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）。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：
04110.0011
1
1lim ()lim 500.02
()1()()0.02142
(0.11)(101)0.0011
ss i s s s e s
X s s
H s G s H s s
s s s →→-+==+++++ 11
1.20.02142
==+，而实验得到的稳态误差为5048.8 1.2-=，与理论相一致。
(4)令()I
c 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 I
v I
s 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P
K 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2000.022000.02
10.00110.0011()()2000.022000.02110.000110.00110.000110.0011
d P P s s s s s T s K K s
s s s s s s ε++==
++
++++
干扰引起的稳态偏差0
1lim
()lim ()ss t s P
t s s K εεε→∞
→===
干扰引起的稳态误差211
0.47619(0)
0.021050.02
ss
ss 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
P
K 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
P
K 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
P
K ，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：
2222
2000.0212000.021
(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 4.2
d s s s s s T s s s s s s s s ε?+?+++==??+?++?+++++ 干扰引起的稳态偏差011
lim ()lim () 4.2105441ss t s t s s εεε→∞→====?
干扰引起的稳态误差211
0.02(0)80.38
80(1)4.2
ss ss e H ε===
?+ 则总误差1211
080.3880.38ss 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
d
T 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 P
K 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：
22222000.02
1(1)
0.0011
()()
()()2000.0211(1)
0.000110.0011
2000.02
1(1)
0.0011
1
()()2000.0211(1)
0.000110.0011
I P d I
I P P I P I P I I P P I P s s K K s
s T s K K K K s s s s s K K s s s K K s s
K K K K s s s s s K K s ε?++''+
=
'
'+
++
?+++''+
?++''+
=''+
++
?+++''+
干扰引起的稳态偏差：
20
22000.02
1(1)
0.0011
1lim ()lim ()lim 0()()
2000.0211(1)
0.000110.0011
I P ss t s s I I P P I P s s K K s
t s s s
s
K K K K s s s s s K K s
εεε→∞
→→?++''+
====''+++?
+++''+
干扰引起的稳态误差200(0)
1ss
ss e H ε=
=
=
则总误差
12000
ss ss ss e e e =+=+=
所以，要使系统稳态误差为0，则I
K 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 。调好之后，永不再变，因为以后的实验主要设置瞬态参数（或测量稳态参数）。
2.
抗扰动能力对比
把电容C4 短路，调节R4=0（右上方灰钮逆时针拧到头），即将控制器调至P 调节，放大倍数调到最小，输入一个小电压，使电机很慢很慢地转，此时用手捏住电机轴，则电机不转，说明系统不能克服外界的干扰，刚度差。
因为若此时0.1i V V =，而电机停转，即0speed F FS V V V V ===，即
1100100()(0.10)0.253939o i FS k k
V V V V V k k
=-
+=-+=-是常值。 将控制器改为PI 调节(0.1)C F μ=，同样条件下，手捏住电机轴，由于
1010010.1
0.1
3939t o k V dt k C k
=+?，
后一项随着时间增长，可以用万用表直接观测1o V ，手捏转轴时，控制端电压会不断上升，使得输出力矩不断上升，直至手无法捏住为止。
可见P 调节系统带负载能力差，刚度低，抗扰动能力差，而PI 调节较好，在力矩干扰下，电机稳态速度不变，刚度大为提高。
3）验证，A 很大时（如PI 时），=输入量反馈量，A 很小时（P ，且很小），
≠输入量反馈量。
3.
比例调节下的特性测试与控制参数优化
将控制器改为P 调节（将电容C4短路即可），每次只改变一个参数。 静态特性：
测量
speed i
V V -稳态特性曲线，并寻找死区，所得结果如下
由图可见，放大倍数A=2.5时，死区为-0.31~0.25V ；放大倍数A=14.5时，死区为-0.04 ~0.05V 。可见A 越大，死区越小。同时，两侧的输入输出电压成比例关系，
比值只与反馈系数有关（约为3），但偏差受放大倍数影响，放大倍数A 越大，偏差越小。
动态响应特性：
1）不同放大倍数比较，
2i V V =-，比较不同放大倍数时的响应：
放大倍数最小（右上方灰钮逆时针旋到头）的阶跃响应：
40R k =Ω
，
100 2.539k
A k =-
≈-
放大倍数最大（右上方灰钮顺时针旋到头）阶跃响应：
4470R k =Ω
，
10047014.5
39k k
A k +=-
≈-
可见放大倍数越大，系统的阶跃响应速度越快，但是有更大的超调量。理论分析知，比例控制的放大倍数越大，稳态误差就越小。
2）饱和特性观察
首先做不饱和情况下的实验。为了保证不饱和，将右上方旋钮逆时针拧到头，得到输入-2V 与-4V 的阶跃响应曲线：
-3V
二者调整时间均为3ms 左右，理论推导也能得到，在未饱和的情况下，调整时间与输入电压大小无关。
为了达到饱和，将右上方旋钮顺时针拧到头，得到输入-3V 与-6V 的阶跃响应曲线：
可见二者的峰值时间有较大差距，分别约是2ms 与5.5ms ，饱和后，调整时间明显变长。这是因为系统饱和时，控制电压变成一个定值，之前的理论推导不再适用，此时速度值以固定变化率增大。
4.
比例积分调节下的特性测试与控制参数优化
静态特性：
-2V
-4V
-6V
1、实验内容 使用万用表测量speed i
V V -曲线，数据及处理如下：
可见PI 调节不存在死区，且speed i
V V -曲线斜率为-3。
动态响应特性优化 纯积分控制：
纯积分控制时电机会发生剧烈抖动，不能达到稳态。因为纯I 控制只能存储误差，而不能使误差收敛。
P 无穷时的阶跃响应：
图像呈现锯齿状，同样不能达到稳态。这是因为比例过大，控制量总是过大或者绝对值过大造成的。
P 较大和较小时的阶跃响应比较：
放大倍数越大，响应越快，超调量越大，放大倍数小的时候相反。
10047014.539k k A k +=-
≈- 100 2.5
39k
A k =-≈-
2）不同电容下的阶跃响应
可见，当0.1C F μ=时，峰值时间约3ms ，系统反应快，超调量大，振荡周期短；当0.47C F μ=时，峰值时间约10ms ，系统反应慢，超调量较小，振荡周期长。
5.
测试速度环的速度误差系数(选做)
1、实验原理：
lim ()()lim ()v s s K sG s H s sA s F →→==。输入单位阶跃0
()()
lim ()lim
()
i v s s i sA s FU s K sA s F U s →→==
[][]1000()()()
lim lim lim ()lim ()lim ()11
i F F F F s s s t t sA s FU s sU s s sU s L sU s U t s s
-→→→→∞→∞'=====终值定理， 2、实验步骤
系统改为P 调节——-放大倍数调到最小——断开反馈——测量此时的死区电压d U ——输入阶跃电压1d U -，测量测速电机电压的斜率k ，那么/3v K kF k == 3、实验结果
测得死区电压为-0.26V ，输入阶跃响应-1.26V ，得到F U 处波形如下图所示： 由图知图像斜率 2.85280/510V
k V s ms
?==?，则/393.3/v K k V s ==。
0.47C F
μ=0.1C F μ=
6.思考题
1、如何判断系统的反馈极性？
答：运放输入电压与反馈电压通过相同大小的电阻时相当于做加法。用万用表分别测量输入电压和测速机电压，二者同号为正反馈，反号则为负反馈。
2、当速度控制器采用比例环节时，把增益调节到最小，给定较低的速度，这时可以用手捏住电动机轴，使其转速为0（尽管系统是一阶无差系统）；但当速度控制器采用PI环节时，即使用很大的劲，电动机仍然可以低速转动，为什么？转速对于电动机负载力矩的变化率为系统刚度，分析采用两种控制器时的系统刚度。
答：由仿真实验分析得到，速度环采用P调节，干扰信号引起的稳态误差不为零。用手捏住电动机轴相当于输入力矩形式的干扰信号（近似阶跃），只要力矩足够大，干扰信号可以抵消掉输入信号，就可以使电机停止转动。P控制的系统刚度较低。
PI调节对输入信号和干扰信号的稳态误差都是零。在积分器的作用下，偏差只要会一直被积累。手捏住电动机轴近似于输入固定力矩形式的干扰，一定时间后，积分的作用总会超过干扰的影响，所以即使用很大的劲，电动机仍然可以低速转动。PI控制的系统刚度为无穷大。可见，P调节为有限刚度，随着静态位置误差系数P K增大而增大；PI 调节为无穷大刚度，与I K无关。
实验三、 直流电机位置伺服系统
1. 测试位置环的速度误差系数 实验步骤
位置环调为P ，速度环调为PI ——位置环A （控制右上方的灰钮，逆时针拧到头时滑动变阻器为0）调为最小，速度环A 任意——断开位置反馈——输入0.3V ——测量箱体左下角“数字电位计”的标有P 的孔的波形斜率。
实验结果
响应曲线如图，波形斜率k 约为20.8/2.50V
V s s
-=-，则0.8/v K V s =-。 2.
位置环采用比例控制器时的特性
调整位置环控制器为比例控制器R2=100k ，即位置环A 调至最小，输入分别为0.5V 和1V ，时域波形记录如下：
调整时间均在1s 左右。输入为1V 时，I 级输出2V ，没有饱和；II 级输出2 4.7
?9.4V =，也没有饱和；第三级速度环虽然饱和，但是响应速度远小于位置环，可以近似当做比例环节。位置环没有饱和的情况下，调整时间相近。
输入0.5V
输入1V
直流伺服电机实验报告
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
表中Ra=（R a1+R a2+R a3）/3; R aref=Ra*a ref θ θ + + 235 235 （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=Ra a ref θ θ + + 235 235
直流并励电机
专业：电子信息工程 姓名： 实验报告 课程名称：电机与拖动指导老师：卢琴芬成绩： 实验名称：直流并励电动机同组学生姓名：刘雪成李文鑫 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1．掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 2．掌握直流并励电动机的调速方法。 二、实验内容 1．工作特性和机械特性 保持U＝U N和I f＝I fN不变，测取n、M2、n＝f(Ia)及n=f(M2)。 2．调速特性 (1)改变电枢电压调速 保持U＝U N，I f＝I fN常值，M2＝常值，测取n＝f(Ua)。 (2)改变励磁电流调速 保持U＝U N，M2＝常值，R1＝0，测取n＝f(I f)。 (3)观察能耗制动过程 三、实验步骤 1. 并励电动机的工作特性和机械特性 实验线路如图所示。电机选用D17直流并励电动机，测功机(请阅测功机使 用说明)作为电动机负载。按照实验一方法起动直流并励电动机，其转向从测功 机端观察为逆时针方向。 将电动机电枢调节电阻R l调至零，同时调节直流电源调压旋钮、测功机的加 载旋钮和电动机的磁场调节电阻R f，调到其电机的额定值U＝U N，I＝I N，n＝n N， 其励磁电流即为额定励磁电流I fN，在保持U=U N和I＝I fN不变的条件下，逐次减 小电动机的负载，即将测功机的加载旋钮逆时针转动直至零。测取电动机输入电 流I、转速n和测功机的转矩M，共取6—7组数据，记录于表中。
2．调速特性 (1) 改变电枢端电压的调速 直流电动机起动后，将电阻R l调至零，同时调节负载(测功机)、直流电源及电阻R f使U＝U N、I f＝I fN、M2＝0.5 N·m，保持此时的M2的数值和I f＝I fN，逐次增加R1的阻值，即降低电枢两端的电压Ua，R l从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua、转速n和输入电流I, 共取5—6组数据，记录于表中。 (2) 改变励磁电流的调速 直流电动机起动后，将电阻R l和电阻R f调至零，同时调节直流调压旋钮和测功机加载旋钮，使电动机U＝U N，I f＝I fN，M2=0.5N·m，保持此时的M2数值和U＝U N的值，逐次增加磁场电阻R f，直至n＝1.3n N，每次测取电动机的n、I f和I，共取5—6组数据，记录于表中。 四、实验数据及处理 1. 并励电动机的工作特性和机械特性 表1－6 U＝U N＝220V，I f＝I fN＝82.1mA，Ra＝20 Ω 实验数据I （A） 1.080.990.800.520.430.280.16 n（r/min）1602161516281677169917221745 M2 (N.m) 1.060.960.860.420.320.130 计算数据Ia (A) 1.000.910.720.440.350.20.08 P2 (W)177.74 162.28 146.54 73.72 56.91 23.43 0.00 η (%)0.748 0.745 0.833 0.644 0.602 0.380 0.000 Δn＝ N N n n n 0×l00％=9.1% 1 2
上海交大运动控制直流无刷电机实验报告
直流无刷电机实验报告 一、硬件电路原理简述 1、总体硬件电路图 图总体硬件电路原理图 单片机通过霍尔传感器获得转子的位置，并以此为依据控制PWM波的通断。
2、霍尔元件测量值与PWM波通断的关系 图霍尔元件测量值与PWM波通断的关系 二、软件架构 1、Components与变量定义 图 Components列表 PWMMC是用来产生控制电机的PWM波的。添加PWMMC时会同时加入一个eFlexPWM。
PWM_Out对应的是GPIO B2口，这个口电位为高时，电压才会被加到电机上。 GPIO B3控制着一个继电器，用于防止启动时过大的冲击电流。程序开始后不久就应把B3置高。 Halla、Hallb、Hallc对应于3个霍尔传感器。依次为GPIOC3、C4、C6。 TimerInt是用于测速的。根据2次霍尔元件的中断间的时间间隔来计算转速。 2、电机旋转控制代码 for(;;) { Hall_Sensor = 0b00000000; Halla = Halla_GetVal(); Hallb = Hallb_GetVal(); Hallc = Hallc_GetVal(); if(Halla) Hall_Sensor |= 0b00000100; if(Hallb) Hall_Sensor |= 0b00000010; if(Hallc)
Hall_Sensor |= 0b00000001; switch(Hall_Sensor) { case 0b0000011: PESL(eFPWM1_DEVICE, PWM_OUTPUT_A, PWM_SM1_ENABLE); PESL(eFPWM1_DEVICE, PWM_OUTPUT_B, PWM_SM2_ENABLE); break; case 0b0000001: PESL(eFPWM1_DEVICE, PWM_OUTPUT_A, PWM_SM1_ENABLE); PESL(eFPWM1_DEVICE, PWM_OUTPUT_B, PWM_SM0_ENABLE); break; case 0b0000101: PESL(eFPWM1_DEVICE, PWM_OUTPUT_A, PWM_SM2_ENABLE); PESL(eFPWM1_DEVICE, PWM_OUTPUT_B, PWM_SM0_ENABLE); break;
直流伺服电机实验报告
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 1、直流电机的机械特性 直流电机在稳态运行下，有下列方程式： 电枢电动势 e E C n =Φ （1-1） 电磁转矩 e m T C I =Φ （1-2） 电压平衡方程 U E I R =+ （1-3） 联立求解上述方程式，可以得到以下方程： 2e e e m U R n T C C C = -ΦΦ （1-4） 式中 R ——电枢回路总电阻 Φ——励磁磁通 e C ——电动势常数 m C ——转矩常数 U ——电枢电压 e T ——电磁转矩 n ——电机转速
在式（1-4）中，当输入电枢电压U 保持不变时，电机的转速n 随电磁转矩e T 变化而变化的规律，称为直流电机的机械特性。 2、直流电机的工作特性 因为直流电机的励磁恒定，由式（1-2）知，电枢电流正比于电磁转矩。另外，将式（1-2）代入式（1-4）后得到以下方程： e e U R n I C C = -ΦΦ （1-5） 由上式知，当输入电枢电压一定时，转速是随电枢电流的变化而线性变化的。 3、直流电机的调速特性 直流电机的调速方法有三种：调节电枢电压、调节励磁磁通和改变电枢附加 电阻。 本实验采取调节电枢电压的方法来实现直流电机的调速。当电磁转矩一定 时，电机的稳态转速会随电枢电压的变化而线性变化，如式（1-4）中所示。 4、直流电机的动态特性 直流电机的启动存在一个过渡过程，在此过程中，电机的转速、电流及转矩 等物理量随时间变化的规律，叫做直流电机的动态特性。本实验主要测量的是转速随时间的变化规律，如下式所示： s m dn n n T dt =- （1-6） 其中，s n ——稳态转速 m T ——机械时间常数 本实验中，要求测试在不同负载和不同输入电枢电压（阶跃信号）下电机的 动态特性。 5、传感器类型 本实验中，测量电机转速使用的是角位移传感器中的光电编码器；测量电磁 转矩使用的是扭矩传感器。
电动机实验报告doc
电动机实验报告 篇一：电机实验报告 黑龙江科技大学 综合性、设计性实验报告 实验项目名称电机维修与测试 所属课程名称电机学 实验日期 XX年5.6—5.13 班级电气11-13班 学号 姓名 成绩 电气与信息工程学院实验室 篇二：电机实验报告 实验报告本 课程名称：电机拖动基础班级：电气11-2 姓名田昊石泰旭孙思伟 指导老师：_史成平 实验一单相变压器实验 实验名称：单相变压器实验 实验目的：1.通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。
2.通过负载实验测取变压器的运行特性。 实验项目：1. 空载实验测取空载特性U0=f(I0), P0=f(U0)。 2. 短路实验测取短路特性Uk=f(Ik), Pk=f(I)。 3. 负载实验保持U1=U1N，cos?2?1的条件下，测取U2=f(I2)。 （一）填写实验设备表 （二）空载实验 1．填写空载实验数据表格 2. 根据上面所得数据计算得到铁损耗PFe、励磁电阻Rm、励磁电抗Xm、电压比k （三）短路实验 1. 填写短路实验数据表格 O （四）负载实验 1. 填写负载实验数据表格 表3 cos?2=1 （五）问题讨论 1. 在实验中各仪表量程的选择依据是什么？ 根据实验的单相变压器额定电压、额定电流、额定容量、空载电压，单 相变压器电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸等。 2. 为什么每次实验时都要强调将调压器恢复到
起始零位时方可合上电源开关或断开电源开关？ 防止误操作造成人身伤害、防止对变压器及其它仪器仪表等设备过压过 流而损坏。 3. 实验的体会和建议 1.电压和电流的区别：空载试验在低压侧施加额定电压，高压侧开路;短路 试验在高压侧进行，将低压侧短路，在高压侧施加可调的低电压。2.测量范围的不同：空载试验主要测量的是铁芯损耗和空载电流, 而短路试 验主测量的是短路损耗和短路电阻。3.测量目的不同：空载试验主要测量数据反映铁芯情况，短路试验反映的是线圈方面的问题。 4.试验时，要注意电压线圈和电流线圈的同名端，要避免接错线。选择的导 线应该是高压导线，要不漏线头要有绝缘外皮保护。5.通过负载试验可以知道变压器的阻抗越小越好。阻抗起着限制变压器的电 流的作用，在设计时我们要考虑这些。 篇三：直流电动机实验报告 电机 实验报告 课程名称：______电机实验_________指导老师：___
直流他励电动机实验报告记录
直流他励电动机实验报告记录
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电机学实验报告——直流他励电动机实验 姓名：张春 学号：2100401332
实验三直流他励电动机实验 一、实验目的 1．掌握用实验方法测取直流他励电动机的工作特性和机械特性。 2．掌握直流他励电动机的调速方法。 二、实验内容 1．工作特性和固有机械特性 保持和不变，时，测取工作特性、、及 固有机械特性。 2．调速特性 （1）改变电枢电压调速 保持电动机不变，常数，测取。 （2）改变励磁电流调速 保持，常数，时，测取。 3．观察能耗制动过程 三、实验说明及操作步骤 1．他励直流电动机的工作特性和固有机械特性 按图3-4接线，电阻选用挂箱上的阻值为、电流为 的可调电阻，作为直流并励电动机的起动电阻，电阻选用挂箱上的阻值为的可调电阻. 并接上励磁电流表（mA）和电枢电流表（A）。
（1）打开设备开关和设置好各个按钮状态，将电动机励磁回路电阻调至阻值最 小，电枢回路起动电阻调至阻值最大。 （2）调节直流稳压电源上的“电压调节”旋钮，使电动机输入电压为，电动机电枢回路起动电阻调至最小值，增加电动机磁场调节电阻，使电动机转速达额定值。 （3）调出电动机的额定运行点，确定电动机的额定励磁电流。 （4）在保持，不变的条件下，逐次减小电动机的负载，在额定负载到 空载范围内，测取电动机电枢电流，转速和输出转矩，共取组数据，记录于表3-1中。 表中：电动机输入功率P1＝U a I a+U f I fn，输出功率P2=0.105nT2 效率 表3-1 工作特性和固有机械特性实验数据 实 验 数 据 1.10 1.0 0.9 0.8 0.4 0.3 0. 2 16 638 169 3 171 17 34 1.18 1.08 0.9 7 0.8 6 0.4 0.2 8 0. 15 计 算 数 260 .96 238 .96 216 .96 194 .96 106 .96 84. 96 62.9 6 19818216514771.50.27.3
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。 a ref a aref 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 T R 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 e T aN e K K n U K π 300 = =
【实验报告】直流发电机的工作特性实验报告范文
直流发电机的工作特性实验报告范文 篇一：直流发电机实验报告 一、实验目的 1、掌握用实验方法测定直流发电机的各种运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被试电机的有关性能。 2、通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。 二、预习要点 1、什么是发电机的运行特性？在求取直流发电机的特性曲线时，哪些物理量应保持不变，哪些物理量应测取。 2、做空载特性实验时，励磁电流为什么必须保持单方向调节？ 3、并励发电机的自励条件有哪些？当发电机不能自励时应如何处理？ 4、如何确定复励发电机是积复励还是差复励？ 三、实验项目 1、他励发电机实验 （1）测空载特性保持n=nN使IL=0，测取U0=f（If）。 （2）测外特性保持n=nN使If=IfN ，测取U=f（IL）。 （3）测调节特性保持n=nN使U=UN，测取If=f（IL）。 2、并励发电机实验 （1）观察自励过程
（2）测外特性保持n=nN使Rf2=常数，测取U=f（IL）。 3、复励发电机实验 积复励发电机外特性保持n=nN使Rf2＝常数，测取U＝f（IL）。 四、实验设备及挂件排列顺序 1、实验设备 2、屏上挂件排列顺序D31、D44、D31、D42、D51 五、实验方法1、他励直流发电机 励磁电源图2－3直流他励发电机接线图 按图2-3接线。图中直流发电机G选用DJ13，其额定值PN＝100W，UN＝200V，IN＝0.5A，nN＝1600r/min。校正直流测功机MG作为G的原动机（按他励电动机接线）。MG与G由联轴器直接连接。开关S选用D51组件。Rf1选用D44的1800 Ω变阻器，Rf2 选用D42的900Ω变阻器，并采用分压器接法。R1选用D44的180Ω变阻器。R2为发电机的负载电阻选用D42，采用串并联接法（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联），阻值为2250Ω。当负载电流大于0.4 A时用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接。直流电流表和电压表选用D31，并根据需要选择合适的量程。电枢电源打开之前，应先将电枢电源的调节旋钮拧到最小。（1）测空载特性 1）断开发电机G的负载开关S。将Rf2调至最大。
基于单片机的直流电机控制设计性实验报告
设计题目:直流电机控制电路设计 一设计目得 1掌握单片机用PWＭ实现直流电机调整得基本方法,掌握直流电机得驱动原理。 2学习模拟控制直流电机正转、反转、加速、减速得实现方法. 二设计要求 用已学得知识配合5１单片机设计一个可以正转、反转或变速运动得直流电机控制电路，并用示波器观察其模拟变化状况。 三设计思路及原理 利用单片机对PWM信号得软件实现方法.MCS一５１系列典型产品8051具有两个定时计数器。因为PWＭ信号软件实现得核心就是单片机内部得定时器，所以通过控制定时计数器初值，从而可以实现从８051得任意输出口输出不同占空比得脉冲波形。从而实现对直流电动机得转速控制。 .AT８9Ｃ5１得P1、0—P1、2控制直流电机得快、慢、转向,低电平有效.P3、0为PＷM波输出,P3、１为转向控制输出，Ｐ3、2为蜂鸣器。PWM控制DC电机转速，晶振为12Ｍ,利用定时器控制产生占空比可变得PＷM波，按K1键,PＷM值增加,则占空比增加,电机转快,按K2键，PＷＭ值减少，则占空比减小，电机转慢，当PWM值增加到最大值255或者最小值1时,蜂鸣器将报警 四实验器材 DＶCＣ试验箱导线若电源等器件
PROＴＵＥS仿真软件KRＩＬ软件 五实验流程与程序 #incｌuｄe 〈 reg51、h > sbiｔK1 =P１^０；增加键 ｓbit Ｋ2 =P１^１ ; 减少键 sbit K３ =P1^２；转向选择键 sbit PWＭＵOT =P3^０； PWM波输出?? ｓbｉｔｔurn_around =P3^1 ;?转向控制输出 sbiｔ BＥEP =P3^2 ；蜂鸣器 unｓiｇned iｎｔ PWＭ； void Ｂeep（void）; ｖｏiｄ deｌay（ｕnｓiｇned int n）; void main(ｖｏid) ｛ TＭOＤ=0ｘ1１；//设置T0、Ｔ1为方式1，(1６位定时器) TH0＝0 ; 65536us延时常数{ｔ=(6５536—TH)/fose／12} ?ＴL0=０； TＨ１=PＷＭ; //脉宽调节,高８位 ? TＬ１=0； ＥA=１;? //开总中断 ＥＴ0＝１; //开Ｔ0中断? ET1=１；??//开T1中断
电机与拖动基础直流并励电动机实验报告
电机与拖动基础实验报告实验名称: 直流并励电动机实验成员:
一、实验目的 1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 2、掌握直流并励电动机的调速方法。 二、实验项目 1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。 2、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。 3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。1、工作特性和机械特性 保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、η=f（I a）、n=f（T2）。 2、调速特性 （1）改变电枢电压调速 保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f（U a）。 （2）改变励磁电流调速 保持U=U N，T2=常数，测取n=f（I f）。 （3）观察能耗制动过程 三、实验方法 1、实验设备
2、屏上挂件排列顺序 D31、D42、D51、D31、D44 3、并励电动机的工作特性和机械特性 1）按图2-6接线。校正直流测功机MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。R f1选用D44的1800Ω阻值。R f2选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R1用D44的180Ω阻值。R2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
图2－6 直流并励电动机接线图 2）将直流并励电动机M的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电阻R1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。 3）M起动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，调节电枢电源的电压为220V，调节校正直流测功机的励磁电流I f2为校正值（50mA或100 mA），再调节其负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻R f1，使电动机达到额定值： U＝U N，I＝I N，n＝n N。此时M的励磁电流I f即为额定励磁电流I fN。 4）保持U＝U N，I f=I fN，I f2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流I a，转速n和校正电机的负载电流I F（由校正曲线查出电动机输出对应转矩T2）。共取数据9-10组，记录于表2-7中。 表2－7 U＝U N＝220 V I f=I fN= 74 mA I f2= 100 mA
交流伺服电机试验报告
实验五交流伺服电机实验一、实验设备及仪器 被测电机铭牌参数： P N=25W, U N=220V, I N=0.55A,μN=2700rpm 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．交流伺服电动机M13； 4．三相可调电阻90Ω（MEL-04）； 5．三相可调电阻900Ω（MEL-03）； 6．隔离变压器和三相调压器（试验台右下角） 二．实验目的 1．掌握用实验方法配圆磁场。 2．掌握交流伺服电动机机械特性及调节特性的测量方法。
三．实验项目 1．观察伺服电动机有无“自转”现象。 2．测定交流伺服电动机采用幅值控制时的机械特性和调节特性。 三相调压器输出的线电压U uw经过开关S（MEL—05）接交流伺服电机的控制绕组。 G为测功机，通过航空插座与MEL—13相连。 1．观察交流伺服电动机有无“自转”现象 测功机和交流伺服电机暂不联接（联轴器脱开），调压器旋钮逆时针调到底，使输出位于最小位置。合上开关S。 接通交流电源，调节三相调压器，使输出电压增加，此时电机应启动运转，继续升高电压直到控制绕组U c=127V。 待电机空载运行稳定后，打开开关S，观察电机有无“自转”现象。 将控制电压相位改变180°电角度，观察电动机转向有无改变。 没有自转现象。 2．测定交流伺服电动机采用幅值控制时的机械特性和调节特性 （1）测定交流伺服电动机a=1（即U c=U N=220V）时的机械特性 把测功机和交流伺服电动机同轴联接，调节三相调压器，使U c=U cn=220V，保持U f、U c电
直流电机实验报告
直流电机实验报告 学院：电气工程学院 班级：电气1204班 姓名：卞景季 学号： 11291121 组号： 22
一，实验目的： 掌握直流电机工作特性和机械特性的测定。 二，实验内容及原理： 1，直流并励发电机 ① 转速特性：a e e a a a e a I n C R C U n I R E U n C E '0//βφφφ -?=-=+== 其中φe C U n /0=为理想空载转速， 转速特性为φβe a C R /'=的直线（即斜率为β’的直线） ② 转矩特性 φa T e I C T =不计去磁，a T e I C T '=特性曲 线为一过原点的直线。当考虑电枢反应时实际曲线偏离直线 Ia C T '，仍接近于一条直线。 ③ 机械特性 φ φφφa T T e e e a a a I C T C C RT C U n n C E R I E U =-=?=+='// 当U,R.Φ一定时能得出机械特性曲线。 实验内容： 直流电动机M 运行后，将电阻R 1调至零，I f2调至校正值，再调节负载电阻R 2、电枢电压及磁场电阻R f1，使M 的U=U N ，Ia=0.5I N ，I f ＝I fN 记下此时MG 的I F 值。 2）保持此时的I F 值（即T 2值）和I f ＝I fN 不变，逐次增加R 1的阻值，降低电枢两端的电压Ua ，使R 1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua ，转速n 和电枢电流Ia 。 3）共取数据8-9组，记录于表中 （2）改变励磁电流的调速 1）直流电动机运行后，将M 的电枢串联电阻R 1和磁场调节电阻R f1调至零，将MG 的磁场调节电阻I f2调至校正值，再调节M 的电枢电源调压旋钮和MG 的负载，使电动机M 的U=U N ，Ia ＝0.5I N 记下此时的I F 值。
实验二 直流并励电动机
实验二直流并励电动机 一.实验目的 1.掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 2.掌握直流并励电动机的调速方法。 二.预习要点 1.什么是直流电动机的工作特性和机械特性？ 2.直流电动机调速原理是什么？ 三.实验项目 1.工作特性和机械特性 保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、n=f(I a)及n=f(T2)。 2.调速特性 (1)改变电枢电压调速 保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f(Ua)。 (2)改变励磁电流调速 保持U=U N，T2 =常数，R1 =0，测取n=f(I f)。 (3)观察能耗制动过程 四．实验设备及仪器 1．NMEL系列电机教学实验台的主控制屏。 2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（NMEL-13）。 3．可调直流稳压电源（含直流电压、电流、毫安表） 4．直流电压、毫安、安培表（NMEL-06）。 5．直流并励电动机。M03 (U N=220v，I N=1.1A，n N=1600) 6．波形测试及开关板（NMEL-05）。 7．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。 五．实验方法 1．并励电动机的工作特性和机械特性。 实验线路如图1-6所示 U1：可调直流稳压电源 R1、R f：电枢调节电阻和磁场调节电阻， 位于NMEL-09。
电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。 b．直流电机正常起动后，将电枢串联电阻R1调至零，调节直流可调稳压电源的输出至220V，再分别调节磁场调节电阻R f和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：U=U N=220V，Ia=I N，n=n N=1600r/min，此时直流电机的励磁电流I f=I fN（额定励磁电流）。 c．保持U=U N，I f=I fN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节“转矩设定”电位器，测取电动机电枢电流I a、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表1-8中。表U＝U N＝221V I f=I fN=56.1mA I f2=1.1 A
微机原理实验报告直流电机测速实验
本科实验报告 课程名称：微机原理及接口技术 课题项目：直流电机测速实验 专业班级：电科1201 学号：2012001610 学生姓名：王天宇 指导教师：任光龙 2015年 5 月24 日
直流电机测速实验 一、实验目的 1.掌握8254的工作原理和编程方法 2.了解光电开关，掌握光电传感器测速电机转速的方法。 二、实验内容 光电测速的基本电路有光电传感器、计数器/定时器组成。被测电机主轴上固定一个圆盘，圆盘的边缘上有小孔。传感器的红外线发射端和接收端装在圆盘的两侧，电机带动圆盘转到有孔的位置时，红外线光通过，接收管导通，输出低电平。红外线被挡住时，接收截止，输出高电平。用计数器/定时器记录在一定时间内传感器发出的脉冲个数，就可以计算车电机的转速， 三、线路连接 线路连接：8254计数器/定时器0和2作为定时器，确定测速时间，定时器0的CLK0连1MHZ脉冲频率，OUT0作为定时器2的输入，与CLK2相连，输出OUT2与8255的PA0端相连。GATE0和GATE2均接+5V，8354计数器/定时器1作为计数器，，输入CLK1与直流电机计数端连接，GATE1与8254的PC0相连。电机DJ端与+5V~0V模拟开关SW1相连。如下图所示。
四、编程提示 8254计数器/定时器1作为计数器记录脉冲个数，计数器/定时器0和2作为定时器，组成10~60秒定时器，测量脉冲个数，算出点击每分钟的转速并显示在屏幕上， 8255的PA0根据OUT2的开始和结束时间，通过PC0向8254计数器/定时器1发出开始和停止计数信号。 五、流程图
六、实验程序： DATA SEGMENT IOPORT EQU 0D880H-0280H IO8255K EQU IOPORT+283H IO8255A EQU IOPORT+280H IO8255C EQU IOPORT+282H IO8254K EQU IOPORT+28BH IO82542 EQU IOPORT+28AH IO82541 EQU IOPORT+289H IO82540 EQU IOPORT+288H MESS DB 'STRIKE ANY KEY,RETURN TO DOS!', 0AH, 0DH,'$' COU DB 0 COU1 DB 0 COUNT1 DB 0 COUNT2 DB 0 COUNT3 DB 0 COUNT4 DB 0 DATA ENDS CODE SEGMENT
直流电机转速控制实验报告
自动控制原理实验 实验报告 直流电机转速控制设计 一、实验目的 1、了解直流电机转速测量与控制的基本原理。 2、掌握LabVIEW图形化编程方法，编写直流电机转速控制系统程序。 3、熟悉PID参数对系统性能的影响，通过PID参数调整掌握PID控制原理。 二、实验设备与器件 计算机、NI ELVIS II多功能虚拟仪器综合实验平台、LabVIEW软件、万用表、12V直流电
机、光电管，电阻、导线。 三、实验原理 直流电机转速测量与控制系统的基本原理是：通过调节直流电机的输入电压大小调节电机转速；利用光电管将电机转速转换为一定周期的光电脉冲、采样脉冲信号，获取脉冲周期。将脉冲的周期变换为脉冲频率，再将脉冲频率换算为电机转速；比较电机的测量转速与设定转速，将转速偏差信号送入PID控制器，由PID控制器输出控制电压，通可变电源输出作为直流电机的输入电压，实现电机转速的控制。 四、实验过程 （1）在实验板上搭建出电机转速光电检测电路 将光电管、直流电机安装在实验板上的合适位置，使得直流电机的圆片恰好在光电管之中，用导线将光电管与相应阻值的电阻相连，并将电路与相应的接口相连，连接好的电路图如下。 （2）编写程序，实现PID控制 SP为期望转速输出，是用户通过转盘输入期望的转速；PV为实际测量得到的电机转速，通过光电开关测量马达转速可以得到；MV为PID输出控制电压，将其接到“模拟DBL”模块，实现控制电源产生所需的直流电机控制电压。通过不断地检测马达转速与期望值对比产生偏差，通过PID控制器产生控制信号，实现对直流电机转速的控制。 编写的程序如下图所示
五、调试过程及结果 PID参数调整如下时，系统出现了振荡现象，导致了系统的不稳定。 于是将参数kc调小，调整后的参数如下：
实验八 直流并励电动机
实验八直流并励电动机 一、实验目的 1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性与机械特性。 2、掌握直流并励电动机的调速方法。 二、实验方法 1.并励电动机的工作特性与机械特性。 表1-8 U=U N=220V I f=I fN= 80、8 mA 2.调速特性 (1)改变电枢端电压的调速 (2)改变励磁电流的调速 三.实验报告
1、由表1-8计算出P2与η,并绘出n、T 2、η=f(I a)及n=f(T2)的特性曲线。 图1 n=f(I a)特性曲线图2 T2=f(I a)特性曲线 图3 η=f(I a)特性曲线图4 n=f(T2)特性曲线 2、绘出并励电动机调速特性曲线n=f(U a)与n=f(I f)。分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。 图5 特性曲线n=f(U a)图6 特性曲线n=f(I f) 在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点: 改变电枢端电压的调速就是在额定转速以下调节转速的方法,电压Ua越小,转速n越小。 优点:(1)可实现平滑的无级调速;(2)相对稳定性较好;(3)调速经济性较好;(4)调速范围大。缺点:需要专用的可调压直流电源。 改变励磁电流的调速就是在额定转速以上调节转速的方法,励磁电流If减小,磁通Φ变小,转速n升高。 优点:(1)可实现无级调速;(2)稳定性好;(3)调速经济性较好;(4)控制方便,能量损耗小。 缺点:受电动机机械强度与换向火花的限制,转速不能太高,调速范围不大。
四.思考题 1、并励电动机的速率特性n=f(I a)为什么就是略微下降？就是否会出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？ 答:根据并励电动机的速率特性公式,若忽略电枢反应 ,当电枢回路电流I a增加时,转速n 下降;若考虑电枢反应的去磁效应,磁通Φ下降可能引起转速n的上升,即出现上翘现象。这样的变化与电枢回路电流I a增大引起的转速n降低抵消,使电动机的转速n变化很小。 2、当电动机的负载转矩与励磁电流不变时,减小电枢端压,为什么会引起电动机转速降低？ 答:由直流电动机机械特性的表达式可知,转速n与电枢电压Ua成正比、与磁通量Φ成反比,所以减小电压时,转速n下降。 3、当电动机的负载转矩与电枢端电压不变时,减小励磁电流会引起转速的升高,为什么？ 答:由于磁通与励磁电流在额定磁通以下时基本成正比,所以励磁电流I f减小时,主磁通也随着减小。由机械特性的表达式可知,当磁通Φ减小时,转速n升高。 4、并励电动机在负载运行中,当磁场回路断线时就是否一定会出现“飞速”？为什么？ 答:不一定。因为当电动机负载较轻时,电动机的转速将迅速上升直至超过允许值,造成“飞车”;但若电动机的负载为重载时,则电动机的电磁转矩将小于负载转矩,使电动机转速减小,但电枢电流将飞速增大,超过电动机允许的最大电流值,烧毁电枢绕组。
电机学实验报告
湖北理工学院 实验报告 课程名称： 专业： 班级： 学号： 学生姓名： 电气与电子信息工程学院
实验一 直流电动机的运行特性 实验时间： 实验地点： 同组人： 一、实验目的： 1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 2、掌握直流并励电动机的调速方法。 二、预习要点 1、如何正确选择使用仪器仪表。特别是电压表电流表的量程。 2、直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器? 不串接会产生什么严重后果? 3、直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置? 为什么? 若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果? 4、直流电动机调速及改变转向的方法。 三、实验主要仪器与设备： 序号 型 号 名 称 数 量 1 DD03 导轨、测速发电机及转速表 1台 2 DJ23 校正直流测功机 1台 3 DJ15 直流并励电动机 1台 4 D31 直流电压、毫安、电流表 2件 5 D42 三相可调电阻器 1件 6 D44 可调电阻器、电容器 1件 7 D51 波形测试及开关板 1件 四、实验原理 工作特性：电源电压一定，励磁电阻一定时，η、n 、T em =f(P 2)的关系曲线。 （一）并励电动机 （U N I fN 条件下）（并励电动机励磁绕组绝对不能断开） 1． 速率特性n=f(P 2) φ e a a C R I U n -= 转速调整率 %1000?-= ?N N n n n n
02020260 2T n P T P T T T em +=+Ω = +=π 3． 效率特性η=f(P 2) （75~95）% 实验原理图见图1-1 图1－1 直流并励电动机接线图 五、实验内容及步骤 1、实验内容： 工作特性和机械特性 保持U=U N 和I f =I fN 不变，测取n 、T 2、η=f （I a ）、n=f （T 2）。 2、实验步骤： （1）并励电动机的工作特性和机械特性 1）按图1-1接线。校正直流测功机 MG 按他励发电机连接，在此作为直流电动机M 的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。R f1选用D44的1800Ω阻值。R f2 选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R 1用D44的180Ω阻值。R 2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。 2）将直流并励电动机M 的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电阻R 1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。 3）M 起动正常后，将其电枢串联电阻R 1调至零，调节电枢电源的电压为220V ，调节校正直流测功机的励磁电流I f2为校正值（50mA 或100 mA ），再调节其负载电阻R 2和电动机的磁场调节电阻R f1，使电动机达到额定值：U ＝U N ，I ＝I N ，n ＝n N 。此时M 的励磁电流I f 即为额定励磁电流I fN 。 4）保持U ＝U N ，I f =I fN ，I f2为校正值不变，逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流I a ，转速n 和校正电机的负载电流I F 。 表1－1 U ＝U N ＝ 220 V I f =I fN = 100 mA I f2= 81.4 mA
A2-交流伺服电机 控制实验报告
实验二运动控制器的调整－PID 控制器的基本控制作用 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 了解数字滤波器的基本控制作用，掌握调整数字滤波器的一般步骤和方法，调节运动控制器的滤波器参数，使电机运动达到要求的性能。 二、 实验设备 交流伺服XY 平台一套 GT-400-SV 卡一块 PC 机一台 三、实验原理 实验采用PID 控制器，其结构如下： 其传递函数为： G(S)= K P ＋ S K I ＋ K d S 式中：Kp 为比例系数；Ki 为积分系数；Kd 为微分系数； （1）比例环节用来调节增益 （2）积分环节中，控制器的输出量u(t)的值， 是与作用误差信号e(t)成正比的速率变化的。积分控制器表示成拉普拉斯变换量的形式为：U(s)/E(s)=Ki/s 。如果e(t)的值加倍，则u(t)的变化速度也加倍，当作用误差信号为零时，u(t)的值将保持不变。积分控制作用有时也称为复位控制。 （3）微分环节有时又称为速率控制环节。微分环节的作用具有预测的优点，但同时它又放大了噪声信号，并且还可能在执行器中造成饱和效应。微分控制作用不能单独使用。 （4）通过将上述三种环节的控制进行组合，即可得到不同类型的控制器。 四、实验步骤 检查系统电气连线是否正确，确认后，给实验平台上电，然后打开电脑，双击桌面“MotorControlBench.exe ” 按钮，进入运动控制平台实验软件，接着按以下流程进行 操作：1.系统测试—卡初始化—轴开启—1轴回零—退出 2.单轴电机实验—开启轴—PID 参数设置—运行 五、原始数据记录及分析 1.调整Kp （1）给定Kp=3，Ki=0，Kd=0
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 =。