机电系统控制基础实验报告2
机电传动控制实验报告
机电传动控制实验报告
本次实验主要学习了机电传动控制的基础知识和控制方法，通过实际的硬件实验，进一步加深了对于机电传动控制的了解。
实验一：单向行程控制系统
通过本次实验，我们学习了单向行程控制系统的构成和工作原理。
通过按下按钮控制气缸的伸缩，实现了单向行程的控制。
实验二：双向行程控制系统
通过本次实验，我们学习了双向行程控制系统的构成和工作原理。
通过按下按钮控制气缸的伸缩，实现了双向行程的控制。
实验三：速度控制系统
通过本次实验，我们学习了速度控制系统的构成和工作原理。
通过按下按钮控制电机的正反转，结合调节电位器实现了电机的速度控制。
实验四：位置控制系统
通过本次实验，我们学习了位置控制系统的构成和工作原理。
通过按下按钮控制步进电机的转动步数，实现了位置控制。
实验五：机械机构控制系统
通过本次实验，我们学习了机械机构控制系统的构成和工作原
理。
通过按下按钮控制三个气缸的伸缩和机械瓣的运动，实现了机械机构的控制。
实验总结：
通过本次实验，我们掌握了机电传动控制的基础知识和控制方法，了解了不同类型控制系统的工作原理和实现方式，同时也加深了对于控制硬件的认识。
在实验过程中，我们不仅解决了各种控制问题，还加强了团队协作和沟通能力，为我们未来的研究和实践打下了坚实的基础。
机电控制实训实验报告
一、实验目的1. 了解机电控制系统的基本原理和组成；2. 掌握常用电气元件的识别和使用方法；3. 熟悉PLC编程软件的使用；4. 培养动手能力和团队协作精神。
二、实验原理机电控制系统是指利用电力电子技术、自动控制技术、计算机技术等手段，实现对机械设备的自动控制。
实验中，我们将通过PLC编程实现对直流电机的调速和转向控制。
三、实验设备1. PLC编程控制器1台；2. 直流电机1台；3. 交流电源1台；4. 电气元件若干；5. PLC编程软件1套。
四、实验步骤1. 熟悉实验设备，了解各部分功能；2. 搭建实验电路，连接PLC与直流电机；3. 编写PLC程序，实现直流电机的调速和转向控制；4. 上传程序到PLC，调试实验电路；5. 观察实验现象，分析实验结果。
五、实验内容1. 直流电机调速实验（1）搭建实验电路，连接PLC与直流电机；（2）编写PLC程序，实现直流电机的调速控制；（3）上传程序到PLC，调试实验电路；（4）观察实验现象，分析实验结果。
2. 直流电机转向实验（1）搭建实验电路，连接PLC与直流电机；（2）编写PLC程序，实现直流电机的转向控制；（3）上传程序到PLC，调试实验电路；（4）观察实验现象，分析实验结果。
六、实验结果与分析1. 直流电机调速实验实验结果表明，通过PLC编程可以实现直流电机的调速控制。
通过改变PLC输出端的脉冲宽度，可以改变直流电机的转速。
实验过程中，我们观察到当脉冲宽度增加时，直流电机的转速也相应增加；当脉冲宽度减小时，直流电机的转速也相应减小。
2. 直流电机转向实验实验结果表明，通过PLC编程可以实现直流电机的转向控制。
通过改变PLC输出端的信号极性，可以改变直流电机的转向。
实验过程中，我们观察到当信号极性改变时，直流电机的转向也相应改变。
七、实验总结本次实验使我们了解了机电控制系统的基本原理和组成，掌握了常用电气元件的识别和使用方法，熟悉了PLC编程软件的使用。
机电控制系统实验报告
一、实验目的1. 理解机电控制系统的基本原理和组成；2. 掌握机电控制系统的调试方法；3. 熟悉常用控制元件的性能和特点；4. 提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。
二、实验原理机电控制系统是指由电动机、执行机构、控制器、传感器等组成的，用于实现特定运动或控制功能的系统。
本实验主要研究步进电机驱动系统，通过控制步进电机的旋转角度和速度，实现机械装置的运动控制。
三、实验内容1. 步进电机驱动系统原理研究2. 步进电机驱动电路设计3. 步进电机驱动系统调试四、实验步骤1. 步进电机驱动系统原理研究（1）了解步进电机的工作原理和驱动方式；（2）分析步进电机驱动电路的基本组成和功能；（3）掌握步进电机驱动电路的调试方法。
2. 步进电机驱动电路设计（1）根据步进电机的参数（如相数、步距角等）选择合适的驱动电路；（2）设计步进电机驱动电路的硬件电路，包括驱动芯片、驱动模块、电源电路等；（3）绘制电路原理图和PCB布线图。
3. 步进电机驱动系统调试（1）搭建实验平台，包括步进电机、驱动电路、控制器、传感器等；（2）编写控制程序，实现步进电机的正转、反转、定位等功能；（3）调试系统，观察步进电机的运行状态，调整参数，使系统达到预期效果。
五、实验结果与分析1. 步进电机驱动系统原理研究通过学习，掌握了步进电机的工作原理和驱动方式，了解了步进电机驱动电路的基本组成和功能。
2. 步进电机驱动电路设计根据步进电机的参数，选择了合适的驱动电路，并完成了电路原理图和PCB布线图的绘制。
3. 步进电机驱动系统调试搭建了实验平台，编写了控制程序，实现了步进电机的正转、反转、定位等功能。
调试过程中，观察了步进电机的运行状态，调整了参数，使系统达到预期效果。
六、实验总结1. 通过本次实验，加深了对机电控制系统原理的理解，掌握了步进电机驱动系统的设计方法；2. 提高了动手能力和分析问题、解决问题的能力；3. 了解了常用控制元件的性能和特点，为今后从事相关领域工作奠定了基础。
机电控制实训报告
机电控制实训报告机电控制实训报告摘要：本篇实训报告旨在总结和回顾机电控制实训的过程和成果。
通过针对关键词“机电控制”的深入探讨，我们将从简到繁、由浅入深地介绍机电控制的基本原理、应用领域以及未来发展趋势。
本文共分为以下几个部分：引言、实训目标、实训过程、实训成果及总结。
引言：机电控制是现代工业领域的一个重要分支，它涵盖了多种技术和工程学科，包括电子、机械、控制和计算机等。
机电控制系统的设计和应用对于实现自动化生产、提高生产效率和质量具有重要意义。
因此，通过机电控制实训，我们可以加深对机电控制原理的理解，并培养实际操作的能力。
实训目标：1. 了解机电控制的基本原理和概念；2. 学习如何设计和调试机电控制系统；3. 培养实际操作电路和设备的能力；4. 提高解决问题和故障排除的能力。
实训过程：在机电控制实训中，我们首先学习了机电控制系统的基本原理和组成部分，包括传感器、执行器和控制器等。
然后，通过实际操作电路和设备，我们学会了如何设计和调试机电控制系统。
在实训过程中，我们遇到了一些问题和挑战，但通过团队合作和老师的指导，我们最终成功完成了实训任务。
实训成果：通过机电控制实训，我们获得了以下成果：1. 深入理解了机电控制的基本原理和概念；2. 学会了设计和调试机电控制系统的方法和技巧；3. 提高了实际操作电路和设备的能力；4. 培养了解决问题和故障排除的能力。
总结：机电控制实训是一次宝贵的学习机会，通过实践操作和理论学习的结合，我们深入理解了机电控制的原理和应用。
在未来，机电控制技术将持续发展，为工业生产、智能化设备和自动化系统带来更多的创新和进步。
通过机电控制实训，我们为自己打下了坚实的基础，为未来的学习和职业发展做好了准备。
我对机电控制的观点和理解：机电控制作为现代工业领域的一个重要分支，对于实现自动化生产和提高生产效率具有重要意义。
它结合了多种技术和工程学科，为工业生产和自动化系统提供了可靠的解决方案。
机电控制系统实报告
实习报告实习名称：机电控制系统实习学生姓名徐彬彬系别工程与技术组别指导教师罗玉元完成日期 2012年7月8日目录1、前言 (3)1.1实习地目地和任务 (3)1.2 实习概况 (3)2、 MCGS及PLC编程 (4)2.1 基于MCGS与PLC地彩灯监控程序设计与调试 (4)2.2 基于MCGS地液体混料系统模拟演示程序设计 (10)2.3 基于MCGS与PLC地多缸顺序动作液压监控系统程序设计与调试 (10)参考文献 (17)机电控制实习报告1、前言1.1实习地目地和任务本教学环节为机械设计制造及其自动化专业机电方向重要地实践性教学活动.本实习是在学习了《液压与气压传动》、《微机原理及应用》、《测试技术》、《机电传动控制》、《机电控制与接口技术》等课程后地一次综合性地实践演练,通过对机电一体化设备地分析和解剖,使学生对机电系统地结构、传动原理和控制方法、常用传感与检测元件地类型、控制系统地软硬件接口和常用软件地编程等有比较深入地了解.本教学环节主要依托大学生创新创业实践基地,在液压气动实验室、可编程控制器及应用实验室和机电一体化控制实验室等进行现场实践、指导教师指导、提示答疑、学生撰写实习日记与总结报告等方式进行.本教学环节要求学生通过实习,能把课堂教学所学理论和机电一体化设备对软硬件地实际要求结合起来,学会理论联系实际,解决生产实际问题,为今后从事本专业方向地实际工作打下基础.1.2 实习概况我们是第二大组,分为7个小组,总共实习两个星期.我是第四小组.组员：吴源实习内容如下：6月28日晚：实习动员、任务安排6月29日上午：图书馆借相关资料,组态软件基本操作介绍.下午：组态软件地窗口、数据类型和脚本程序介绍.这一天,我对组态软件地基本操作有了初步地了解,同时也学会了简单地脚本程序编写. 6月30日上午,我们进行了简单地旋转动画制作（如混料搅拌器地旋转）和时间控件地操作.我学会了通过设置旋转角度来实现旋转动作.并且能够利用时间控件来控制旋转时间.下午,我们进行混配料系统模拟仿真编程.通过前面所学知识来实现混料搅拌系统模拟.在老师指导下,我们初步实现了混料搅拌,并不能完全达到要求.这需要我们不断发现问题,从而解决问题.7月1日上午：组态控件地移动与液压元件动画程序设计.老师通过实现简单液压活塞缸地移动更加直观地介绍组态控件地移动.这样我们能更容易掌握,也巩固了液压知识.下午：动力滑台液压传动模拟仿真编程.老师介绍了一个简单地活塞缸进退操作.即通过三位四通换向阀来实现进退.7月2日上午：三菱PLC顺控程序编程.编程过程中须有一个初始状态元件,最后一个动作结束后必须返回初始状态元件,表示不同动作地状态元件按动作地先后顺序依次从上至下排列.下午：西门子PLC顺控程序地编程.与三菱不同地是,其输入输出地址不一样编程规则也不同.7月3日上午：组态软件与PLC地通信连接与调试.该过程中需注意通信端口、PLC类型地匹配.组态里设备窗口设置很关键,如果一个地方错误,则通道连接失败,不能与PLC连接从而进行监控模拟.下午：组态软件彩灯监控程序程序编程与调试.结合上午所学,主要实现9个彩灯地顺序控制.7月4日上午：混配料PLC控制程序设计.结合所学地三菱PLC顺控程序编程来控制混配料顺序动作.下午：PLC控制混配料监控系统程序设计与调试.7月5日上午：动力滑台液压系统PLC控制程序编程.下午：动力滑台液压系统监控程序设计与调试.7月6日上午：步进电机PLC控制监控系统实训.下午：变频调速PLC控制监控系统实训.7月7日上午：继电器接触器控制电路组装与接线实训.需结合所学知识,理解其原理和电路基本结构,从而进行电路组装与接线.下午：继电器接触器控制电路调试实训.调试过程中发现问题并解决问题.主要从所学电路原理方面进行思考.7月8日实验数据和资料整理、撰写实验报告并提交2、MCGS及PLC编程2.1 基于MCGS与PLC地彩灯监控程序设计与调试设计要求：9彩灯成3组;258,147, 369; 按顺序每组运行1秒,2秒、3秒,然后由9-1顺序运行1秒后循环.图2-1组态界面PLC彩灯监控程序表2-1 PLC输入输出接口分配表输入输入地址功能说明输出输出地址功能说明SB1 I0.0 启动灯1 Q0.1 亮启动按钮M1 启动灯2 Q0.2 亮灯3 Q0.3 亮灯4 Q0.4 亮灯5 Q0.5 亮灯6 Q0.6 亮灯7 Q0.7 亮灯8 Q1.0 亮灯9 Q1.1 亮当PLC上地SB1触点接通或者组态内地启动按钮按下,程序能按顺序循环执行,从而使灯按所要求顺序动作.2.2 基于MCGS地液体混料系统模拟演示程序设计设计要求：启动后右泵开.料2进料,中液位右泵关,左泵开,料1进料；高液位时左泵关,搅拌启,搅拌2秒后停1秒,再搅拌2秒.正反转各5秒后停止并开放料阀.低液位1秒后放液阀关闭完成一个循环.系统具有手动、单循环和自动循环功能.图2-2 混料搅拌组态界面2.2.1组态模拟程序液位变化IF 泵1启动 =0 AND 阀启动 = 0 and 泵2启动=0 THEN 液位 = 液位IF 泵1启动 = 0 AND 阀启动 = 1 and 泵2启动=0 THEN 液位 = 液位-0.5 if 泵1启动 = 0 AND 阀启动 = 0 and 泵2启动=1 THEN 液位 = 液位+0.25 if 泵1启动 = 0 AND 阀启动 = 1 and 泵2启动=1 THEN 液位 = 液位-0.25 IF 泵1启动 = 1 AND 阀启动 = 0 and 泵2启动=0 THEN 液位 = 液位+0.25 IF 泵1启动 = 1 AND 阀启动 = 0 and 泵2启动=1 THEN 液位 = 液位+0.5 IF 泵1启动 = 1 AND 阀启动 = 1 and 泵2启动=0 THEN 液位 = 液位-0.25 IF 泵1启动 = 1 AND 阀启动 = 1 and 泵2启动=1 THEN 液位 = 液位IF 液位 > 10 THEN 液位=10IF 液位 < 0 THEN 液位=0搅拌旋转（初始条件：搅拌启动.通过三种搅拌角度来实现旋转）IF 转向=0 THEN搅拌角度 = 搅拌角度 + 1IF 搅拌角度 > 2 THEN 搅拌角度 = 0ELSE搅拌角度 = 搅拌角度 - 1IF 搅拌角度 < 0 THEN 搅拌角度 = 2ENDIF自动控制if 液位>=5 then液位中限=1else液位中限=0endifif 液位>=10 then液位上限=1else液位上限=0endifif 计时时间>=2 and 计时时间<3 then计时时间0=1else计时时间0=0endifif 计时时间>=3 and 计时时间<5 then计时时间1=1else计时时间1=0endifif 计时时间 >= 5 and 计时时间<7 then 计时时间2=1else计时时间2=0endifif 计时时间 >=7 and 计时时间<8 then 计时时间3=1else计时时间3=0endifif 计时时间 >=8 and 计时时间<8 then 计时时间4=1else计时时间4=0endifif 计时到=1 then计时时间5=1else计时时间5=0endifif 计时1>=1 then计时时间6=1else计时时间6=0Endif模拟监控if 液位中限=1 then泵1启动=0泵2启动=1endifif 液位上限=1 then转向=0搅拌启动=1泵2启动=0endifif 计时时间0=1 then 搅拌启动=0if 计时时间1=1 then 搅拌启动=1if 计时时间2=1 then 转向=1if 计时时间3=1 then 搅拌启动=0if 计时时间4=1 then 搅拌启动=1if 计时时间5=1 then搅拌启动=0阀启动=1泵2启动=0endifif 计时时间6=1 then阀启动=0if 控制方式=2 then 泵1启动=1Endif2.3 基于MCGS与PLC地多缸顺序动作液压监控系统程序设计与调试设计要求：参考液压传动教材P231图7-25b,将电磁阀更换成三位四通阀中位机能M型.动作要求：缸A进—缸B进—缸B退－缸A退,行程控制,MCGS与西门子PLC连调.图2-3 液压缸顺序动作组态界面2.3.1组态模拟程序IF DT1=0 AND DT2=0 AND DT3=0 AND DT4=0 THEN IF 活塞位移 <=0 THEN活塞位移=活塞位移else活塞位移=活塞位移-10ENDIFENDIFIF DT1=0 AND DT2=0 AND DT3=0 AND DT4=0 THENIF 活塞位移1 <=0 THEN活塞位移1=活塞位移1else活塞位移1=活塞位移1-10ENDIFENDIFif DT4=1 THENIF 活塞位移1 <=0 THEN 活塞位移1=活塞位移1else活塞位移1=活塞位移1-10 ENDIFENDIFif DT1=1 THENIF 活塞位移 >=100 THEN 活塞位移=活塞位移else活塞位移=活塞位移+10 ENDIFENDIFif DT2=1 AND DT4=1 THEN IF 活塞位移 <=0 THEN活塞位移=活塞位移else活塞位移=活塞位移-10 ENDIFENDIFif DT3=1 AND DT1=1 THENIF 活塞位移1 >=100 THEN 活塞位移1=活塞位移1else活塞位移1=活塞位移1+10 ENDIFENDIF2.3.2 典型液压系统PLC程序Q0.4表示泵地启动,Q0.0表示DT1得电,Q0.1表示DT2得电,Q0.2表示DT3得电,Q0.3表示DT4得电,I0.5表示停止.3、实习心得与体会这次实习对于我来说是收益最大地一次.一开始,我什么都不会,所有都是从零开始.在进行组态软件操作中,我只会画图,其他设置都不懂,只是照着老师一步步下来.但一步没跟上,后面就步步跟不上.（体现思考和调试过程中遇到地问题及解决办法）参考文献[1].冯清秀,邓星钟.机电传动控制[M].武汉：华中科技大学出版社,2011[2].杨曙东,何存兴.液压传动与气压传动[M].武汉：华中科技大学出版社,2010。
机电控制系统实验指导书(二)
实验日期_______班级_____________姓名_____________成绩____________ 实验五单结晶体管触发电路及调光灯电路一、实验目的1、掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。
2、掌握单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感性负载时的工作。
3、了解续流二极管的作用。
二、实验原理1、单结晶体管触发电路的原理：利用单结晶体管(又称双基极二极管)的负阻特性和RC的充放电特性，可组成频率可调的自激振荡电路，如图3-1所示。
图中V6为单结晶体管，其常用的型号有BT33和BT35两种，由等效电阻V5和C1组成组成RC充电回路，由C1-V6-脉冲变压器组成电容放电回路，调节RP1即可改变C1充电回路中的等效电阻。
图3-1 单结晶体管触发电路原理图工作原理简述如下：由同步变压器的付边输出60V的交流同步电压，经VD1半波整流，再由稳压管V1、V2进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点与电源电压的过零点同步，梯形波通过R7及等效可变电阻V5向电容C1充电，当充电电压达到单结晶体管的峰值时，单结晶体管V6导通，电容通过脉冲变压器的原边放电，脉冲变压器付电压UP边输出脉冲。
同时由于放电时间常数很小，C1两端的电压很快下降到单结晶体管，使V6关断，C1再次充电，周而复始，在电容C1两端呈现锯齿波形，的谷点电压Uv在脉冲变压器付边输出尖脉冲。
在一个梯形波周期内，V6可能导通、关断多次，但对晶闸管的触发只有第一个输出脉冲起作用。
电容C1的充电时间常数由等效电阻等决定，调节RP1改变C1的充电的时间，控制第一个尖脉冲的出现时刻，实现脉冲的移相控制。
2、单相半波整流电路的工作原理：具体工作原理见《电力电子技术》5.2.1单相半波相控整流电路。
三、实验仪器1、DJK01 电源控制屏：包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。
2、DJK02 晶闸管主电路：包含“晶闸管”，以及“电感”等几个模块。
3、DJK03-1 晶闸管触发电路：包含“单结晶体管触发电路”模块。
机电控制实习报告
一、实习目的本次机电控制实习旨在通过实际操作和项目实践，加深对机电控制理论知识的理解，提高动手能力，培养解决实际问题的能力。
通过实习，我将了解机电控制系统的基本原理、组成和功能，掌握常用控制元件的使用方法，学会编写控制程序，并对机电控制系统进行调试和维护。
二、实习时间及地点实习时间：2021年6月1日至2021年6月30日实习地点：XX科技有限公司三、实习内容1. 机电控制系统概述（1）了解机电控制系统的基本组成，包括传感器、执行器、控制器、驱动器等。
（2）学习机电控制系统的基本原理，包括反馈控制、前馈控制、自适应控制等。
（3）熟悉机电控制系统的分类和应用领域。
2. 常用控制元件的使用（1）学习传感器的工作原理和分类，掌握常用传感器的使用方法。
（2）了解执行器的工作原理和分类，掌握常用执行器的使用方法。
（3）学习控制器的基本原理和分类，掌握常用控制器的使用方法。
3. 控制程序编写（1）学习编程语言（如C语言、PLC编程语言等）的基本语法和编程技巧。
（2）掌握控制程序的编写方法，包括输入输出、逻辑控制、定时控制等。
（3）编写并调试简单的控制程序，实现机电控制系统的基本功能。
4. 机电控制系统调试与维护（1）学习机电控制系统的调试方法，包括参数调整、故障诊断等。
（2）掌握机电控制系统的维护方法，包括设备保养、故障处理等。
（3）对实习项目进行调试和维护，确保机电控制系统正常运行。
四、实习过程及收获1. 实习过程（1）在实习初期，我认真学习了机电控制系统的基本原理和常用控制元件的使用方法，为后续实习奠定了基础。
（2）在实习过程中，我积极参与项目实践，跟随导师学习控制程序的编写和调试方法。
（3）在实习后期，我独立完成了一个机电控制系统的调试和维护任务，积累了宝贵的实践经验。
2. 实习收获（1）提高了对机电控制理论知识的理解和运用能力。
（2）掌握了常用控制元件的使用方法，学会了编写控制程序。
（3）学会了机电控制系统的调试和维护方法，提高了动手能力。
电动机控制系统实训报告
一、实训背景随着工业自动化程度的不断提高，电动机在工业生产中的应用越来越广泛。
电动机控制系统的设计、安装、调试与维护是电气工程技术人员必备的基本技能。
为了提高学生的实践能力，我们开展了电动机控制系统实训。
本次实训旨在使学生掌握电动机控制系统的基本原理、设计方法、安装调试与维护技能。
二、实训目的1. 理解电动机控制系统的基本组成和功能；2. 掌握电动机控制电路的设计方法；3. 学会电动机控制系统的安装与调试；4. 培养学生分析问题和解决问题的能力；5. 提高学生的动手操作技能。
三、实训内容1. 电动机控制系统的基本组成电动机控制系统主要由以下几部分组成：（1）电动机：将电能转换为机械能，驱动机械设备运转。
（2）控制电路：由接触器、继电器、按钮、保护元件等组成，实现对电动机的启停、正反转、调速等控制。
（3）执行机构：由电动机、传动机构、工作机械等组成，将电动机输出的机械能转换为所需的形式。
（4）保护电路：由熔断器、热继电器、断路器等组成，保护电动机和控制系统不受损害。
2. 电动机控制电路的设计方法（1）根据电动机的负载特性，选择合适的控制电路。
（2）合理设计控制电路的布局，确保电路的可靠性。
（3）选用合适的电器元件，确保电路的稳定运行。
（4）设计保护电路，防止电动机和控制系统过载、短路等故障。
3. 电动机控制系统的安装与调试（1）根据电路图，进行电动机控制系统的元件安装。
（2）检查电路连接是否正确，确保电路的可靠性。
（3）进行电动机的空载试验，检查电动机的启动、正反转、调速等功能。
（4）调整控制电路参数，使电动机控制系统满足实际需求。
4. 电动机控制系统的维护与故障排除（1）定期检查电动机和控制系统，发现异常及时处理。
（2）了解常见故障原因，掌握故障排除方法。
（3）对电动机和控制系统进行定期保养，延长使用寿命。
四、实训过程1. 理论学习：讲解电动机控制系统的基本原理、设计方法、安装调试与维护技能。
2. 实验操作：学生分组进行电动机控制系统的设计、安装、调试与维护。
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姓名：学号：课程名称：实验序号：实验日期：实验室名称：同组人：实验成绩：总成绩：教师评语：教师签字：年月日二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12.19921875 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。
参数设置完成后，点击“启动”，电机角度自动由码 盘采集，并生成数据文件c:\testdata\outputdata(*Hz-*V).txt ，点击“暂停”，数据 记录结束。
2.2.5 输出信号对于线性系统，系统输入正弦信号，输出一定是正弦信号，输入/输出如图 2.16。
如图 2.16(b)，当输入位置信号角频率c ωω<时(c ω为穿越零分贝线的角频率，即开环剪切频率），输出位置正弦信号的幅值010B V > ，即在对数幅频特性曲线零分贝线之上；反之，如图2.16(c)，当输入位置正弦角频率c ωω> 时，输出位置正弦信号的幅值020B V > ，即在对数幅频特性曲线零分贝线之下。
同理可知，当输入位置正弦角频率c ωω=时，输出位置正弦信号的幅值等于输入信号幅值。
值得注意的是，无论输入位置正弦角频率ω 是多少，输出信号相对输入信号都存在时间的滞后0201t t t ∆=-，对应的滞后相角360t γω=∆⨯⨯。
针对图 2.1 所示角位置伺服系统，输出角位置信号由码盘直接检测，输出曲线如图2.16（d ）和（e ），分别为输出信号曲线发生零点漂移和无零点漂移两种情况。
根据在如图2.13（a ）控制系统主界面中输入的采样周期，并且自动生成c:\testdata\inputdata(*Hz-*V).txt 文件，文件的第一列为采样时刻，第二列为在该采样时刻由码盘检测得到的角度值。
c:\testdata\inputdata(*Hz-*V).txt 文件，文件的第一列为采样时刻，第二列为在该采样时刻由码盘检测得到的角度值。
2.2.6 数据处理在每个频率和输入电枢电压下得到一组输入和输出文inputdata.txt,outputdata.txt ，将数据文件分别保存。
系统界面如图2.13(a)，单击“启动/暂停”，数据记录结束，保存为输出文件outputdata.txt ，第一列为离散点时刻(秒)，第二列为离散后该时刻的角度。
5Hz6V 输入数据如图2.15。
不同频率ω 的输入电枢电压幅值V0 和输出角位置幅值B 关系可以列入表2.1，其中推荐使用信号频率ω 值范围为0.1Hz ∼12Hz ，根据实测数据画出020BlgV 与ω的曲线，即为对数特性曲线中的幅频特性曲线。
输出信号的滞后时间 02 t 根据码盘读出，输出信号相对于输入信号-的时间滞后为011t t t ∆=-秒或者021t t t ∆=-，输出信号相对于输入信号滞后的角度为(0)360t γω=∆⨯⨯，其中不同频率的输出信号滞后输入信号的角度和频率的关系可列入表2.2，画出γ与ω的曲线，即为对数特性曲线中的相频特性曲线。
2.3 绘制同一频率输入/输出信号的时域曲线2.4 绘出系统已知频率点的幅值和相角，用折线作为渐近线逼近幅频特性曲线，给出开环剪切频率 。
开环剪切频率Hz c91.5=ω2.5给出系统的开环增益 K 和系统开环传递函数，各惯性环节的时间常数。
系统的开环增益19.7=K ,转折点处Hz 78.4=ω，系统的开环传递函数为)178.41(19.7)(+=s s s G ,惯性环节的时间常数209.078.41==T 2.6给出控制系统的 simulink 实现图，通过改变开环增益K ，用示波器观察系统输出。
K=2 K=4K=6 K=7.19K=10 K=122.7 思考题1. 电动机选择的依据是什么？械对电机的机械特性、起动性能、调速性能、制动方法、过载能力等方面的要求。
选择电机的翻定功率时，应使所选的电机额定功率等于或稍微大于生产机械所需要的功率，既不能过载，也不能长期轻载。
2. 系统输入余弦电枢电压的幅值和系统参数辨识精度是否有关？为什么？系统输入余弦电枢电压的幅值和系统参数辨识精度无关。
由最后得出的Bode 图得出参数，Bode 图幅频特性曲线为)/lg(200V B 与 关系，幅值变化位置幅度也变化，但比值不变。
因为系统参数辨识精度是系统本身的特性，和输入信号无关，即系统组成器件不发生改变，系统参数辨识精度就不会改变。
3. 采样频率的高低对系统参数辨识精度有何影响？率越高就要求系统的辨识精度越好，采样频率越低低，导致系统参数辨识精度较低，采样频率若高，系统参数辨识精度就会高。
4. 分析输出信号的时域曲线零点漂移的原因。
由于传感器桥路中元件参数本身就不对称，弹性元件和电阻应变计和取感栅材料温度系数，线胀系数不同，组桥引线长度不一致等综合因素，最后导致传感器组成电桥后相邻臂总体温度系数有一定差异，当温度变化时，相邻臂电阻变化量不同，从而使电桥产生输出不平衡，即产生了零点漂移。
5. 分析电机转速和电枢电压之间产生死区的原因？死区如何影响系统的控制性能？在运动控制中如何减小死区的影响？（1）启动和反转时，电机由于惯性，不能对输入信号及时反映，而且电机和零件之间有间隙，也会对死区影响；（2）电压小于死区电压时不能启动，导致系统灵敏度降低系统控制性能降低；（3）减少电压增大的时间，进而减小死区时间，高电机参数，减小各零件的误差。
6. 分析电机的正反转转速与电压的线性系数不同的原因以及如何提高系统辨识精度？（1）原因：由于电机正反转转变时，电机的三相电路要对调两相，在实际中，难以保证电源的三相完全相同。
（2）提高采样频率，调整各相输入电压。
7. 满足相角滞后10°时的频带宽是多少？满足幅值衰减10%的频带宽是多少？同时满足相角滞后10°和幅值衰减10%的频带宽是多少？满足相角滞后10°时的频带宽是2.2Hz，满足幅值衰减10%的频带宽是3.35Hz，同时满足相角滞后和幅值衰减10%的频带宽是1.5Hz。
8. 在绘制对数频率特性图时，为什么将余弦电枢电压幅值作为输入信号，将由码盘检测的角位置信号作为输出信号？并分析输入信号为角位置信号时，对数频率特性的变化。
如何计算输入角位置信号的大小？输入余弦电枢电压幅值是为了获得角速度输入信号，以为码盘检测的是角位置信号，而输入信号经过系统所得到的输出信号为角位置信号，所以用码盘检测得到的角位置信号作为输出信号符合要求。
9. 简述本实验涵盖的基本知识点，以及你建议可扩展实验内容。
（1）角位置伺服系统原理，Bode图幅频特性，相频特性，系统的稳定裕度，相角裕度，频带宽；（2）扩展内容：让学生动手设计搭接多种反馈电路，通过亲身对电路各部分的分析，加深理解。