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机械控制实验报告
机械控制理论课内实验
实验报告
姓名:
周欢
学号:
2110201075
班级:
机自16
成绩:
西安交通大学机械基础实验教学中心
2013年11月
第一次试验:
实验一典型环节的瞬态响应和动态分析
一、实验目的
1.学会建立典型的二阶系统数学模型与传递函数。
2、加深对系统瞬态误差与稳态误差等概念的理解。
3、研究二阶系统的特征参数,阻尼比和无阻尼自然频率n对系统动态性能的影响。
定量分析和n与最大超调量Mp和调节时间tS之间的关系。
4.掌握二阶系统时域性能指标的测量方法。
二、实验原理
1、二阶系统的数学建模
二阶系统是由一个比例环节和两个惯性所构成,参考电路图如下:
2、二阶系统单位反馈方块图为:
3、二阶系统单位反馈传递函数为:
4、
其中:
为开环增益、
为闭环增益、
为系统阻尼比、
为系统固有频率。
4、不同阻尼比下二阶系统的单位阶跃响应曲线
(注意:
单位反馈的接连)。
三、实验要求
①在模拟机上,自行设计二阶系统、观察开环系统时域响应曲线;
②采用单位反馈构成闭环系统。
③计算该二阶系统模拟电路的阻尼比ζ与固有频率ωn。
④改变ζ记录两种不同ζ下,二阶系统的单位阶跃响应曲线,将理论值与实测值进行比较。
⑤讨论典型二阶系统性能指标
、
与ζ,ωn的关系。
4、实验数据与结果
1μF,100K欧姆
5μF,100K欧姆
1μF,500K欧姆
原始数据如图
最右边C改为5μF
改100K的R为300K
3.增加零点
(1)串联比例微分环节
(2)并联比例微分环节
第二次试验
实验二典型环节的频率特性实验
一、实验目的
加深理解系统频率特性的物理概念;掌握系统频率特性的实验方法;
掌握频率特性的Bode图Nquist图的绘制。
二、实验原理
三、实验内容
1、做一阶系统的频率特性实验,画出该系统的Bode图与Nquist图。
2、二阶系统的频率特性实验,画出该系统的Bode图与Nquist图。
3、改变二阶系统的阻尼比ζ,观察欠阻尼与临界阻尼情况下的频率特性。
3、确定系统的转角频率、幅值穿越频率、截至频率的实测值。
四、试验数据与结果分析
2、二阶振荡系统(欠阻尼)频率特性实验的Bode图与Nquist图。
3、确定系统的转角频率、谐振频率、截至频率的实测值。
4、填写实验数据与响应曲线
二阶振荡系统
Bode图
Nquist图
2组不同ζ频率特性
ζ1=0.101
ζ2=0.149
欠阻尼bode图
电阻300k,电容1uf
电阻200k,电容1uf
实验三机电控制系统的校正
一、实验目的
通过本次实验,加深理解控制系统反馈校正的概念,掌握改善机电控制系统性能的基本方法和工程实现,对给定系统进行串联校正设计,并通过模拟实验检验设计的正确性,从而学会控制系统的串联校正与反馈校正。
二、实验内容
1、串联超前校正
2、串联滞后校正
3、串联超前—滞后校正,校正前与校正后的阶跃响应实验。
三、实验原理
1、串联超前校正
系统模拟电路图如图所示,图中开关S断开对应未校情况,接通对应超前校正。
图3-1超前校正电路图
系统结构图如图3-2
图3-2超前校正系统结构图
图中Gc1(s)=3
2(0.055s+1)
Gc2(s)=
0.005s+1
2、串联滞后校正
模拟电路图如图3-3,开关s断开对应未校状态,接通对应滞后校正。
图3-3滞后校正模拟电路图
系统结构图示如图3-4
图3-4滞后系统结构图
图中Gc1(s)=10
10(s+1)
Gc2(s)=
11s+1
3、串联超前—滞后校正
模拟电路图如图3-5,双刀开关断开对应未校状态,接通对应超前—滞后校正。
图3-5超前—滞后校正模拟电路图
系统结构图示如图3-6
图3-6超前—滞后校正系统结构图
图中Gc1(s)=6
6(1.2s+1)(0.15s+1)
Gc2(s)=
(6s+1)(0.05s+1)
四、实验步骤
①在未校正的二阶系统电路中加入滞后校正环节(如图3-3接通S开关情况),在实验项目下拉框中选中[连续系统串联校正]实验并设置相应的参数,即可做串联滞后校正实验。
②观察经过串联滞后校正环节的二阶系统瞬态响应,并记录其超调量Mp、峰值时间Tp、调整时间Ts的变化。
③记录实验数据与响应曲线。
①画出实验电路图
五、试验数据域结果分析
1.串联超前校正:
断开
闭合
滞后校正系统
指标
校正前
校正后
阶跃响应曲线
δ%
Tp(秒)
Ts(秒)
2.串联滞后校正:
S断开:
s闭合
滞后校正系统
指标
校正前
校正后
阶跃响应曲线
δ%
Tp(秒)
Ts(秒)
3、串联超前—滞后校正:
开关断开
闭合:
滞后校正系统
指标
校正前
校正后
阶跃响应曲线
δ%
Tp(秒)
Ts(秒)
第三次实验
实验一直流电机速度控制与PID参数校正
一、实验目的
1、掌握调整直流伺服驱动器PID参数的方法
2、理解不同转动惯量对系统性能指标的影响
二、实验原理
转动惯量是刚体转动时惯量的度量,其量值取决于物体的形状、质量分布及转轴的位置。
转动惯量在旋转动力学中的质量,所以当系统转动惯量增大后,相同的控制器参数情况下,系统的性能指标一定下降。
为保持原有的性能指标,必须重新整定PID参数。
三、实验内容
通过simulink对电机进行仿真,确定合适的PID参数。
随后对直流电机进行电流环、速度环、位置环的PID控制,通过改变系统转动惯量,根据期望性能指标整定直流伺服驱动器的电流环、速度环、位置环PID参数,确保理论曲线与实际曲线尽量拟合。
进一步地分析直流电机控制精度的影响因素。
实验设备
1、直流伺服系统控制平台,GSMT2012;
2、PC、EasyMotionStudio软件;
实验内容
1、EasyMotionStudio软件对直流电机进行测试
(1)速度环的整定及转动惯量的测定
(2)电流环的整定
四、实验数据与结果分析
1)速度环的整定及转动惯量的测定
未加质量块
加质量块
2)电流环的整定
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