现在伺服系统实验报告

数字交流伺服系统实

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数字交流伺服系统实验报告

一、实验目的

通过实验深入理解伺服系统的系统结构及工作原理，掌握伺服系统的位置控制器设计与系统调试方法。

二、实验内容及结果

1. 对系统进行理论分析

伺服系统又称随动系统，是用于精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。随着工业应用要求的进一步提高，使得位置伺服系统不仅要有很高的定位精度，无超调的定位过程，而且还要保证有尽可能快的动态响应。目前，应用于数控机床的伺服定位系统中，位置指令通常由上位控制器经固定的算法提供给伺服系统。由于伺服系统在对指令的响应过程中存在加速和减速的过程，为了避免加速过程中的失步，以及减速过程中的位置超调现象，通常采用一定的速度控制算法。

在实际应用中位置环通常设计成比例控制环节，通过调节比例增益，可以保证系统对位置响应的无超调，但这样会降低系统的动态响应速度。另外，为了使伺服系统获得高的定位精度，通常要求上位控制器对给定位置和实际位置进行误差的累计，并且要求以一定的控制算法进行补偿，因此，单纯对位置环采用比例调节不仅不能获得理想的响应速度，而且会增加上位控制器的算法复杂度。另外一种方法是把位置环设计成比例积分环节，通过对位置误差的积分来保证系统的定位精度，这使上位控制器免除了对位置误差的累计，降低了控制复杂度。但这和采用比例调节的位置控制器一样，在位置响应无超调的同时，降低了系统的动态响应性能。为了满足高性能伺服定位系统的要求，通常可以采用前馈控制对系统干扰进行抑止，增强控制系统的鲁棒性。伺服电机控制系统采用了PID和前馈的混合控制，对干扰噪声起到了较好的抑制作用;另外，在输出要求直接跟踪输入信号的应用场合中，系统的闭环调节通常造成跟踪的延迟，这时也可以采用前馈控制来加快系统的跟踪速度。

对于位置信号前馈，可以分为速度前馈和加速度前馈两种，采用速度前馈可以通过开环控制特性来加快伺服系统的速度响应，并且当加大速度前馈增益时，可以减少位置环对位

置误差的累积，从而加快位置误差的补偿速度。从理论上分析，当前馈速度增益增大时，位置环的位置误差累计值就越少，也即积分作用越小。但过大的前馈增益容易引起振荡和位置超调，因此速度前馈增益不宜过大，需要多次尝试选择合适的值。

PID控制器是一种线性控制器，它将给定值与实际输出值的偏差e(k)的比例、积分和微分进行线性组合，形成控制量u(k)输出，如图2所示。

图2 PID控制器结构

PID控制器的输出是由比例控制、积分控制和微分控制三项组成，三项在控制器中所起的控制作用相互独立。因此，在实际应用中，根据被控对象的特性和控制要求，可以选择其结构，形成不同形式的控制器，如比例（P）控制器，比例积分（PI）控制器，比例微分（PD）控制器等。

(1)比例系数Kp的作用是：加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。Kp越大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但易产生超调，甚至导致系统不稳定；Kp取值过小，则会降低调节精度，使响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统静态、动态特性变坏。

(2)积分作用系数Ki的作用是：消除系统的稳态误差。Ki越大，系统的稳态误差消除越快，但Ki过大，在响应过程的初期会产生积分饱和现象,从而引起响应过程的较大超调；若Ki过小，将使系统稳态误差难以消除，影响系统的调节精度。

(3)微分作用系数Kd的作用是：改善系统的动态特性。其作用主要是能反应偏差信号的变化趋势,并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。

本次试验系统结构除控制模块以外已经给出，系统的理论分析主要通过Matlab 中的

Simulink 实现，在Simulink 中搭建如图1所示的伺服系统结构图。

图1 伺服系统结构图

其中传递函数以零极点表示的形式为: )548)(106)(34.0()80)(6.10)(4.3)(83.0(4.169022+++++++s s s s s s s s 限幅环节Saturation 取值±10；代表非线性环节的齿隙Backlash 宽度取值4。下面通过Simulink 仿真对系统进行理论分析。

首先我们将控制器设为1，选择阶跃信号作为输入仿真运行结果如图3所示。

012345678910

0500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

图3 控制器为1时输出结果

根据上图可知，所给闭环系统为稳定系统，因此可以采用PID 控制改善输出。通过上述分析，本实验采用前馈加PID 控制的混合控制模式。一般的PID 控制中，当有较大的扰动或大幅度改变给定值时，由于此时有较大的偏差，以及系统有惯性和滞后，故在积分项的作用下，往往会产生较大的超调和长时间的波动，而给定的系统中存在齿隙，会对系统结果产生较大的超调，因此设计中舍去积分项，只采用PD 控制。

2. 伺服系统实验仿真

设计的控制器结构如图5所示：

图5 控制器结构

该控制器采用前馈控制加上PID控制的混合控制模式，其中前馈控制采用速度控制。由于前馈控制为开环控制，可以根据开环控制特性加快伺服系统的响应速度。而PID控制模块中舍去积分控制部分，减小齿隙对系统的影响，减小超调。

仿真参数结果如表1：

表1 系统仿真参数

PID参数前馈增益Kf Kp Kd

参数值

对设计的控制系统进行仿真验证：

（1）阶跃信号输入：幅值3000

图6 阶跃响应输出曲线图7 阶跃响应误差曲线

结果显示，稳态误差：，调节时间小于3s，超调量近似为0，满足要求

（2）斜坡信号：速度1000

图8 斜坡响应输出曲线图9 斜坡响应误差曲线结果显示，稳态误差：，满足实验指标要求

（3）正弦信号输入：周期，幅值1000

图10 正弦信号输入响应曲线图11 正弦信号误差曲线结果分析，根据正弦信号响应误差曲线可得，稳态最大误差为，满足实验指标要求，因齿隙引起的跳变为，大于实验指标齿隙引起的跳变小于1的要求。

（4）以阶跃信号输入为例，去掉输出限幅部分

图13 去点限幅影响后阶跃响应曲线图14无限幅阶跃响应误差曲线结果分析：去掉限幅部分以后，调节时间，调节速度大大提前，同时稳态误差未发生大的变化。

（5）以正弦信号为例，去掉非线性齿隙环节

图15 无非线性齿隙环节正弦输出图16 无非线性齿隙环节正弦响应误差结果分析：去掉非线性齿隙环节后，正弦信号输出稳定后基本不再发生大的跳变，输出稳定，调节时间未发生明显变化。

三、结果分析

1、根据实验结果分析位置控制器输出限幅对系统性能的影响；

答：对比图14和图7可以发现，去掉输出限幅模块之后，调节时间大大减少，而响应稳定之后则基本没有变化，由此可见，位置系统的输出限幅影响系统的调节速度，当输入信号幅值大于限幅环节时会延长系统的调节调节时间。

2、根据实验结果分析非线性齿隙环节对系统性能的影响；

答：观察图11和图16可以发现，由于非线性齿隙环节存在，正弦信号输出响应稳定后误差会产生规律性跳变，严重破坏系统的动态特性。此外非线性齿隙环节导致系统调节更加复杂，严重时会导致系统震荡不稳定，极大地破坏系统动态特性。本实验采用前馈PID调节模式，而PID控制器是一种线性控制器，非线性模块的存在破换了输出的稳定性。

3、结合系统模型、实验过程及结果，说明位置控制器的特点及调试方法。

答：位置控制系统要求系统稳态误差近乎为零，有尽可能高的动态响应速度，无超调等。位置控制器应用广泛，方便易上手，参数调节简便。PID参数整定使用的是实验试凑法，输入一个阶跃信号，调节PID参数，使其响应满足控制性能指标。首先加入比例信号，调节比例参数使系统稳定并且振荡和超调不是很严重；本实验设计只采用PD控制，因此积分项不需考虑；加入微分信号，可以发现系统振荡改善；此后结合前几点各参数作用反复调试，能得到最佳结果。

四、学习心得

本次实验仿真大量时间用于仿真调试，使自己更加熟练MATLAB工具箱的使用，掌握SIMULINK的使用技巧。作为一名控制专业的学生，对于MATLAB的使用掌握是不可或缺的，这为以后的学习奠定一定的基础。本科阶段未曾过多接触过伺服系统方面的内容，通过本次实验，一定程度上了解到伺服系统的组成，控制方法等。

本次实验最大的学习是在控制算法方面，由于模糊控制掌握不够深入，起初曾一直尝试使用模糊PID进行控制，但控制结果一直不甚理想，无法达到实验指标要求，经过多次调试仍没有大的改善，后因随老师出差等原因实验时间不足，放弃模糊PID控制而采用前馈PID调节。虽然本次实验未能采用模糊控制算法完成，但前期的尝试仍然使自己对模糊算法的使用有了极大的提高，尤其是在使用MATLAB仿真方面，这也算是本次实验的最大收获。

PID控制算法功能同样很强大，应用范围很广泛，但对于非线性控制仍有很大难度，本次实验中齿隙非线性使得系统响应稳定以后动态特性仍发生变化，特别是正弦信号作为输入时，响应误差在齿隙部分产生突变，本实验采用前馈PID控制未能有效地减小突变，未达到实验指标要求。由于时间关系未能做过多研究，比较遗憾。

参考文献

[1] 刘金琨. 先进PID控制Matlab控制仿真北京：电子工业出版社，2004

[2] 张志涌. MATLAB教程北京：航空航天大学出版社，2006

[3] 胡寿松. 自动控制原理（第四版）北京：科学出版社，2001

[4] 胡庆波，吕征宇. 全数字伺服系统中位置前馈控制器的设计[J].电气传动.2005(35)

[5] 赵永娟，孙华东.基于MATLAB的模糊PID控制器设计与仿真

[6] 李颖宏，甘泉.基于限幅的最优PID控制器设计[J].仪器仪表学报.2006(27)

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

精密仪器大作业

精密仪器设计大作业 设计题目：立式光学计院系：电气学院 班级：设计者： 设计时间： 1.光学机的发展现状 立式光学计主要用于几何量比较测量，是通过工件与量块相比较的测量，得到它们之间的微差 尺寸，故又称立式光学比较仪。立式光学计除能测量工件外径和高度尺寸外，使用三线附件用 三线法还可测量外螺纹中径，也可从仪器上取下光学系统安装到其他设备上，用作精密调整、 检查和控制尺寸。由于其测量的精度相当高，还可作为长度基准传递仪器，用来检定5等和6 等量块和量规等。 目前应用中的光学计主要有以下几种型号: ①JD3 型投影立式光学计是精密光学机械长度计量仪器。它是利用标准量块与被测件相比 较的方法来测量零件外形的微差尺寸，是工厂计量室、车间检定站或制造量具工具与精密零件 车间常用的精密仪器之一，它可以检定量块以及高精度的柱形量规。对于圆柱形、球形等工件 的直径或样板工件的厚度以及外螺纹的中径均能作比较测量。若将投影光学系统从仪器上取下，适当地安装在精密机床或其它设备上，可直接控制加工尺寸。 测量范围:0-180mm; 仪器的最大不准确度:0.25 m

② JD20型 0.2} m 投影式光学计是高精度比较式测长仪器，在工厂计量室及计量检测 所等部门广泛用于测量三、四等量块及精密零件(如钢球、滚柱、阶梯形精密零件、塞规) 的外形尺寸。 ③LG-1 立式光学计是一采用量块或标准零件与试件相比较的方式来测量物体外形尺寸的仪器。主要用于五等精度量块、一级精度柱型规以及各种圆柱形、球型、线形等物体的直径或板形物体的厚度的精密测量，亦可用来控制精密零件的加工。其总放大倍数可达1000x，分划板分度值为0.0001mm，被测件最大长度为180mm，而其重量只有30kg。 ④JDG-S 1数字式立式光学计一般是用标准器(如量块)以比较法测量工件的尺寸。它可 对五等量块、量棒、钢球、线形及平行平面状精密量具和零件的外型尺寸作精密测量。本 仪器头部亦可作为一个独立体，在科研、生产过程控制及在线检测等方面，对被测件作微 小位移测量。其测量范围≧ 0.1 mm，最小显示值式0.0001 mm，而重量只有18kg。

永磁交流伺服系统研究背景意义及现状

永磁交流伺服系统研究背景意义及现状 1研究背景及意义 伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标或给定值任意变化的自动控制系统，是控制理论、电力电子技术、电机技术、微电子技术、检测技术等学科相互发展融合的产物，是自动化学科及工业生产领域重要的分支。在机械制造行业、冶金工业，交通运输以及军事上都得到了广泛的应用。 伺服系统强调对控制命令的快速跟踪和响应，所以伺服控制系统可以认为是随动控制系统，既可以是转速的随动控制，也可以是位置的随动控制。在广义的角度上看，电动机的调速系统也可以认为是伺服控制的一种，只不过在调速系统中，强调的被调量是电动机的转速，更加有效的实现功率变换。而伺服系统则强调忠实跟踪给定信号，即按控制器发出的控制命令而动作，并产生足够的力或力矩，使被驱动的机械获得期望的运动速度和位姿。 伺服系统的发展经历了由液压伺服到电气伺服的过程。在电气伺服系统中，按驱动装置的执行元件电动机类型来分，通常分为直流伺服系统和交流伺服系统两大类。六十年代以后，特别是七十年代以来，随着电力电子学、微电子学、传感技术、永磁技术和控制理论的惊人发展，尤其是先进控制策略的成功应用，交流伺服系统的研究和应用取得了举世瞩目的发展，己具备良好的技术性能，其动、静态特性已完全可与直流伺服系统相媲美，交流伺服系统取代直流伺服系统己成定局。其中交流永磁同步电机 (PMSM)又以其结构简单、气隙磁密高、功率密度大、转动惯量小的优点，成为研究的热点。和直流电机相比，交流永磁同步电机没有直流电机的换向器和电刷等缺点，和其他类型交流电动机相比，它由于没有励磁电流，因而功率因数高，力矩惯量比大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好。现已广泛用于数控机床、工业机器人、超大规模集成电路制造、柔性制造系统、载人宇宙飞船、电动工具以及家用电器等高科技领域。 另一方面，高速数字信号处理芯片(DSP) 的快速发展也对伺服系统的发展起到了推动作用。DSP强大的数据处理能力和高运行速度使得先进的控制技术如矢量控制、直接转矩控制等得以实现。并且DSP芯片内部集成了A/D转换、数字输

精密机械生产流程

设计研发启动设计 企划依设计研发提供材料发包议价 业务将相关文件呈经理做发包审核 业务通知相关单位启动发包 设计研发提供发包资料给企划、助理工程师发包 ● 客户订单 ●2D ● BOM 企划采购原材料 设计研发依PLM 在TIPTOP 中下请购 企划仓管收货、入库 加工中心领料自制 加工中心TIPTOP 中做辅BOM 生管安排加工中心作业 自制件下原料请购单 外发 生管在TIPTOP 中开立工单 ●订单号 ● PLM ● 2D ● BOM 业务接单 业务报价给客户 客户、各主管评估产品订单 设计研发主管、工程师评估方案 设计研发方案验证 客户回传报价单给业务 设计研发建立成品料号 业务通知客户下正式订单 业务根据客户订单生成内部订单号并维护订单 ● 客户效益评估表 ●人工线与自动线做比较 ● 预估成本 ●设计 ●买料 ● 组装 ● 业务提供品名、规格 组立调试领料组装 生管成品入库 组立调试、设计研发、业务、各主管跟踪调试进度 上线调试 企划交管将成品运至客户产线 企划工单结案 业务与客户确认验收通知企划打出库单 业务与客户对帐 生管报工（结算产值） 博硕精密机械自动机发包流程图 1.受订单 2.设计研发 3.请、采、加工物料 4.组装出货 注：治具成本≥5K 归属为自动机

博硕精密机械自动机请购、发料流程图 有料号 无料号助理整理 采购新建料号、核价 助理在PLM 中上传BOM 工程师提供完整BOM 给助理 助理根据生管提供的工单号在Tiptop 中依工单需求开请购单 企划采购 仓库收货、进帐 生管按工单发料 ● 助理查料号 有料号 无料号助理整理 采购新建料号、核价 助理在PLM 中变更ECN 助理根据生管提供的工单号在Tiptop 中依工单需求开请购单 企划采购 仓库收货、进帐 生管按工单发料 工程师提供完整BOM 给助理 ● 助理查料号 生管在TIPTOP 中变更工单 有料号 无料号助理整理 采购新建料号、核价 助理在PLM 中变更ECN 助理根据生管提供的工单号在Tiptop 中依工单需求开请购单 企划采购 仓库收货、进帐 生管按工单发料 工程师提供完整BOM 给助理 ● 助理查料号 1.BOM 首次发包流程 2.生管按工单发料前变更流程 需进行：ECN 变更 3.生管按工单发料后－成品入库（工单结案）前变更流程 称之为：工单变更

发展战略-现代交流伺服系统技术和市场发展综述 精品

现代交流伺服系统技术和市场发展综述 （时光科技有限公司华南办事处刘孙亮） 摘要： 本文首先从历史的角度介绍了现代交流伺服系统从电机控制的大家族中脱颖而出的过程，并从技术和市场两个方面展示了当今交流伺服系统的发展状况，重点放在国内外市场、技术、产品和厂商竞争策略的对比上，希望给关心中国交流伺服产业成长的人们一个全景式扫描。 概述 1．历史的角度看电机发展 1800 年伏特发明电池，是电气出现的开端，电动机的诞生和发展在这之后可以分成几 个阶段。从1820 年一直到整个19 世纪末叶，发现了电磁现象以及相关的各种法则，诞 生了交流电机的原型，并确立了电机的工业运用。从20 世纪开始一直到1970 年代，是 电动机的成长和成熟期，有刷直流电机、感应电动机、同步电动机和步进电动机等各种 电机相继诞生，半导体驱动技术和电子控制概念引入，带来变频驱动的实用化。从1970 年代到20 世纪末期，计算技术的飞跃发展为发展高性能驱动带来了机会，随着设计、 评价、测量、控制、功率半导体、轴承、磁性材料、绝缘材料、制造加工技术的不断进步，电动机本体经历了轻量化、小型化、高效化、高力矩输出、低噪音振动、高可靠、 低成本等一系列变革，相应的驱动和控制装置也更加智能化和程序化。进入21 世纪， 在以多媒体和互联网为特征的信息时代，电动机和驱动装置继续发挥支撑作用，向节约 资源、环境友好、高效节能运行的方向发展。 永磁无刷直流电机（Brushless DC Motor）就是随着永磁材料技术、半导体技术和控制 技术的发展而出现的一种新型电机。无刷直流电机诞生于20 世纪50 年代，并在60 年 代开始用于宇航事业和军事装备，80 年代以后，出现了价格较低的钕铁硼永磁，研发 重点逐步推广到工业、民用设备和消费电子产业。本质上，无刷直流电机是根据转子位 置反馈信息采用电子换相运行的交流永磁同步电机，与有刷直流电机相比具有一系列优势，近年得到了迅速发展，在许多领域的竞争中不断取代直流电机和异步电动机。进入 90 年代之后，永磁电机向大功率、高功能和微型化发展，出现了单机容量超过1000KW，最高转速超过300000rpm，最低转速低于0.01rpm，最小体积只有0.8x1.2mm 的品种。 实际上，永磁无刷直流电机和本文重点论述的永磁交流伺服电机都属于交流永磁同步电机。按照反电动势波形和驱动电流的波形，可以将永磁同步电机分为方波驱动和正弦波

伺服控制系统(设计)

第一章伺服系统概述 伺服系统是以机械参数为控制对象的自动控制系统。在伺服系统中，输出量能够自动、快速、准确地跟随输入量的变化，因此又称之为随动系统或自动跟踪系统。机械参数主要包括位移、角度、力、转矩、速度和加速度。 近年来，随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、材料技术的快速发展以及电机制造工艺水平的逐步提高，伺服技术已迎来了新的发展机遇，伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服发展到以永磁同步电机、感应电机为伺服电机的新一代交流伺服系统。 目前，伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用，而且在许多高科技领域，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、卫星姿态控制、雷达和各种军用武器随动系统、柔性制造系统以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。 1.1伺服系统的基本概念 1.1.1伺服系统的定义 “伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行停止。 伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵活方便的控制。

1.1.2伺服系统的组成 伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。它由检测部分、误差放大部分、部分及被控对象组成。 1.1.3伺服系统性能的基本要求 1）精度高。伺服系统的精度是指输出量能复现出输入量的精确程度。 2）稳定性好。稳定是指系统在给定输入或外界干扰的作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。 3）快速响应。响应速度是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。 4）调速范围宽。调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。 5）低速大转矩。在伺服控制系统中，通常要求在低速时为恒转矩控制，电机能够提供较大的输出转矩；在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。 6）能够频繁的启动、制动以及正反转切换。 1.1.4 伺服系统的种类 伺服系统按照伺服驱动机的不同可分为电气式、液压式和气动式三种；按照功能的不同可分为计量伺服和功率伺服系统，模拟伺服和功率伺服系统，位置

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。

蜗杆传动知识

第七章 蜗杆传动 第一节 蜗杆传动的类型和特点 蜗杆传动由蜗杆、蜗轮和机架组成，用来传递空间两交错轴的运动和动力。如图7-1所示。通常两轴交错角为90°,蜗杆为主动件。 一、蜗杆传动的类型 如图7-2所示，根据蜗杆的形状，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动（图a ），环面蜗杆传动（图b ）,和锥面蜗杆传动(图c )。 圆柱蜗杆传动，按蜗杆轴面齿型又可分为普通蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动。 普通蜗杆传动多用直母线刀刃的车刀在车床上切制，可分为阿基米德蜗杆（ZA 型）、渐开蜗杆（ZI 型）和法面直齿廓蜗杆（ZH 型）等几种。 如图7-3所示，车制阿基米德蜗杆时刀刃顶平面通过 蜗杆轴线。该蜗杆轴向齿廓为直线，端面齿廓为阿基米德螺旋线。阿基米德蜗杆易车削难磨削，通常在无需磨削加 工情况下被采用，广泛用于转速较低的场合。 图7-1蜗杆传动 如图7-4所示，车制渐开线蜗杆时，刀刃顶平面与基圆柱相切，两把刀具分别切出左、右侧螺旋面。该蜗杆轴向齿廓为外凸曲线，端面齿廓为渐开线。渐开线蜗杆可在专用机床上磨削，制造精度较高，可用于转速较高功率较大的传动。 蜗杆传动类型很多，本章仅讨论目前应用最为广泛的阿基米德蜗杆传动。 二、蜗杆传动的特点 (1)传动比大，结构紧凑。单级传动比一般为10～40(<80)，只传动运动时（如分度机构），传动比可达1000。 (2)传动平稳，噪声小。由于蜗杆上的齿是连续的螺旋齿，蜗轮轮齿和蜗杆是逐渐进入啮合又逐渐退出啮合的，故传动平稳，噪声小。 (3) 有自锁性。当蜗杆导程角小于当量摩擦角时，蜗轮不能带动蜗杆转动，呈自锁 a) b) c) 图7-2蜗杆传动的类型

交流伺服系统发展现状及其趋势

交流伺服系统发展现状及其趋势运动控制系统作为电气自动化的一个重要的应用领域，已经被广泛应用于国民经济各个部门。运动控制系统主要研究电动机拖动及机械设备的位移控制问题。交流伺服系统是运动控制系统所研究的重要的一部分，而纵观电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存与各个生产领域，随着工业技术的发展，两者相互竞争，相互促进。 1990年以前，由于技术成本等原因，国内伺服电机以直流永磁有刷电机和步进电机为主，而且主要集中在机床和国防军工行业。1990年以后，进口永磁交流伺服电机系统逐步进入中国，此期间得益于稀土永磁材料的发展、电力电子及微电子技术日新月异的进步，交流伺服电机的驱动技术也得以很快发展。如今约占整个电力拖动容量80%的不变速拖动系统都采用交流电动机，而只占20%的高精度、宽广调速范围的拖动系统采用直流电动机。自20世纪80年代以来，随着现代电机技术、现代电力电子技术、微电子技术、控制技术及计算机技术等支撑技术的快速发展，交流伺服控制技术的发展得以极大的迈进，使得先前困扰着交流伺服系统的电机控制复杂、调速性能差等问题取得了突破性的进展，交流伺服系统的性能日渐提高，价格趋于合理，使得交流伺服系统取代直流伺服系统尤其是在高精度、高性能要求的伺服驱动领域成了现代电伺服驱动系统的一个发展趋势。 一、交流伺服系统的概述 伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。在20世纪60年代，最早是直流电机作为主要执行部件，在70年代以后，交流伺服电机的性价比不断提高，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。控制器的功能是完成伺服系统的闭环控制，包括力矩、速度和位置等。我们通常说的伺服驱动器已经包括了控制器的基本功能和功率放大部分。虽然采用功率步进电机直接驱动的开环伺服系统曾经在90年代的所谓经济型数控领域获得广泛使用，但是迅速被交流伺服所取代。进入21世纪，交流伺服系统越来越成熟，市场呈现

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 = =

迈克尔逊干涉仪实验作业

迈克尔逊干涉仪的等倾干涉的特点 麦克尔逊干涉仪观察的等倾干涉条纹是同心圆环状。 而且移动眼睛时不会有条纹移出和移入视场。这样才能确保是等倾，即两板平行。 迈克尔逊干涉仪发明历史是什么？ 迈克尔逊干涉仪,是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。在近代物理和近代计量技术中，如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺等实验中都有着重要的应用。迈克尔逊和爱德华·威廉姆斯·莫雷使用这种干涉仪于1887年进行了著名的迈克耳孙-莫雷实验，并证实了以太的不存在。迈克尔逊干涉仪的最著名应用即是它在迈克尔逊-莫雷实验中对以太风观测中所得到的零结果，这朵十九世纪末经典物理学天空中的乌云为狭义相对论的基本假设提供了实验依据。 迈克尔逊干涉仪还可测哪些物理量？ 一、传统迈克尔逊干涉仪的测量应用 1. 微小位移量和微振动的测量； 采用迈克尔逊干涉技术,通过测量KDP晶体生长的法向速率和台阶斜率来研究其台阶生长的动力学系数、台阶自由能、溶质在边界层内的扩散特征以及激发晶体生长台阶的位错活性2. 角度测量： 仪器的两个反射镜由三棱镜代替，反射镜组安装在标准被测转动器件的转动台上。被测转角依照正弦原理转化成反射镜组两个立体棱镜的相应线位移,而后进行干涉测量，小角度干涉仪测角分辨率达到10-3角秒量级。 3.薄透明体的厚度及折射率的同时测量 在不放薄膜时调出白光干涉条纹，而后插入透明薄膜，在薄膜与光线垂直时调出白光干涉条纹后,记录此时动镜移动的距离，再将薄膜偏转α角（45°比较方便）,再调出白光干涉条纹，再记录动镜移动的距离。通过动镜这两次移动的距离和薄膜的偏转角，就可以同时计算出待测薄膜的厚度和折射率。 4.气体浓度的测量： 在迈克尔逊干涉仪的参考光路中，放入一个透明气体室，利用白炽灯做光源,在光程差为零的附近观察到对称的几条彩色条纹,中间的黑色条纹是等光程(Δ=0)精确位置。利用通入气体前后等光程位置的改变量，计算出气体的折射率，再利用气体的折射率与气体浓度的关系，计算出气体浓度。 4.引力波探测(超大型迈克尔逊干涉仪) 引力波存在是广义相对论最重要的预言，对爱因斯坦引力波的探测是近一个世纪以来最重大的基础探索项目之一。 2.光纤迈克尔逊干涉仪的应用： （1）．混凝土内部应变的测量 把组成光纤迈克尔逊干涉仪的一个臂预埋到混凝土中，当混凝土内部发生膨胀、收缩或变形时，光纤迈克尔逊的白光干涉条纹发生变化，这样可以混凝土内部的一维和二维很小的应变状态进行测量,可以及时了解材料内部应变信息以及内部应变状态分布。由于光纤传感器体积小,重量轻,柔软易于布置,可埋入性好,抗拉性好,耐腐蚀性强;不改变材料结构的受力状态;测量的成本低等特点。 （2）. 地震波加速度的测量 以全光纤迈克尔逊干涉仪为基础，研制出由地震敏感元件组成的单分量双光路加速度地震检

交流伺服系统的相关系统参数和指标

伺服系统的参数调整和性能指标试验1 伺服系统的参数调整理论基础 伺服系统包括三个反馈回路（位置回路、速度回路以及电流回路）。最内环回路的反应速度最快，中间环节的反应速度必须高于最外环。假使未遵守此原则，将会造成震动或反应不良。伺服驱动器的设计可确保电流回路具备良好的反应效能。用户只需调整位置回路与速度回路增益。 伺服系统方块图包括位置、速度以及电流回路，如图1所示。 图1 伺服系统方块图 一般而言，位置回路的反应不能高于速度回路的反应。因此，若要增加位置回路的增益，必须先增加速度回路增益。如果只增加位置回路的增益，震动将会造成速度指令及定位时间增加，而非减少。 如果位置回路反应比速度回路反应还快，由于速度回路反应较慢，位置回路输出的速度指令无法跟上位置回路。因此就无法达到平滑的线性加速或减速，而且，位置回路会继续累计偏差，增加速度指令。这样，电机速度会超过，位置回路会尝试减少速度指令输出量。但是，速度回路反应会变得很差，电机将赶不上速度指令。速度指令会如图2振动。要是发生这种情形，就必须减少位置回路增益或增加速度回路增益，以防速度指令振动。 图2 速度指令 位置回路增益不可超过机械系统的自然频率，否则会产生较大的振荡。例如，机械系统若是连接机器人，由于机器的机械构造采用减低波动的齿轮，而机械系统的自然频率为10~20Hz，因此其刚性很低。此时可将位置回路增益设定为10至20(1/s)。 如果机械构造系统是晶片安装机、IC黏合机或高精度工具机械，系统的自然频率为70Hz以上。因此，可将位置回路增益设定为70(1/s)或更高。 需要很快的反应时，不只是要确保采用的伺服系统（控制器、伺服驱动器、电机以及编码器）的反应，而且也必须确保机械系统具备高刚性。 1.1交流伺服系统相关参数的设定 速度回路增益主要用以决定速度回路的反应速度。在机械系统不震动的前提下，参数设定的值愈大，反应速度就会增加。如果负载惯量比设定的正确，速度回路增益的值就可以达到预想数值。 负载惯量比设定为以下的值。

主观题作业--Done

案例分析（一） D 公司是一家从事研制开发高精密仪器的高科技公司，拥有员工350名。公司最近雇用了一名刚刚获得MBA学位的贺小姐，她能力很强，业务基础扎实，行事果断，有开拓性，人际关系也好。她进入公司后很快就被提升为部门主管，这时她才干了三个月，而别人往往要干一年才能得到提升。在贺小姐任职的第三年初，由于出色的工作表现，她被任命为一个顶尖项目的开发负责人，这先锋工作非常重要，而且正面临着另一家公司的竞争。 新的任命刚公布两个月，D公司老板就意外地收到这个项目组中的5位专家的辞呈，他们都有可能去为竞争对手的公司服务。老总找他们谈话，了解到他们对贺小姐的工作没什么不满意，甚至认为她是最勤奋的人，但是他们不满意她居然比他们在公司干了七八年的人升迁得快多了。因此，他们要到其它公司去先是才干，与她一比高低。 讨论： 1、如果你是D公司老板，你怎么处理这件事？ 答: .老总应从以下几个方面着手：（1）加强和专家们的沟通，向他们说明贺小姐能得到提升，而他们7、8年都未能提升的原因，一方面获得专家们的谅解，另一方面引导并帮助他们为自己设计合适自己发展的职业生涯；（2）改进组织的激励系统，让每个重要岗位都有通过其努力的工作态度和良好的绩效获得满意的物质报酬和精神收获的希望 2、假如你是贺小姐，你该怎么办？ 答：贺小姐她应做的是：（1）加强和专家们的沟通，表现出对他们这些前辈的尊重，同时让他们认识到，自己和他们只是分工不同，自己的工作是为他们更多更好的技术创新服务。（2）帮助专家们设计自己的生涯规划，并尽量帮助他们实现这些规划 3、D公司的升迁制度有没有问题？ 答：D公司的升迁制度，其实上可以说是没有制度，基本是老板说了算的。这就是一个很大的问题，不能服人。

伺服系统介绍.doc

一、相关概念 伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。 在机器人中，伺服驱动器控制电机的运转。驱动器采用速度环，位置环，电流环三环闭环电路，内部还设有错误检出和保护电路。驱动器通过通信连接器，控制连接器，编码连接器跟外部输入信号和输出信号相连。通信连接器主要用于跟电脑或控制器通信。控制连接器用于跟伺服控制器联接，驱动器所需的输入信号、输出信号、控制信号和一些方式选择信号都通过该控制连接器传输，它是驱动器最为关键的连接器。编码连接器跟电机编码器连接，用于接收编码器闭环反馈信号，即速度反馈和换向信号。 伺服电机主要用于驱动机器人的关节。关节越多，机器人的柔性和精准度越高，所需要使用的伺服电机的数量就越多。机器人对伺服电机的要求非常高，必须满足快速响应、高起动转矩、动转矩惯量比大、调速范围宽，要适应机器人的形体做到体积小、重量轻，还必须经受频繁的正反向和加减速运行等苛刻的条件，做到高可靠性和稳定性。伺服电机分为直流、交流和步进，工业机器人用的较多的是交流。 机器人用伺服电机

二、伺服系统的技术现状 2.1视觉伺服系统 随着机器人技术的迅猛发展,机器人承担的任务更加复杂多样,传统的检测手段往往面临着检测范围的局限性和检测手段的单一性.视觉伺服控制利用视觉信息作为反馈，对环境进行非接触式的测量,具有更大的信息量，提高了机器人系统的灵活性和精确性,在机器人控制中具有不可替代的作用。 视觉系统由图像获取和视觉处理两部分组成,图像的获取是利用相机模型将三维空间投影到二维图像空间的过程,而视觉处理则是利用获取的图像信息得到视觉反馈的过程。基本的相机模型主要包括针孔模型和球面投影模型,统一化模型是对球面模型的推广,将各种相机的图像映射到归一化的球面上。视觉伺服中的视觉反馈主要有基于位置、图像特征和多视图几何的方法。 其中,基于位置的方法将视觉系统动态隐含在了目标识别和定位中，从而简化了控制器的设计，但是一般需要已知目标物体的模型，且对图像噪声和相机标定误差较为敏感。基于图像特征的视觉反馈构造方法，其中基于特征点的方法在以往的视觉伺服中应用较为广泛，研究较为成熟，但是容易受到图像噪声和物体遮挡的影响，并且现有的特征提取方法在发生尺度和旋转变化时的重复性和精度都不是太好，在实际应用中存在较大的问题。因此，学者们提出了基于全局图像特征的视觉反馈方法，利用更多的图像信息对任务进行描述，从而增强视觉系统的鲁棒性，但是模型较为复杂，控制器的设计较为困难，且可能陷入局部极小点。目前针对这一类系统的控制器设计的研究还比较少,一般利用局部线性化模型进行控制,只能保证局部的稳定性。多视图几何描述了物体多幅图像之间的关系，间接反映了相机之间的几何关系。相比于基于图像特征的方法，多视图几何与笛卡尔空间的关系较为直接，简化了控制器的设计。常用的多视图几何包括单应性、对极几何以及三焦张量。 2.2伺服系统控制技术 现代的机器人伺服系统多采用交流伺服驱动系统，而且正在逐渐向数字化方向转变。数字控制技术已经五孔不入，如信号处理技术中的数字滤波、数字控制器，把功能更加强大的控制器芯片已经各种智能处理模块应用到工业机器人交流伺服系统中，可以实现更好的控制性能。 最近几十年，由于微电子技术的进步，各种方便用户开发的微控制器与数字信号处理器件大量涌现市场，为各种先进的智能控制算法在控制系统中的应用提供了可能。如今，各种新型的伺服控制策略大量涌现，大有与传统控制策略一较高低的趋势下面简单介绍几种： 1）矢量控制矢量控制技术的提出，为交流伺服驱动系统的快速进步提供了理论支持。矢量控制技术的主要原理为：以转子旋转磁场作为参考系，将电动机定子矢量电流经过两次坐标变换分解为直轴电流和交轴电流分量，且使两电流分量相互正交，同时对交直轴电流分量的

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

《机电一体化系统》形成性作业及答案

一、填空题 1．机电一体化包括六大共性关键技术：精密机械技术、 、 、信息处理技术、自动控制技术和 。 2．机电一体化的产生与迅速发展的根本原因在于社会的发展和科技的进步。系统工程、控制论和信息论是机电一体化的 基础，也是机电一体化技术的 。微电子技术的发展，半导体大规模集成电路制造技术的进步，则为机电一体化技术奠定了 基础。机电一体化技术的发展有一个从 状况向 方向发展的过程。 3．一个较完善的机电一体化系统应包括以下几个基本要素：机械本体、 、 、执行部分、控制及信息处理部分和接口。 4．机电一体化系统对动力部分的要求是用尽可能 的动力输入获得尽可能 的功能输出。 5．根据机电一体化系统匹配性要求，要求执行部分的刚性 、重量 、实现组件化、标准化和系列化，提高系统整体 。 6．机电一体化系统一方面要求驱动的高 和快速 ，同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的 和 。 7．自动控制技术的目的在于实现机电一体化系统的目标 。 8．伺服传动技术就是在 的指挥下，控制驱动元件，使机械的运动部件按照指令要求运动，并具有良好的 。 9．拟定机电一体化系统设计方案的方法可归结为 、 和 。 10．机电一体化系统对机械传动部件的摩擦特性的要求为：静摩擦力尽可能 ，动摩擦力应尽为可能小的 斜率，若为 斜率则易产生爬行，降低精度，减少寿命。 11．运动中的机械部件易产生振动，其振幅取决于系统的阻尼和固有频率，系统的阻尼越 ，最大振幅越 ，其衰减越快。 机电一体化系统 作 业1

12．在系统设计时考虑阻尼对伺服系统的影响，一般取阻尼比ξ在到之间的欠阻尼系统，这样既能保证振荡在一定的范围内，过渡过程较平稳，过渡时间较短，又具有较高的灵敏度。 13．间隙将使机械传动系统产生，影响伺服系统中位置环的。 14．在伺服系统中，通常采用原则选择总传动比，以提高伺服系统的。二、选择题 1．机电一体化系统的基本功能要素之一：接口的基本功能是（） A．交换B．放大C．传递D．以上三者 2．机电一体化系统的核心是（） A．动力部分B．执行机构C．控制器D．接口 3．机电一体化系统中，根据控制信息和指令完成所要求的动作这一功能的是（）。 A．机械本体B．动力部分 C．控制器D．执行机构 4．在设计齿轮传动装置时，对于转动精度要求高的降速齿轮传动链，可按什么原则进行设计（）。 A．输出轴转角误差最小B．等效转动惯量最小C．质量最小D．质量最大 5．对于要求质量尽可能小的降速传动链，可按什么原则进行设计（） A．输出轴转角误差最小B．等效转动惯量最小 C．重量最轻D．重量最大 三、名词解释 系统总体技术—— 四、简述题 1．简述机电一体化技术方向。

伺服电机综述

伺服电机综述 luqingsong@https://www.wendangku.net/doc/486903256.html, 摘要：文章对伺服电机及其工作原理进行了简要介绍，并介绍了伺服控制系统同时分析了国内外伺服电机的研究现状。 关键词：伺服电机伺服系统研究现状 1伺服电机简介 伺服电机（servo motor）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。[1] 2伺服电机工作原理 伺服电机在控制系统的控制下，实现相应的动作，其相应的命令就是输入的电压信号，一般由单片机提供，有几伏电压到几千伏电压驱动的伺服电机，伺服电机通过接受到的电压信号，识别信号的占空比，从而实现伺服电机的转速的输出控制，伺服电机把输入的电压信号转换为伺服电机的转矩，其占空比比较大，时间常数相应比较小，能够快速的响应，其归根结底则是根据输入的信号电平转化为伺服电机电机轴的角位移或者角速度输出，达到信号旋转驱动后面负载的元器件的功能，其作为一个动力驱动源，应用很广泛。 伺服电机一般度较小，现今使用的多为交流伺服电机，交流伺服电机有着优良的特性，体积小，执行相应时间小，其功率值的调动范围很大，相对于交流伺服电机而言直流伺服电机体积比较大，其执行的精度虽高，但在成本和实用下，性能比远远低于交流伺服电机。现如今，工业企业等大小的实验，均采用的是交流伺服电机，交流伺服电机分为同步交流伺服电机和异步交流伺服电机。交流伺服电机采用的是单片机输入的ＰＷＭ脉宽数，执行相应的反应动作，交流伺服电机通过接收到的ＰＷＭ脉宽数，执行电机的主轴输出轴的转速的控制。

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

涡轮蜗杆配合基本常识

（一）涡轮蜗杆配合条件： A)蜗杆轴向（法向）模数=涡轮的端面模数； B)轴向压力角=端面压力角； C）蜗杆分度圆导程角=涡轮分度圆螺旋角； （二）自锁条件： 当蜗杆的螺旋升角小与啮合面的当量摩擦角时，可实现自锁功能； 一般自锁时：螺旋角（导程角）约小于等于4°，详细见下列： 摩擦系数：0.06 自锁角度＜3°29′11″ 0.07 自锁角度＜4°03′57″ 0.08 自锁角度＜4°38′39″ （三）螺旋角应用： 齿轮螺旋角一般（8—25）°，高速轻载采用较大螺旋角（导程大），低速重载采用较小的螺旋角（导程小）； A）：低速重载： a)：较涡轮蜗杆属易磨件，所以蜗杆耐磨性需大于涡轮，一般材料选择15Cr、 20Cr、20CrMnTi等；碳、氮共渗处理；渗透厚度≥0.3mm；表面硬度：HRC45 —55； b)涡轮材质选择其耐磨性较涡轮差些，一般选用特殊配置的耐磨性镍青铜、锡 青铜等； 1、 ZCuSn10P1（滑动速度可 25m/s）； 2、ZCuSn5Pb5Zn5（滑动速度<12m/s）； 3、铝青铜（滑动速度<4m/s），如 ZCuAl10Fe3,其减磨性和抗胶合性比锡青铜差， 但强度高，价格便宜； 4、灰铸铁（HT150、HT200）（滑动速度<2m/s），低速轻载传动中 （四）齿轮变位系数： 正变位：刀具远离齿中心的距离； 负变位：刀具靠近齿中心的距离。 （五）齿轮重合度： 1、重合度：齿合线长度/基圆齿距 2、重合度越大，运行越顺畅，一般设计时需重合度≥1.3； （六）齿轮修缘：（可不进行修缘） 1、直齿重合度ε≤1.089、斜齿轮重合度ε≤1.0时； 2、螺旋角β＞17.45°时。 3、

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 =。