姓名： 張曉睿學號： 1120830122
課程名稱機電系統控制基礎實驗
實驗序號： 二實驗日期： 2014.12.1
實驗室名稱機電系統控制基礎實驗室
同組人劉也琪任智星
實驗成績總成績
教師評語：
教師簽字：
年月日一實驗目的
熟悉直流伺服電動機角位置控制系統的組成及各環節工作原理，包括：電動
機引數、增量式碼盤精度、機械負載慣量、訊號取樣頻率、死區、控制方法等與
角位置伺服系統控制效能指標的關係，針對該典型機電物件或系統，掌握輸入信
號的設定與離散方法，輸出訊號的採集與歸一化方法，通過速度階躍響應進行系
統引數辨識，通過掃頻法，測試系統的頻域特性的相位特性和幅頻特性曲線，分
析系統的穩定性、快速性並掌握系統pid 控制的離散方法，主要目的是培養學
生進行基本效能實驗和綜合設計實驗的能力。
1、掌握各環節的設計方法；
2、掌握機電系統基本除錯方法；
3、通過掃頻法，繪出系統的對數頻率特性曲線，從實驗資料曲線上，分析系統
的穩定性、穩定裕度、快速性、頻帶寬、校正環節的形式與基本離散化方法。
二實驗要求
1. 繪製同一頻率輸入/輸出訊號的時域曲線；
2. 繪出系統已知頻率點的幅值和相角，並用折線作為漸近線逼近幅頻特性
曲線，給出開環剪下頻率；
3. 給出系統的開環增益 k 和系統開環傳遞函式，各慣性環節的時間常數。
4. 給出控制系統的 simulink 實現圖，通過改變開環增益k ，用示波器觀察
系統輸出。
三實驗資料
不同頻率的輸入和輸出訊號幅值關係
不同頻率的輸入和輸出訊號相位差
1. 繪製同一頻率輸入/輸出訊號的時域曲線
7hz輸入訊號時域曲線
7hz輸出訊號時域曲線
輸入/輸出訊號的不同和相同之處：
相同：輸入為正弦，則輸出也為正弦
不同：輸入和輸出的幅值和頻率都不一樣，而且輸入是穩定的，輸出有零漂
2. 繪出系統已知頻率點的幅值和相角，並用折線作為漸近線逼近幅頻特性
曲線，給出開環剪下頻率ωc；
繪出系統幅頻特性曲線
根據在表 2.1 中獲得實驗資料，繪出系統幅頻特性曲線，並用折線作為
漸近線逼近幅頻特性曲線。
3. 給出系統的開環增益 k 和系統開環傳遞函式，各慣性環節的時間常數。
實測系統開環剪下頻率
6.9452hz附近上下0.1hz
在幅頻特性曲線中，穿越零分貝線的頻率即為開環剪下頻率
在matlab中使用 ginput(1)語句得到為6.9452hz
實測系統傳遞函式
轉折點出值為 7.2247hz，k=8.0859,則開環系統傳遞函式為
g（s）=
繪製bode圖
做出該傳遞函式的bode圖，求得剪下頻率為7.1551hz說明曲線擬合存在誤差，原因是取點不足
4. 給出控制系統的 simulink 實現圖，通過改變開環增益k ，用示波器觀察系統輸出。
k=8.0859k=7
k=11k=6
k=4k=2
由上圖可知：k值影響開環系統的頻率響應輸出的幅值，k越大峰峰值越大
思考題：
1. 電動機選擇的依據是什麼？
答：可以根據負載型別來選擇電機功率和電機型別.引數1:
傳送帶速度v引數2:額定轉矩t然後定好馬達側速度和齒輪箱的輸出扭矩和轉速.裝置使用壽命5年是指所有的部件都要滿足,齒輪箱需要熱處理電機一般可以達到5年,通常為10年.
參照《電氣工程師手冊》選擇電機的s1,s2,s3...某個型別控制櫃的各個部件也要根據工況來確定
2. 系統輸入余弦電樞電壓的幅值和系統引數辨識精度是否有關？為什
麼？答:無關，因為bode圖的相頻特性為，由於輸入電壓的變化而也隨之變化，但是整體不變。
3. 取樣頻率的高低對系統引數辨識精度有何影響？
答:取樣頻率越低，精度越低。
4. 分析輸出訊號的時域曲線零點漂移的原因；
答：電機在執行的過程中溫度變化，不同的元器件溫度變化係數不同，由於溫度係數變化不同導致由於溫度引起的元器件的變化也不一樣，故最後導致輸出的訊號有偏差，產生零點漂移。
5. 分析電機轉速和電樞電壓之間產生死區的原因？死區如何影響系統的
控制效能？在運動控制中如何減小死區的影響？
答：在電機啟動和反轉的時候，由於電機具有慣性，導致在反轉啟動和停止的時候都不能立即對輸入的電壓產生反應，從而產生死區。
在死區內系統的控制對輸出不起任何作用。
在運動控制中要嚴格控制元器件的精度，修正pid引數，賦予控制器一定的「耐性」
6. 分析電機的正反轉轉速與電壓的線性係數不同的原因以及如何提高系
統辨識精度？
答：正轉時：y = 42.
797* x 77.48，反轉時：y = 42.
797* x 77.48，由於在正反轉改變時，是三相電機中的兩相要對調，不保證三相完全相同，物理元器件的引數不同，故線性係數不同，將正反轉轉變時產生的差異考慮進去，選擇輸入電訊號的轉變，而不選用轉速訊號來提高系統辨識精度。
7. 滿足相角滯後時的頻帶寬是多少？滿足幅值衰減10%的頻帶寬是多
少？同時滿足相角滯後和幅值衰減10%的頻帶寬是多少？
答：滿足相角滯後時的頻帶寬是，滿足幅值衰減10%的頻帶寬是，同時滿足相角滯後和幅值衰減10%的頻帶寬是。
8. 在繪製對數頻率特性圖時，為什麼將余弦電樞電壓幅值作為輸入訊號，
將由碼盤檢測的角位置訊號作為輸出訊號？並分析輸入訊號為角位置
訊號時，對數頻率特性的變化。如何計算輸入角位置訊號的大小？，
答：輸入余弦電樞電壓幅值是為了獲得角速度輸入訊號，因為碼盤檢測的是角位置訊號，而輸入訊號經過系統所得到的輸出訊號為角位置訊號，所以用碼盤檢測得到的角位置訊號作為輸出訊號符合要求。
9. 簡述本實驗涵蓋的基本知識點，以及你建議可擴充套件實驗內容。
答：在本實驗中，運用了機電系統控制基礎中的bode，matlab圖的繪製和分析，運用了matlab的繪圖知識，系統的頻率特性分析，的估算和確定，從bode圖求解傳遞函式的知識，以及系統的效能分析，在實踐過程中了解了系統的pid矯正對系統輸出的影響。
我建議再加入一點matlab對系統效能分析的運用和講解，對於實際的電機，最好能夠與生活中運用到機電系統的地方結合起來。
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