栏上的在线图标，在出现的画面中将D425 和Sinamics_Integrated 全选，点击OK 后即可自动建立连接。
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系统产生振荡。在实际调试过程中，当出现稳态误差时，先调节参数 P，但是 P 不能过大， 在 1~3 比较合适，再大阶跃输出信号就会完全不稳定。确定好 P 后，不再改动。再慢慢调 节积分参数 I，进一步消除误差。通过多次试凑，确定了速度环的 PI 参数为 P=2.2，I=0.8， 位置环的 PI 参数为 P=2.3，I=0.9。
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图 2.1 三相永磁同步电机矢量控制仿真框图
三相永磁同步电机矢量控制仿真框图如图 2.1 所示。图中第一个 PID 控制器是位置环 PI 控制器，图中第二个 PID 控制器为速度环 PI 控制器，根据电机实际速度及给定速度来确 定电流转矩分量；PWM 模块采用电流滞环控制(如图 2.2)，使电机实际电流跟随给定电流变 化，具体实现如图 2.3；模块 dq2abc 实现 2r／3s 变换，具体实现如图 2.4，其中函数模块 Fcn、 Fcnl 和 Fcn2 一起实现 2r／3s 变换；PMSM 模块为 MATLAB 提供了永磁同步电机模型，它 的参数设置如图 2.5。
（1）比例作用 P：比例作用将加快系统的响应，减小误差。它能快速影响系统的控制 输出值，但仅靠比例系数的作用，系统不能很好地稳定在一个理想的数值，其结果是虽较能 有效地克服扰动的影响，但有稳态误差出现。过大的比例系数还会使系统出现较大的超调并
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产生振荡，使稳定性变差。 （2）积分作用 I：积分作用是消除稳态误差，它能对稳定后有累积误差的系统进行误
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图 3.5 系统输入、输出曲线
图 3.6 系统误差曲线
从图 3.6 可以看出，系统误差为 0.68，当系统满足阶跃信号全部要求时，正弦信号的稳 态误差总是大于 0.5。把位置环 PID 控制器的 P 参数调至 3.5 满足正弦信号稳态误差小于 0.5， 但是阶跃输出信号会产生严重的振荡。
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图 4.9 系统输入、输出曲线
（3）正弦信号：
图 4.10 系统误差曲线
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（2） 斜坡信号
图 4.13 系统输入、输出曲线
图 4.14 系统误差曲线
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《现代数字伺服系统及应用》
姓 名： 学 号： 专 业： 学 院： 指导教师：
2017 年 6 月
现代数字伺服系统及应用实验报告
一、实验目的
通过实验深入理解伺服系统的系统结构及工作原理，掌握伺服系统的位置控制器设计与 系统调试方法。
二、实验内容及结果
1. 系统理论分析 （ 1） 永 磁电动机 永磁同步电动机（PMSM）是由电励磁三相同步电动机发展而 来。它用永磁体代替了电 励磁系统，从而省去了励磁线圈、集电环和电刷，而定子与电励磁三相同步电动机基本相同， 所以称为永磁同步电动机。 （ 2） 矢 量控制 在永磁同步电动机的控制方法中，目前矢量控制方案是使用最广泛的。矢量控制的基本 思想是模拟直流电机的控制方法，将磁链与转矩通过坐标转换，进行解耦，形成以转子磁链 定向的两相参考坐标系，这样就可以将交流电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调 速系统的静、动态性能。矢量控制的优点是能精确地实现转速控制并具有良好的转矩响应。 但是矢量控制的前提是获得转子磁场的准确位置，通常情况下通过安装转子位置传感器来获 得转子磁场的准确位置。 对永磁电动机的矢量 控制方式通常 分为两种，一 种是电压控制 （S VPWM）， 另一种是 电流滞环控制(HCC)。本系统采用的是电流滞环控制。电流滞环控制的目的是使三相定子电 流严格跟踪给定电流信号。为了获得平稳的转矩，定子各相电流应是互相平衡、随转子位置 正弦变化的。常规的电流滞环控制是将给定电流信号与实际检测的逆变器输出电流信号相比 较，若实际电流值较大，调节逆变器开关状态使之减小；若实际电 流值较小，调节逆变器开 关状态使之增大。 在本系统中，位置信号指令与检测到的转子位置相比较，经过位置控制器的调整，输出 速度指令信号，速度指令信号与检测到的转子速度信号相比较，经速度调节器的调节，输出 控制转矩的电流分量 iq，电流分量信号 iq 经过坐标变换输出后，与电机实际电流分量 iabc 比较，再经 PWM 逆变器，输出三相电压，驱动电机工作。 2. 伺服系统实验 如 图 2.1 为 基 于 MATLAB/SimPowerSystems 的 PMSM 电 机 模 型 搭 建 伺 服 系 统 （Matlab2014a）；
差修整，消除稳态误差。在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。 对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统为有差系统。为 了消除稳态误差，在控制器中必须引入积分项。积分作用的强弱取决于积分时间常数 Ti， Ti 越小，积分作用就越强。但是积分作用过大，也会引起系统振荡，超调量过大，调节时 间也会变大。
仿 真 结 果如下：
（1）阶跃信号输入：幅值 200 要求：调节时间 < 0.2s，稳态误差 < 0.2，σ% < 1；
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在本系统调试 PID 控制器时，主要 PI 控制器 通过试凑法将速度环和位置环的 PI 参数进行整定。 首先确定速度环控制器 PID 参数。先确定下速度环控制器 PID 参数，不再改动。通过 仿真，当位置环控制器的 P 值较大时，无论怎么调节位置环的 P 参数，总是无法同时满足 3 个输入信号的性能要求，当正弦信号满足要求时，阶跃输出信号总会有很大的振荡，导致系 统超调量过大，系统不稳定。积分作用 I 较大时，阶跃信号的调节时间过大，超调量也增大，
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图 4.15 系统输入、输出曲线
（3） 正弦信号
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图 2.2 电流滞环控制模块
图 2.3 PWM inverter 模块
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图 2.4 dq2abc 实现 2r／3s 变换模块
3. 控 制 方式选定及仿真结果分析
图 2.5 PM SM 模块参数
三、结果分析
PID 控制器由比例单元 P、积分单元 I 和微分单元 D 组成。通过 Kp，Ki 和 Kd 三个参 数的设定。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新 的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。
（2）斜坡信号：
图 4.2 系统误差曲线
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图 4.3 系统输入、输出曲线
（3）正弦信号：
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