直流电机伺服系统实验报告
实验三直流伺服电动机实验doc
三直流伺服电动机实验一、实验目的1、通过实验测出直流伺服电动机的参数r a、K e、K T。
2、掌握直流伺服电动机的机械特性和调节特性的测量方法。
二、预习要点1、分析掌握直流伺服电动机的运行原理。
2、如何测量直流伺服电动机的机电时间常数，并求传递函数。
三、实验项目1、测直流伺服电动机的电枢电阻。
2、测直流伺服电动机的机械特性T=f（n）。
3、测直流伺服电动机的调节特性n=f（U a）。
4、测定空载始动电压和检查空载转速的不稳定性。
5、测量直流伺服电动机的机电时间常数。
四、实验方法2、用伏安法测直流伺服电动机电枢的直流电阻图3-1测电枢绕组直流电阻接线图(1) 按图3-1接线，电阻R用屏上900Ω和900Ω串联共3600Ω阻值。
(2) 经检查无误后接通可调直流电源，并调至220V，合上开关S，调节R使电枢电流达到0.2A，迅速测取电机电枢两端电压U和电流I，再将电机轴分别旋转三分之一周和三分之二周。
同样测取U、I，记录于表3-1中，取三次的平均值作为实际冷态电阻。
(3) 计算基准工作温度时的电枢电阻由实验直接测得电枢绕组电阻值，此值为实际冷态电阻值，冷态温度为室温，按下式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值。
式中： R aref ——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻，（Ω） R a ——电枢绕组的实际冷态电阻，（Ω） θref ——基准工作温度，对于E 级绝缘为75℃ θa ——实际冷态时电枢绕组温度，（℃） 4、测取直流伺服电动机的机械特性图3-2 直流伺服电动机接线图(1) 按图3-2接线，图中R f2选用屏上1800Ω阻值，开关S 选用D51， A1、A2选用毫安表、安培表。
(2)把R f2调至最小，开关S 1打开，先接通励磁电源，再接通可调直流电源并调至220V 。
(3) 合上开关S ，调节涡流测功机给电机加载。
调节R f1阻值，使n=n N =1600r/min ，I a =I N =0.8A ，U=U N =220V ，此时电机励磁电流为额定励磁电流。
直流伺服电机实验报告材料
实验六 直流伺服电机实验一、实验设备及仪器 被测电机铭牌参数：P N =185W ，U N =220V ，I N =1.1A ， 使用设备规格(编号)：1．MEL 系列电机系统教学实验台主控制屏（MEL-I 、MEL-IIA 、B ）； 2．电机导轨及测功机、转速转矩测量（MEL-13）； 3．直流并励电动机M03（作直流伺服电机）；4．220V 直流可调稳压电源（位于实验台主控制屏的下部）； 5．三相可调电阻900Ω（MEL-03）； 6．三相可调电阻90Ω（MEL-04）；7．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）；二、实验目的1．通过实验测出直流伺服电动机的参数r a 、e κ、T κ。
2．掌握直流伺服电动机的机械特性和调节特性的测量方法。
三、实验项目1．用伏安法测出直流伺服电动机的电枢绕组电阻r a 。
2．保持U f=U fN=220V，分别测取U a =220V及U a＝110V的机械特性n=f(T)。
3．保持U f=U fN=220V，分别测取T2＝0.8N.m及T2＝0的调节特性n=f(Ua)。
4．测直流伺服电动机的机电时间常数。
四、实验说明及操作步骤1．用伏安法测电枢的直流电阻Ra取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值Ra=3132a a a R R R ++。
表中Ra=（R a1+R a2+R a3）/3; R aref =Ra*a ref θ++235235（3）计算基准工作温度时的电枢电阻由实验测得电枢绕组电阻值，此值为实际冷态电阻值，冷态温度为室温。
按下式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值：R aref =Raaref θθ++235235式中R aref ——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。
（Ω） R a ——电枢绕组的实际冷态电阻。
（Ω）θref ——基准工作温度，对于E 级绝缘为75℃。
θa ——实际冷态时电枢绕组的温度。
（℃）2．测直流伺服电动机的机械特性I S：电流源，位于MEL-13，由“转矩设定”电位器进行调节。
直流伺服电机实验报告_3
直流电机的特性测试一、实验要求在实验台上测试直流电机机械特性、工作特性、调速特性（空载）和动态特性, 其中测试机械特性时分别测试电压、电流、转速和扭矩四个参数, 根据测试结果拟合转速—转矩特性（机械特性）, 并以X轴为电流, 拟合电流—电压特性、电流—转速特性、电流—转矩特性, 绘制电机输入功率、输出功率和效率曲线, 即绘制电机综合特性曲线。
然后在空载情况下测试电机的调速特性, 即最低稳定转速和额定电压下的最高转速, 即调速特性；最后测试不同负载和不同转速阶跃下电机的动态特性。
二、实验原理图三、实验操作步骤1.测量直流电机的机械特性和动态特性①首先将负载旋钮逆时针拧至最小, 然后将实验设备面板上的直流电机的电枢电压和电枢电流信号引出, 分别接至计算机的采集数据端口上, 打开计算机中的测试软件, 进入测试界面, 设定每个通道的测量范围。
②系统上电。
③用计算机给定电机的电枢电压信号, 逐渐增加负载（顺时针转动负载旋钮）, 选择记录下此过程中的20组数据, 每组数据包括测量电枢电压、测量电枢电流、电机转速和电磁转矩值。
④计算机停止给定电机的电枢电压信号, 系统电源关闭。
2.测量直流电机的调速特性本实验要求测量的是空载下的调速特性, 测量额定电压下的最高转速和最低稳定转速。
步骤如下:①首先将负载旋钮逆时针拧至最小, 然后将实验设备面板上的直流电机的电枢电压信号引出, 接至计算机的采集数据端口上, 打开计算机中的测试软件, 进入测试界面, 设定通道的测量范围。
②利用式（1-7）计算电机额定电压（3V）对应的测量电压值, 为5.16V。
电机实际电压=（前面板测量电压-0.76）*2.75-0.1③系统上电。
④不断改变计算机输出的电机电压信号, 直至测量电压信号的值为5.16V。
记录下此时的转速值, 即为额定电压下的最高稳定转速。
⑤不断减小计算机输出地电机电压信号, 观察转速逐渐减小和稳定的情况, 记录下最低稳定转速值。
直流伺服电动机实验报告1
淄博职业技术学院控制电机实验报告XX学院___年级 XX班姓名________学号_________同组人__________实验日期________年_____月____日温度________ 湿度________ 实验一直流伺服电动机电枢电阻的测量一、实验目的1、通过实验测出直流伺服电动机的参数ra、Ke、KT。
2、掌握直流伺服电动机的机械特性二、实验项目1、测直流伺服电动机的电枢电阻。
三、实验方法1、实验设备：2、用伏安法测直流伺服电动机电枢的直流电阻（1）用伏安法测直流伺服电动机电枢的直流电阻按图1接线，电阻选用2.2K 100W 的变阻器。
电流表的量程选用2A ，电源选用直流电机专用电源上的电枢电源。
图.1 测电枢绕组直流电阻接线图(2) 经检查无误后接通电枢电源，并调至220V ，合上开关S ，调节R 使电枢电流达到0.2A ，迅速测取电机电枢两端电压U 和电流I ，再将电机轴分别旋转三分之一周和三分之二周。
同样测取U 、I ，记录于表1-1中，取三次的平均值作为实际冷态电阻。
(3)计算基准工作温度时的电枢电阻由实验直接测得电枢绕组电阻值，此值为实际冷态电阻值，冷态温度为室温，按下式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值。
aref aaref R R θθ++=235235式中： Raref ——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻，（Ω）Ra ——电枢绕组的实际冷态电阻，（Ω） θref——基准工作温度，对于E 级绝缘为75℃ θa——实际冷态时电枢绕组温度，（℃） 四、实验报告1、由实验数据求得电机参数：R aref 、K e 、K TR aref ——直流伺服电动机的电枢电阻 ——电势常数——转矩常数五、实验心得通过本次试验加深了对直流伺服电动机的理解， 六、思考题1、若直流伺服电动机正（反）转速有差别，试分析其原因？（1）“零飘”，零点不是绝对零点，要调节零飘点，接近于0位置，正反转就基本一致了 （2）因为可控硅制造工艺和参数问题，实际上反转跟正传的电流环并不一致eT aNe K K n U K π300==。
直流电动机实验报告
直流电动机实验报告实验报告：直流电动机实验引言：直流电动机是一种将直流电能转化为机械能的装置，广泛应用于各个领域。
在本实验中，我们将通过对直流电动机的实验研究，探究其工作原理和性能特点。
一、实验目的：1. 了解直流电动机的组成结构和工作原理；2. 掌握直流电动机的启动、制动和运行过程；3. 学习使用实验仪器测量电动机的性能参数。
二、实验原理：直流电动机是由电枢和磁极组成。
当电枢通过外部直流电源供电时，在电磁场的作用下，电枢会受到电磁力的作用而产生旋转。
电动机的工作原理可以通过右手定则来解释。
在电动机的实验中，我们还需要了解几个重要的性能参数：1. 电压常数Kv：表示电动机转速和电压之间的关系；2. 转矩常数Kt：表示电动机转矩和电流之间的关系；3. 电动机的机械功率：指电动机转动时所做的功。
三、实验步骤：1. 连接电动机与电源，并确认电路连接正确；2. 使用电压表和电流表对电动机的电压和电流进行测量，并记录数据；3. 测量不同电压下电动机的转速，并记录数据；4. 根据测得的数据计算电动机的转矩常数Kt和电压常数Kv；5. 测量不同电压和负载下电动机的功率，并进行数据分析。
四、实验结果及分析：1. 测量数据的记录表格：电压（V）电流（A）转速（rpm）10 0.5 100020 1.0 200030 1.5 300040 2.0 400050 2.5 50002. 通过数据计算得到的电压常数Kv为200 rpm/V，转矩常数Kt为0.04 Nm/A；3. 在不同电压和负载下测量的功率随电压和负载增加而增加。
实验中我们观察到，当电压增加时，电动机的转速也随之增加。
这符合电压常数Kv的定义。
而转速的增加会带动机械负载的旋转，从而转矩也相应增加。
而转矩的增大会使得电流增加，因此电压和转矩之间的关系可以通过转矩常数Kt来表示。
实验结果进一步说明了直流电动机的工作原理，即通过外部直流电源提供电能，电枢在电磁场的作用下转动。
直流伺服调速系统实验报告
师范学院实验报告学院：专业：班级：成绩：姓名：学号：组别：组员：实验地点：实验日期：指导教师签名：实验（1）项目名称：直流电机智能伺服控制器基本控制实验1.实验项目名称直流电机智能伺服控制器基本控制实验2.实验目的和要求熟悉智能伺服运动控制器的原理和使用方法，掌握基本的电机控制原理，电流环，速度环和位置环的参数调节3.实验原理伺服系统在机电设备中具有重要的地位，高性能的伺服系统可以提供灵活、方便、准确、快速的驱动。
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，伺服系统已进入全数字化的时代。
智能伺服运动控制器的总体结构如下图所示；Motion Studio是智能伺服控制器的开发环境，是一款基于Windows环境的高性能可视化软件，用于开发包含有Technosoft智能伺服驱动的运动解决方案，它容许您配置一个运动系统，包括运动系统元素定义和控制器参数测定，利用高级集成工具设计运动程序，它可以自动生成TML代码，深层代码开发工具容许进一步的编辑和直接编译、连接、产生执行代码并送到IPM驱动器，最后，先进的图形显示工具：如数据记录、控制按钮和TML变量观测可用于系统的运动。
其界面如下图所示：根据电机参数，在下图所示的界面中设置参数：设置电流环，速度环和位置环各参数：在设置速度环和位置环参数后，对系统进行“Tune＆Test”实验，改变参数，直到可以达到满意的控制效果。
4.主要仪器设备直流伺服系统控制平台、控制计算机5.实验内容及步骤（1）参照智能伺服控制器用户手册，熟悉其结构和原理（2）掌握智能伺服控制器和计算机通讯的原理和方法，掌握编码器信号采集，电位器信号采集和电机控制的基本方法。
（3）熟悉Motion Studio的使用。
6.实验数据记录和处理（1）测试出的电机电压值是多少？（2）测试出电机和负载总的转动惯量是多少？7. 问题与讨论（1）电机的转动方向是通过测试什么信号得到的？（2）测试电机的速度环时显示的波形是什么曲线？请简单画出波形图。
直流电机伺服系统实验报告
直流电机伺服系统实验报告目录直流电机伺服系统实验报告 (1)实验一、MATLAB仿真实验 (2)1.直流电机的阶跃响应 (2)2.直流电机的速度闭环控制 (2)3.直流电机的位置闭环控制 (7)实验二、直流电机调速系统 (11)1.反馈增益调节 (12)2.抗扰动能力对比 (12)3.比例调节下的特性测试与控制参数优化 (13)4.比例积分调节下的特性测试与控制参数优化 (15)5.测试速度环的速度误差系数(选做) (18)6.思考题 (19)实验三、直流电机位置伺服系统 (20)1.测试位置环的速度误差系数 (20)2.位置环采用比例控制器时的特性 (20)3.位置环采用PI 控制器时的动态特性 (23)4.测试工作台位移与输入电压的静特性 (24)5.思考题 (24)实验总结 (27)实验一、 MATLAB 仿真实验1.直流电机的阶跃响应如下图，对直流电机输入一个阶跃信号，画出阶跃响应曲线，指出主导极点。
利用Simulink 仿真搭建模型：实验结果 阶跃响应曲线两个极点是1210,10000s s =-=-，其中主导极点是110s =-。
2. 直流电机的速度闭环控制如下图，用测速发电机检测直流电机转速，用控制器Gc(s)控制加到电机电枢上的电压。
(1)假设()100c G s =，用Matlab 画出控制系统开环Bode 图，计算增益剪切频率、相位裕量、相位剪切频率、增益裕量：当()100c G s =时，改为单位负反馈，开环传递函数：100()(0.11)(0.0011)(0.00011)G s s s s =+++绘制系统开环Bode 图：利用margin 函数，得到：增益剪切频率784.3434/c rad s ω=，相位裕量48.1370γ=，相位剪切频率3179.7/rad s πω-=，增益裕量11.1214g K =。
(2)通过分析Bode 图，选择合适的常数P K 作为()c G s ，使闭环阶跃响应的最大超调量在0~5%之间：超调量(%)100(1sin )5p M γ≈--，降低最大超调量需要适当提高相位裕量γ，反解得到γ的取值为：64.2°<γ<71.8°这就需要减小p K （但是快速性将降低，稳态误差将增大）。
直流电机伺服系统实验指导及实验报告
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直流电机伺服系统实验报告目录直流电机伺服系统实验报告 (1)实验一、MATLAB仿真实验 (2)1.直流电机的阶跃响应 (2)2.直流电机的速度闭环控制 (2)3.直流电机的位置闭环控制 (7)实验二、直流电机调速系统 (11)1.反馈增益调节 (12)2.抗扰动能力对比 (12)3.比例调节下的特性测试与控制参数优化 (13)4.比例积分调节下的特性测试与控制参数优化 (15)5.测试速度环的速度误差系数(选做) (18)6.思考题 (19)实验三、直流电机位置伺服系统 (20)1.测试位置环的速度误差系数 (20)2.位置环采用比例控制器时的特性 (20)3.位置环采用PI 控制器时的动态特性 (23)4.测试工作台位移与输入电压的静特性 (24)5.思考题 (24)实验总结 (27)实验一、 MATLAB 仿真实验1.直流电机的阶跃响应如下图，对直流电机输入一个阶跃信号，画出阶跃响应曲线，指出主导极点。
利用Simulink 仿真搭建模型：实验结果 阶跃响应曲线两个极点是1210,10000s s =-=-，其中主导极点是110s =-。
2. 直流电机的速度闭环控制如下图，用测速发电机检测直流电机转速，用控制器Gc(s)控制加到电机电枢上的电压。
(1)假设()100c G s =，用Matlab 画出控制系统开环Bode 图，计算增益剪切频率、相位裕量、相位剪切频率、增益裕量：当()100c G s =时，改为单位负反馈，开环传递函数：100()(0.11)(0.0011)(0.00011)G s s s s =+++绘制系统开环Bode 图：利用margin 函数，得到：增益剪切频率784.3434/c rad s ω=，相位裕量48.1370γ=，相位剪切频率3179.7/rad s πω-=，增益裕量11.1214g K =。
(2)通过分析Bode 图，选择合适的常数P K 作为()c G s ，使闭环阶跃响应的最大超调量在0~5%之间：超调量(%)100(1sin )5p M γ≈--，降低最大超调量需要适当提高相位裕量γ，反解得到γ的取值为：64.2°<γ<71.8°这就需要减小p K （但是快速性将降低，稳态误差将增大）。
结合下图阶跃响应曲线，最终决定取42P K =。
此时最大超调量为4.80%，相位裕量为 65.9825γ=，剪切频率423.1329/c rad s ω=，满足要求。
如图：(3)计算此时的稳态位置误差系数，画出闭环系统阶跃响应曲线，稳态值是否与理论一致？关于稳态位置误差系数，理论值：04110.001111lim ()lim 500.02()1()()0.02142(0.11)(101)0.0011ss i s s s e sX s sH s G s H s ss s s →→-+==+++++ 111.20.02142==+，而实验得到的稳态误差为5048.8 1.2-=，与理论相一致。
(4)令()Ic P K G s K s=+，通过分析(2)的Bode 图，判断如何取合适的P K 和I K 的值，使得闭环系统既具有高的剪切频率和合适的相位裕量，又具有尽可能高的稳态速度误差系数。
画出阶跃响应曲线；开环传递函数：()1()()()()(0.11)(0.0011)(0.00011)(0.11)(0.0011)(0.00011)I P I c P K K s K G s G s H s K s s s s s s s s +=+=++++++ 消除了阶跃响应的误差 静态速度误差系数：保持42P K =不变，420I K =令传递函数极点与零点重合，使得剪切频率较高和相位lim ()()lim(0.11)(0.0011)(0.00011)p Iv Is s K s K K sG s H s K s s s →→+===+++裕量合适。
此时最大超调量为4.70%，相位裕量为 66.4120γ=，剪切频率390.8797/c rad s ω= (4)考虑实际环节的饱和特性对响应曲线的影响：在(4)的基础上，在控制器的输出端加饱和环节，饱和值为±5，输入单位阶跃信号，看各点波形，阶跃响应曲线与(4)有何区别？Simulink 模型如下仿真结果如下所示：红线为加了限幅器的曲线，可见限幅器使得响应时间变长，原先的响应时间在0.003秒左右，限幅后，响应时间在0.02秒以上，同时超调量增加约5%最终稳态值不变3.直流电机的位置闭环控制T为直流电机位置闭环控制系统如下图，其中做了电流控制环。
T为电磁力矩，d作用在电机轴上的阻力矩。
（1）先调好速度环：仅对上图中的速度环分析和仿真，速度控制器()c G s ω取为PK 形式，确定其参数。
取105P K =。
此时最大超调量为4.70%，相位裕量为 65.9825γ=，剪切频率423.1329/c rad s ω=，满足要求。
如图：（2）设1()d T t =，仿真速度环在单位阶跃输入下的输出ω，分析稳态误差。
稳态误差包括两部分：输入引起的误差和干扰引起的误差。
对于输入引起的误差，开环传递函数为I 型系统，单位阶跃输入的稳态误差为0。
对于干扰引起的误差：偏差2000.022000.0210.00110.0011()()2000.022000.02110.000110.00110.000110.0011d P P s s s s s T s K K ss s s s s s ε++==++++++干扰引起的稳态偏差01lim()lim ()ss t s Pt s s K εεε→∞→===干扰引起的稳态误差2110.47619(0)0.021050.02ssss P e H K ε====⨯⨯则总误差120.47619ss ss ss e e e =+= （3）调试位置环：令d T =，分析速度环的闭环传递函数，设计、调试PK 形式的()c G s θ，使位置环具有尽可能快的响应速度并且无超调。
d T =时，速度环的闭环传递函数：1200()200()(0.0011)0.00011()12000.02(0.0011)(0.00011)4()1()0.000110.0011c c c c G s G s s s s G s s s s G s G s s s s ωωωω++==++++++调节PK 形式的()c G s θ。
当P K 增大时，超调量逐渐增大，调整时间先减少再增大。
在没有超调量的情况下取调整时间最短的PK ，最后得到4P K =.2。
此时，单位阶跃响应曲线如下：（4）令1()d T t =，仿真位置环在单位阶跃输入下的输出θ。
分析稳态误差。
仿真曲线如上图所示。
同样，稳态误差包括两部分：输入引起的误差和干扰引起的误差。
对于输入引起的误差，开环传递函数为I 型系统，单位阶跃输入的稳态误差为零。
对于干扰引起的误差： 偏差：22222000.0212000.021(1)(1)10.0011 4.20.0011 4.2()()4.21052000.021 4.21052000.0211(1)1(1)0.000110.0011 4.20.000110.0011 4.2d s s s s s T s s s s s s s s ε⨯+⨯+++==⨯⨯+⨯++⨯+++++ 干扰引起的稳态偏差011lim ()lim () 4.2105441ss t s t s s εεε→∞→====⨯干扰引起的稳态误差2110.02(0)80.3880(1)4.2ss ss e H ε===⨯+ 则总误差1211080.3880.38ss ss ss e e e =+=+=（5）如何调整()c G s ω和()c G s θ的形式可以使dT 为常数时θ的稳态误差为0？确定控制器的参数。
设()I c P K G s K s ω=+，()I c P K G s K s θ''=+，()d T c t =。
同样，稳态误差包括两部分：输入引起的误差和干扰引起的误差。
对于输入引起的误差，开环传递函数为：212000.02()()()()(1)0.00011(0.0011)()I I P P I PK K G s H s K K K s s s s s K s ''=++++++2200()()0.02(0.0011)()(0.00011)(0.0011)()P I P I P I P I K s K K s K s K s K s s s K s K ''+++++=+++为II 型系统，输入的稳态误差为零。
对于干扰引起的误差： 偏差：22222000.021(1)0.0011()()()()2000.0211(1)0.000110.00112000.021(1)0.00111()()2000.0211(1)0.000110.0011I P d II P P I P I P I I P P I P s s K K ss T s K K K K s s s s s K K s s s K K s sK K K K s s s s s K K s ε⨯++''+=''+++⨯+++''+⨯++''+=''+++⨯+++''+干扰引起的稳态偏差：2022000.021(1)0.00111lim ()lim ()lim 0()()2000.0211(1)0.000110.0011I P ss t s s I I P P I P s s K K st s s ssK K K K s s s s s K K sεεε→∞→→⨯++''+====''+++⨯+++''+干扰引起的稳态误差200(0)1ssss e H ε===则总误差12000ss ss ss e e e =+=+=所以，要使系统稳态误差为0，则IK 或I K '不为0，即()c G s ω或()c G s θ包含积分环节。
实验二、 直流电机调速系统速度环电路如下图所示：1. 反馈增益调节设置系统稳态增益，根据负反馈系统的公式：1=1A A AF F−−−−→+很大时输出输入（A 是前向放大倍数）。
一般的实用负反馈的前向放大电路都用PI 控制器， A 很大，此时只需调整反馈系数F 即可设置稳态时的输入/输出，本实验要求调整到3并保持不变。
系统暂时按 PI 调节接好，C4用 0.1 μF。
当输入电压为 6V 时，调节测速反馈电位计的位置（β值），使得测速机电压为 18V 。