直流电机控制实验报告.docx
- 文档编号:6564589
- 上传时间:2023-01-07
- 格式:DOCX
- 页数:21
- 大小:1.82MB
直流电机控制实验报告.docx
《直流电机控制实验报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《直流电机控制实验报告.docx(21页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
直流电机控制实验报告
直流电机控制实验报告
一、实验目的
1.学会安装QNETDCMotor和NIELVISII
2.掌握直流电机控制实验的基本原理
3.学会建立直流电机模型
4.掌握PI和PD控制原理
5.掌握跟踪和扰动抑制
二、实验器材
1.QNETDCMotor板一块
2.NIELVISII平台一个
3.PC机一台
三、实验原理
(详情见预习报告)
1.建模
(1)直流电机的理论模型
(2)直流电机的实际模型
i.阶跃响应测试法
y(t1)=0.632(yss-y0)+y0
τ=t1−t0
ii.模型验证
iii.虚拟仪器建模
2.定性的比例积分速度控制
3.满足指标的PI速度控制
超调量计算:
峰值时间:
tp=tmax−t0
4.定性的比例微分位置控制
5.满足指标的PD位置控制
四、实验内容和数据
1.建模
1.1阶跃响应测试
得到完整的阶跃曲线:
选择实测图形MeasurementGraphs选项以查看实际响应,计算稳态增益和时间常数。
dy=106.19
du=4
K=dy/du=26.74
Τ=0.15s
1.2模型验证
在VI的模型参数ModelParameters部分中,输入阶跃响应测试实验室中得出的模型参数K和τ。
观察两条曲线的吻合程度,调整K和τ的值,直至基本吻合。
如下图:
调整后,K=27,τ=0.145s.
2.定性的比列积分速度控制
确保QNETDCMotorSpeedControl.vi打开。
信号发生器SignalGenerator部分设置:
•幅值Amplitude(rad/s)=25.0
•频率Frequency(Hz)=0.40
•偏移量Offset(V)=100.0
•信号=‘方波’Signal='Square'
控制参数ControlParameters部分设置:
•kp(V.s/rad)=0.050
•ki(V/rad)=1.00
•bsp=0.00
这是发生了瞬态响应,在响应初期会产生一定的波动,之后便会向稳定值逼近,直至可以判定为稳定状态。
从实际的角度来看,因为与长期稳定状态大的与快的偏差可能对组件本身和取决于该组件的整个系统的其他部分产生具有剧烈的影响。
此外,整个系统不能响应,直到组件的输出稳定到其最终状态的某个附近,从而延迟了整个系统响应。
以0.02V.s/rad的步长递增或递减kp。
(1)Kp=0.01
(2)Kp=0.03
(3)Kp=0.05
(4)Kp=0.07
(5)Kp=0.09
通过上述四张图的对比,我们可以很直观的发现:
随着kp的增大,最大过调量减小,kp减小,最大过调量增大。
分析得知:
kp增大,阻尼比增大。
设置kp=0V.s/rad,ki=0V/rad,电机应该停止旋转。
在实际操作中,电机确实停止转动,没有问题,如下图所示。
(1)ki=0
以0.05V/rad的步长增加积分增益ki,在0.05V/rad和1.00V/rad之间变化积分增益。
(2)Ki=0.2
(3)Ki=0.4
(4)K=0.6
(5)K=0.8
(6)K=1.0
从图中可以看出,随着ki的增大,曲线波动越剧烈。
ki低时,最大过调量小;ki高时,最大过调量大。
3.满足指标的PI速度控制
3.1根据性能指标设计PI控制
给定ζ=0.75,ω0=16.0rad/s.
计算出
Kp=(-1+2*0.75*16*0.145)/27=0.092
Ki=16^2*0.145/27=1.375
确保QNETDCMotorSpeedControl.vi打开。
信号发生器SignalGenerator部分参数设置:
•幅值Amplitude(rad/s)=25.0rad/s
•频率Frequency(Hz)=0.40Hz
•偏移量Offset(V)=100.0
•信号=‘方波’Signal='Square'
在控制参数部分中,计算出的kp和ki,并确保bsp=0。
得到下图曲线:
从图中可以测量出最大过调量和峰值时间:
Mp=(129-125)/125*100%=3.2%
Tp=1.48-1.25=0.23s
而根据公式计算的理论值为:
=0.297s
=2.84%
与实际值相差不大。
从公式中可以看出,增加阻尼比使得最大过调量减小,调整时间增大,Kp增大,不影响ki。
增加wo使得对最大过调量无影响,使得调整时间减小,kp增大,ki增大。
3.2设定值加权
信号发生器SignalGenerator部分设置:
•幅值Amplitude(rad/s)=25.0
•频率Frequency(Hz)=0.40
•偏移量Offset(V)=100.0
• 信号=‘方波’Signal='Square'
控制参数ControlParameters部分设置:
•kp(V.s/rad)=0.10
•ki(V/rad)=1.50
•bsp=0.00
以0.2的步长增加设定值加权参数bsp,参数变化范围在0和1之间。
(1)Bsp=0
(2)Bsp=0.2
(3)Bsp=0.4
(4)Bsp=0.6
(5)Bsp=0.8
(5)Bsp=1.0
随着加权参数bsp的增大,曲线的最大过调量也相应增大。
设定加权值可以使系统更快到达稳态,但相应会使过调量增大。
4.定性的比例微分位置控制
从kp=0.5V/rad开始,以0.25V/rad的步长改变比例增益kp。
(1)kp=0.5
(2)Kp=0.75
(3)kp=1
(4)kp=1.25
观察位置Position(rad)示波器内参考位置(蓝线)和实测位置(红线)的状态。
解释发生了什么.
从图中可以看出蓝线和红线重合度很低,可以看出,随着Kp的增大,稳态误差逐渐减小,但相应的最大过调量却变得越来越大。
设置kp为1.5V/rad,仅用比例增益,描述系统对阶跃输入的稳态误差。
如上图,易知稳态误差为0.1.
以0.2V.s/rad的步长增加微分增益kd。
(1)kd=0.2
(2)kd=0.4
(3)kd=0.6
从以上图像可以明显看到,微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。
因此,可以改善系统的动态性能。
在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。
微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。
5.满足指标的PD位置控制
由下列参数计算期望峰值时间tp和超调量PO百分比
•ζ=0.60,
•ω0=25.0rad/s.
=0.157s
=9.49%
假设模型稳态增益K=27V/rad,时间常数τ=0.145s,在满足上述指标要求下,分别计算比例和微分控制增益kp和kd。
=3.36
=0.124
在位置Position(rad)示波器中,获取位置响应曲线,在电压Voltage(V)示波器中获取控制信号曲线。
测量实际位置响应的峰值时间和超调量。
性能是否满足要求?
=8%
=0.12
比较理论值和实际值,超调量的相对误差为(9.49%-8%)/9.49%=15.7%,峰值时间的相对误差为(0.157-0.12)/0.157=23.6%。
可以看出理论值和实际值有较大的误差,原因一可能是直流电机的环境误差,受到外界干扰,原因二可能为曲线的读数误差。
更改参数zeta对测量的位置响应和产生的控制增益有什么影响?
改变参数ω0对测得的位置响应和产生的控制增益有什么影响?
从公式中可以看出,增加阻尼比使得最大过调量减小,调整时间增大,Kp增大,不影响ki。
增加wo使得对最大过调量无影响,使得调整时间减小,kp增大,ki增大。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 直流电机 控制 实验 报告