中国石油大学（北京）机电系统课程设计报告
目录
摘要 (3)
第1章设计目的及需要完成的指标 (4)
1.1 设计目的 (4)
1.2 需要完成的指标 (4)
第2章整体思路 (5)
第3章设计依据 (6)
3.1 电机驱动使能及驱动 (6)
3.1.1 运动控制卡的初始化 (6)
3.1.2 对专用输入信号参数进行设置 (6)
3.1.3 运动控制轴的初始化 (6)
3.2 单轴运动 (6)
3.3 多轴运动 (8)
第4章各部分功能的实现 (9)
4.1 初始化及ＸＹ轴的回零 (9)
4.1.1 卡和轴的初始化 (9)
4.1.2 XY轴的回零 (9)
4.2 点动控制 (11)
4.2.1 点动控制操作界面 (11)
4.2.2 点动控制功能的实现 (11)
4.3 直线插补 (12)
4.3.1 直线插补基本算法 (12)
4.3.2 直线插补程序框图 (13)
4.3.3 直线插补功能实现 (13)
4.3.3 运行效果 (14)
4.4 圆弧插补 (14)
4.4.1 圆弧插补的基本算法 (14)
4.4.2 圆弧插补流程图 (16)
4.4.3 圆弧插补功能的实现 (17)
4.4.4 运行效果 (17)
4.5 椭圆插补 (17)
4.5.1 椭圆插补的基本算法 (17)
4.5.2椭圆插补流程图 (18)
目录
4.5.3 椭圆插补功能的实现 (19)
4.5.4 运行效果 (19)
4.6 图形绘制 (20)
4.6.1 图像二值化 (20)
4.6.2 轮廓提取 (21)
4.6.3 数据处理及图形加工 (21)
4.6.4 运行效果 (21)
第5章遇到的问题及解决办法 (23)
5.1 程序语言的选择 (23)
5.2 圆弧插补失真 (23)
5.3 低灰度图片二值化失败问题 (23)
5.4 图形绘制问题 (23)
第6章附加功能 (25)
6.1 超界判断 (25)
6.2 二值化图片信息显示 (25)
6.3 阈值和比例 (25)
第7章个人总结 (26)
附录1 课程设计日志 (27)
附录2 绘图效果 (27)
中国石油大学（北京）机电系统课程设计报告
摘要
本次机电系统综合设计要求通过计算机高级编程语言实现对伺服电机的运动控制来进行控制，以达到对机电一体化知识的巩固提高及综合运用。
本报告详细讲述了阐述了GT系统运动控制器的控制原理，数控技术中逐点比较法的直线插补、圆弧插补、椭圆插补等原理，图像二值化原理，图形轮廓提取四邻域法原理，以及这些原理在本次机电系统综合设计中的具体应用。本小组借助VB语言进行编程，通过设计工作界面，编写程序，借助GT系统运动控制器对电动机进行控制，实现其相应的功能。
详细介绍了本小组制作伺服电机控制系统的界面和原理，让读者能够在一定程度上了解数控技术，使实验操作者能够更直观的了解图像处理技术以及其它方面的相关内容。
关键字：GT系统运动控制器；插补；二值化；轮廓提取
第1章设计目的及需要完成的指标
第1章设计目的及需要完成的指标
1.1 设计目的
本次机电系统综合设计要求以GT系列运动控制器为核心，以计算机语言（VB、VC等）为控制手段，通过计算机与运动控制器相互通信，对其进行运动的初始化，运动过程的控制来实现运动控制器两轴和笔架的运动，根据数控技术的差不算法绘制简单的几何图形如：直线，圆，椭圆等，以及绘制通过计算机程序图形识别、轮廓识别处理后的图形。
1.2 需要完成的指标
利用GT系列运动控制器和GXY系列运动平台，在windows下用VB 语言实现平面XY的数字加工控制。基本要求如下：
1、编写GT系列运动控制器和GXY系列运动平台的初始化程序，通
过初始化程序可实现系统的复位；
2、编写回零程序，实现ＸＹ轴的回零操作。
３、编写平面X、Y的驱动程序以控制X、Y方向的运动；
４、编写插补算法以实现平面四象限的直线，顺、逆圆，顺、逆椭圆，以及圆弧和椭圆弧简单的几何图形绘制；
５、编写控制程序以实现任意图象的轮廓提取，并对提取的轮廓数据进行处理，将轮廓数据转化为对两维伺服数据控制机床的驱动代码，利用伺服驱动函数库实现在该设备上的轮廓加工。
６、实现以上加工图形的绘制时必须在图形绘制中实现抬笔落笔的控制和超界判断。
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第2章整体思路
本次机电系统综合设计，通过计算机高级语言VB实现对运动控制器运动参数，运动方式的控制。GT运动控制器提供了DOS下的运动函数库和Windows下的运动函数动态连接库，本小组使用的是Windows下的运动函数动态连接库，只要调用运动函数库中的函数，就可以实现运动控制器的各种功能。在Windows系统下使用VB中函数库，只需将设备提供的GTDeclarPCI.bas以模块的形式添加方到用户工程中，GT运动控制器提供的Windows下的运动函数动态连接库就可以直接调用。
各主要功能的实现：通过ＶＢ编程，依据程序语言对运动器进行控制，运动器对电机进行控制，实现ＸＹ轴的联动，最终实现图形的绘制。其中最主要的是对插补程序的构思和编写。
第3章设计依据
第3章设计依据
按照本次机电系统综合设计的要求，本小组利用VB6.0的可视化编程，实
现对运动控制器的控制，使运动控制按照VB程序进行单轴运动、多轴协调运动、简单几何图形插补运算绘制、复杂图形绘制等等。
3.1 电机驱动使能及驱动
在实现GT运动控制器的运动之前，需对其运动控制卡、运动控制轴、运
动控制器、专用输入信号参数设置进行初始化，初始化之后才可以实现运动控
制器简单的单轴运动，多轴协动。
3.1.1 运动控制卡的初始化
在运动控制器初始化中需先打开运动控制器设备，复位运动控制器，设置控制周期并对每一轴进行中断屏蔽。GT运动控制器库函数中提供的运动控制器初始化函数中GT_Open()用于打开运动控制器设备，GT_Reset()用于复位运动控制器，GT_SetSmplTm()用于设置控制周期，rtn=GT_SetIntrMsk()屏蔽轴中断。其中，运动控制器以特定的控制周期刷新控制输出，单位是微秒。运动控制器再控制周期内要完成必要的计算，控制周期不能太小，因此设定的范围为48—1966.08微秒。运动控制器默认的控制周期为200微秒，一般不应小于这个值。在本次设计中，始终采用200毫秒的控制周期。
3.1.2 对专用输入信号参数进行设置
对专用输入信号参数进行设置即设置限位开关有效电平。运动控制器通过两个（正向、负向）限位开关自动地设定控制轴的运动范围。一旦限位开关被触发，运动控制器自动地禁止控制轴朝越限的方向运动。运动控制器默认的限位开关为常闭开关。即正常工作时，限位开关信号为低电平；限位开关触发时，限位开
为高电平。在此用到了函数库中的GT_LmtSns(LmtSense)来对限位开关有效电
平进行设置。
3.1.3 运动控制轴的初始化
对运动控制轴的初始化则需要用GT_ClrSts()函数清除当前轴不正确状态，
用GT_StepPulse()函数设置输出正负脉冲信号，用GT_AxisOn()函数开启当前
轴的驱动使能
3.2 单轴运动
在运动的初始化完成以后，便可以通过调用库函数的单轴运动命令来实现
运控器的单轴运动。
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运控器针对单轴运动提供了四种运控模式：S-曲线模式、梯形曲线模式、速度控制模式、电子齿轮模式。在本次课程设计中会使用S-曲线模式和梯形曲线模式。
梯形曲线模式的速度曲线如图所示：
图3.1、S-曲线模式的速度、加速度，加加速度曲线
用GT_PrflS()函数设置当前轴的运动模式为S-曲线模式，其它必需函数以及函数功能如下：
GT_SetJerk()设置当前轴的加加速度
GT_SetMAcc()设置当前轴的最大加速度
GT_SetVel()设置当前轴的目标速度
GT_SetPos()设置当前轴的目标位置
编程中，调用库函数中GT_PrflT()函数可以实现梯形曲线运动模式，另外需进行相应的参数设置：
GT_SetAcc()设置当前轴的加速度
GT_SetVel()设置当前轴的最大速度
GT_SetPos()设置当前轴的目标位置
这里，加速度的单位是Pulse/ST ,速度单位是Pulse/ST，目标位置单位是Pulse，Pulse是脉冲数。其换算关系为：平台向前运动10000Pulse相当于运动4mm。在对单轴的这些运动模式设置好后，使用GT-Update（）对参数进行刷新后便可使单轴按照所定参数进行运动了。
第3章 设计依据
3.3 多轴运动
运动控制器可以实现两种轨迹的双轴协调运动：直线插补、圆弧插补。在双轴协动之前，需对坐标进行映射，以实现坐标系与轴的对应，实现轴的坐标化。 通过调用 GT_MapAxis() 命令可以将在坐标系内描述的运动通过映射关系映射到相应的轴上。从而建立各轴的运动和要求的运动轨迹之间的运动学传递关系。运动控制器根据坐标映射关系，控制各轴运动，实现要求的运动轨迹。调用 GT_MapAxis() 命令时，所映射的各轴必须处于静止状态。这种映射关系能够简 单地描述成下面的计算公式：
Axis _ N = Cx × x + Cy × y + Cz × z + Ca × a + C （3.1） 合成速度：2
222A z y x V V V V V +++= （3.2） 合成加速度：2222A z y x Acc Acc Acc Acc Acc +++= （3.3）
在 GT 运动控制函数库中可以通过调用 GT_SetSynVel(double Vel)来设置轨迹段的合成运动速度，调用 GT_SetSynAcc(double Accel)来设置坐标系运动中轨迹段的合成加速度。双轴映射和运动参数的设置是双轴联动的基础。GT 运动控制器提供了两种多轴联动的方式即多维直线插补运动和多平面圆弧插补运动。本次课程设计的共同运动控制器限于两轴，因而直线插补仅为两维直线插补，圆弧插补仅为 XY 平面圆弧插补。
调用函数库中 GT_LnXY()可以实现两维直线插补（以终点为输入参数），调用 GT_ArcXY()可以实现 XY 平面圆弧插补（以圆心位置和角度为输入参数），调用 GT_ArcXYP()可以实现 XY 平面圆弧插补（以终点位置和半径为输入参数），这样便可实现双轴联动下直线和圆弧的绘制。
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第4章各部分功能的实现
4.1 初始化及ＸＹ轴的回零
4.1.1 卡和轴的初始化
卡的初始化：在VB中需编入运动控制器初始化函数，首先通过GT_open（）打开运动控制器设备，然后对运动控制器进行复位，其功能通过GT_Reset()实现。在初始化中需屏蔽每一轴的中断，这里我们组用的是for循环。循环语句中我们用的是GT_Axis(i),i的取值分别是1和2，即分别用来控制XY两轴。用GT_SetIntrMsk(0)来实现屏蔽中断。这里对GT_SetIntrMsk()进行简要的说明，当中断屏蔽字中的某一位设置为“1”时，允许该位表示的中断事件向主机申请中断，如果设置为“0”时，不允许该位表示的中断事件向主机申请中断。
轴的初始化：运动控制器可以同时控制四个控制轴，这里我们只需要控制机器中的两个轴和一个起落笔的动作。为了提高主机与运动控制器的通讯效率，运动控制器采用控制器寻址的策略。
设置当前轴：用户程序调用的单轴命令，都是作用于当前轴的。运动控制器默认的当前轴为第一轴。要想对其他轴发送命令，首先要调用设置当前轴命令：short GT_Axis(unsigned short num) 。GT_Axis（），将参数指定轴设置为当前轴。此后调用的单轴命令都是针对当前轴，直到再次调用该函数将当前轴设置为另一个轴。
设置输出“脉冲+方向”：默认情况下，控制器输出“脉冲+方向”信号。用户可以调用函数GT_StepPulse设置控制器输出“正负脉冲”信号；调用函数GT_StepDir设置控制器输出的“脉冲+方向”信号。
设置开环和闭环控制：调用GT_CloseLp（）命令当前轴工作在闭环方式，这种方式能够实现准确的位置控制。SV运动控制器的默认控制方式为闭环控制。调用GT_OpenLp()命令，当前轴工作方式为开环。这种方式主要用于只需转矩控制的运动或标定驱动器，运动控制器无法实现准确的位置控制。由于本课程设计要求绘制圆弧、图形轮廓等较为精准的加工，所以此处我们组在设置开环闭环的方式上均为闭环控制。
设置其他参数：调用GT_SetKp()设置比例增益，调用GT_SetKi()设置积分增益等（详见源程序）。调用GT_ClsSts()用来清除当前轴的不正确信息。
4.1.2 XY轴的回零
XY的回零的主要思路：通过寻址的方法，检测正负限位的地址，在是当前轴运动到其中点位置，以实现其回零操作。
其设计流程图如下所示：
第4章各部分功能的实现
图4.1、XY轴回零流程图
程序的控制：定义变量rtn,对rtn进行赋值，设置当前为轴并开启轴。其功能实现分别通过调用GT_Axis()和GT_AxisOn()实现。调用函数GT_GetAtlPos(XPosLimPos) 将检测到的正限位所返回的值返回到GT_GetAltPos()中，这样便获得了正限位的实际位置。对负限位位置的获取类似，调用函数GT_GetAtlPos(XNegLimPos)，将检测到的负限位所返回的值返回到GT_GetAltPos()中，这样便获得了负限位的实际位置。获得两限位位置后，定义一个变量，将正负限位的中点位置复制给该变量，此处我们定义的变量是XZeroPos，对其赋值XZeroPos = (XNegLimPos + XPosLimPos) / 2。最后轴通过调用函数GT_SetPos()，将函数变量定义为XZeroPos，这样便可实现回零操作。
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4.2 点动控制
4.2.1 点动控制操作界面
图4.2、点动控制操作界面
4.2.2 点动控制功能的实现
这里，我们主要通过调用函数GT_SetVel(Val(Combo2.Text))和
GT_SetPos(2000 * Val(Combo1.Text))，其中GT_SetVel()是用来设置当前轴的速度，即当我们需要X轴正向点动时，先将当前轴设置为1轴（当前轴的设置前面已经阐述，这里不再说明），则在该程序下设置该轴的速度。GT_SetPos()是用来设置该轴运动的位置，该函数的变量为脉冲，通过实验测试，我们大概计算出的结果为2000~2500个脉冲为1mm的距离，这里我们直接在程序中将选择的变量乘以2000，这样我们在运行时选择的点动增量直接换算为mm。当X轴需要负向运动时，基本程序与正向运动基本一致，只需在设置运动位置时将变量设置为负值，即GT_SetPos(-2000 * Val(Combo1.Text))。
Y轴的设置与X轴一致，这里便不再重复赘述。
VB程序说明：程序里，函数Val()是直接取出空间中的值，这样在程序中就不需再定义多余变量。窗体中本小组组使用了两个list控件，其属性值设置为2，即为list只能选择已设置的点动增量（这里本小组设置了5 、10、15等几个梯度）和点动速度（1、2、5）。
第4章 各部分功能的实现
4.3 直线插补
4.3.1 直线插补基本算法
进行插补的方法有很多种，包括逐点比较法，数值积分法，时间分割法，样 条插值法。设计中用到的方法是逐点比较法。逐点比较法，即每一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，视该点在给定轨迹的上方或下方（直线插补），或在给定轨迹的里面或外面（圆弧插补），从而决定下一步的进给方向，使之趋近给定轨迹。如此走一步比较一次，决定下一步走向，以便逼近给定的轨迹。
偏差计算公式：以第一象限为例，取直线起点为坐标远点，如图 2—3 所示， m 为动点，有下面关系： Ye
Xe Ym Xm =
图4.3、直线插补图示
取 e m e m m Y X X Y F -= 作为偏差判别式，若 F m =0，表明 m 点在 OA 直线上，若 m F ＞0，表明 m 点在 OA 直线上方的 m ' 处，若 F m ＜0，表明 m 点在 OA 直线下方的 m " 处。从坐标原点出发，当 m F ≥0 时，沿+X 方向走一步，当 m F ＜0 时，沿+Y 方向走一步，当两方向所走的步数与终点坐标（X e ,Y e ）相等时，停止插补。
当m F ≥0 时，沿+X 方向走一步，则 X m +1 = X m +1,Y m +1 =Y m
新的偏差为： F m +1 = F m －Y e （4.1） 当m F ＜0 时，沿+Y 方向走一步，则 X m +1 = X m ,Y m +1 =Y m +1
新的偏差为： F m +1 = F m ＋Y e （4.2） 其它三个象限的计算方法，可以用相同的原理获得。其插补方法可用下表表示：
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图4.4、直线插补原理
4.3.2 直线插补程序框图
其插补的程序流程图如下图所示：
图4.5、直线插补流程图
4.3.3 直线插补功能实现
这里我们主要是通过定义Tmotion（）函数来实现XY轴的联动。这里对Tmotion（）函数作个简单的说明。我们编辑的Tmotion(axis As Integer, position As Double)定义了两个变量，分别为轴和运行位置。在函数中，需要调用某轴时都用axis代替，位置用position代替，这样使得当调用函数时可以直接调用，如Tmotion（1,2000）则表示轴1（X轴）正方向走到2000个脉冲的位置。
所以，根据插补算法，我们在判别需要Ｘ或Ｙ轴运动时，在下面调用的Tmotion（）写入相应的变量即可。例如，当判别Fm≥0时，需要X轴正向走一
第4章各部分功能的实现
步，则调用Tmotion（1，250 * i + 2500 * Xs）。这里对后面位置的代数式进行说明：Xs是我们输入的起点的横坐标即，轴先运动到起点，初始位置为2500*Xs，i为每次判别所累加的变量，即总共的运动步数，由于定义的位置并非每次的运动量，所以位置为绝对的位置，即相对零点的位置。由于每次判别均走一步，如此循环，所以250*i大约为每次大约运动0.1mm的距离。
X轴负向运动即Y轴运动的实现与上面所述过程基本一致。
4.3.3 运行效果
图4.6、直线插补界面
输入起点终点坐标，点击生成轨迹，即可开始直线绘制。绘图效果见附页二.
4.4 圆弧插补
4.4.1 圆弧插补的基本算法
与直线插补的方法类似，圆弧插补也是使用的逐点比较法，以第一象的限逆圆插补为例，如下图所示：
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图4.7、圆弧插补图示
圆弧圆心在坐标原点，A 为起点，B 为终点。半径为 R ，假设运动瞬时点为m ，它到圆心的距离是 Rm ，以 Rm 和 R 的平方差作为偏差，则偏差判别式为：
22222R Y X R R F m m m m -+=-= （4.3）
若 F m =0，则表明 m 点在圆弧上，
若 F m ﹥0，则表明 m 点在圆弧外，
若 F m ﹤0，则表明 m 点在圆弧内。
当 F m ≥0时，沿 -X 方向进给一步，
其新的偏差：
F m +1 = F m -2 X m +1 （4.4）
当 F m ﹤0 时，沿+Y 方向进给一步，
其新的偏差：
F m +1 = F m +2Y m +1 （4.5）
以上为第一象限的插补方法。其四个象限的插补方法概括如下表所示：
第4章各部分功能的实现
图4.8、圆弧插补原理
4.4.2 圆弧插补流程图
其插补流程图如下图所示：
图4.9、圆弧插补流程图
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4.4.3 圆弧插补功能的实现
在模块里编辑了Circleshun（）和Circleni()两个函数，分别用来加工顺弧和逆弧。在函数中，定义了函数起点坐标、圆心坐标、以及圆弧角度的变量。借此可以计算出起始角、半径等参数。与直线插补类似，在圆弧插补中，当判别函数需要X轴正向走一步时，调用Tmotion（）函数，在Ｘ轴方向上走一步。Y 轴类似。
圆弧角度的说明：定义累加变量i、j,X轴每走一步变量i累加一次，Y轴每走一步变量j累加一次。加工循环判断语句：定义变量step，step = (i + j) * (180 / 3.1415926) * 0.77 / (r * 10)，这里便将圆弧加工走过的角度通过几何代数关系换算出来了。判断语句step <= Val(Form5.Text5.Text)，当满足条件时，循环停止，即可完成某一角度圆弧的加工。
4.4.4 运行效果
圆弧运行界面：
图4.10、圆弧插补界面
输入圆心、起点坐标、角度，选择顺弧或逆弧绘制，点击生成轨迹即可加工各种角度的弧线。其效果见附页二.
4.5 椭圆插补
4.5.1 椭圆插补的基本算法
圆弧为椭圆的特殊形式，椭圆插补的原理和圆弧插补的原理是相同的，这里用逐点比较法进行插补，椭圆圆弧插补中，一般以椭圆中心为原点，给出圆弧起点坐标( X 0 > Y 0 )和终点坐标〔X e ,Y e〕长轴a，短轴b，以及加工顺圆及椭圆
第4章 各部分功能的实现
圆弧所在象限。如图 2—4 所示，设弧 AB 为所要加工的第一象限逆圆，A(X 0 , Y 0 )为圆弧起点，B 〔X e ,Y e 〕为圆弧终点。
图4.11、椭圆弧插补图示
若 P i 点在圆弧上则下式成立：
0)()(2
022022222=+-+y a x b y a x b i i （4.6）
选择偏差函数：)()(2022022222y a x b y a x b F i i i +-+= （4.7） 根据动点所在区域的不同，有下列三种情况:
F i >0，动点在圆弧外; F i =0，动点在圆弧上; F i < 0，动点在圆弧内。把F i >0和F i =0合在一起考虑，按如下原则，就可以实现第一象限逆圆的圆弧插补:当F i ≥0时，向－X 进给一步;当F i <0时，向+Y 进给一步。每走一步后，计算一次偏差函数F ，以其符号作为下一步进给方向的判别标准，同时进行一次终点判别。 以第一象限逆园为例可以得到椭圆插补偏差递推公式。
当F i ≥0时，沿－X 方向进给一步，其新的偏差F i +1 = F i -2b 2 x i + b 2 （4.8） 当F i ﹤0时，沿+Y 方向进给一步，其新的偏差F i +1 = F i +2a 2 x i + a 2 （4.9） 其他象限和圆弧插补的进给方向相同，只是偏差判别的公式有点不同。在程序编写中用了最广泛适于各个象限的偏差计算公式。
4.5.2椭圆插补流程图
其流程图如下图所示：
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图4.12、椭圆插补流程图
4.5.3 椭圆插补功能的实现
椭圆插补与圆弧插补基本类似，两者的区别主要在于判别函数的差别，椭圆有长短半轴。所以此处，我们定义了tuoyuanshun()和tuoyuanni()两个函数用来绘制顺弧和逆弧。定义的变量有圆心坐标、长半轴、短半轴。
在定义的函数中，对新的判别函数进行判别，当判别函数大于等于0时，X 负方向走一步，调用Tmotion（）函数实现。Y轴类似，圆弧角度的判别与圆弧角度的判别一致。
4.5.4 运行效果
椭圆绘制界面:
第4章各部分功能的实现
图4.13、椭圆插补界面
输入圆心、长轴、短轴、角度等，选择顺弧或逆弧，点击生成轨迹按
控件，即可加工各种角度的椭圆弧。其运行效果见附图2.
4.6 图形绘制
4.6.1 图像二值化
图形轮廓提取是要从黑白的图片中提取出运动控制器的运动轨迹,是可以脱离控制器单单由程序实现的过程。在进行图形轮廓提取之前得先对图形进行二值化处理，使彩色的图片变成仅有黑白两种颜色的图片，这里需要通过编写程序来实现。
在对彩色图像的处理中，首先要对彩色位图颜色值进行分解。像素的颜色值（用Col表示）是一个长整形的数值，使用四个字节，最上位的字节为零，其他三个个下位字节依次为B、G、R，值为0-255。从Col值分解出R、G、B使用AND运算符，得出
R=COLAND&Hff
G= (COLAND&Hff00)/256
B=(COLAND&Hff00)/(256*256)
分别是红，绿，蓝三种颜色值。此后，运用三种颜色值，计算出灰度值，其算法为rr=gg=bb=(R+G+B)/3，使彩色图像生成灰度图象。以方便后续的二值化处理。
使灰度图象二值化的方法很多，这里采取了一种比较简单的二值化方法。设定了一个颜色分界点的值，在提取每个像素点颜色值之后使其同这个值进行比较，大于这个值则认为这个点是白色的，并将白色值255赋给它，反之，认为它是黑色的，同样把黑色值0赋给它。这样灰度图象便变成了黑白的二值图像。
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
伺服电机控制跟变频器控制原理上的区别 伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。变频是伺服控制的一个必须的内部环节，伺服驱动器中同样存在变频（要进行无级调速）。但伺服将电流环速度环或者位置环都闭合进行控制，这是很大的区别。除此外，伺服电机的构造与普通电机是有区别的，要满足快速响应和准确定位。现在市面上流通的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服，但这种电机受工艺限制，很难做到很大的功率，十几KW以上的同步伺服价格及其昂贵，这样在现场应用允许的情况下多采用交流异步伺服，这时很多驱动器就是高端变频器，带编码器反馈闭环控制。所谓伺服就是要满足准确、精确、快速定位，只要满足就不存在伺服变频之争。 两者的共同点： 交流伺服的技术本身就是借鉴并应用了变频的技术，在直流电机的伺服控制的基础上通过变频的PWM方式模仿直流电机的控制方式来实现的，也就是说交流伺服电机必然有变频的这一环节：变频就是将工频的50、60HZ的交流电先整流成直流电，然后通过可控制门极的各类晶体管（IGBT，IGCT等）通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的波形类似于正余弦的脉动电，由于频率可调，所以交流电机的速度就可调了（n=60f/p ，n转速，f频率，p 极对数） 二、谈谈变频器： 简单的变频器只能调节交流电机的速度，这时可以开环也可以闭环要视控制方式和变频器而定，这就是传统意义上的V/F控制方式。现在很多的变频已经通过数学模型的建立，将交流电机的定子磁场UVW3相转化为可以控制电机转速和转矩的两个电流的分量，现在大多数能进行力矩控制的著名品牌的变频器都是采用这样方式控制力矩，UVW每相的输出要加霍尔效应的电流检测装置，采样反馈后构成闭环负反馈的电流环的PID调节；ABB的变频又提出和这样方式不同的直接转矩控制技术，具体请查阅有关资料。这样可以既控制电机的速度也可控制电机的力矩，而且速度的控制精度优于v/f控制，编码器反馈也可加可不加，加的时候控制精度和响应特性要好很多。 三、谈谈伺服： 驱动器方面：伺服驱动器在发展了变频技术的前提下，在驱动器内部的电流环，速度环和位置环（变频器没有该环）都进行了比一般变频更精确的控制技术和算法运算，在功能上也比传统的变频强大很多，主要的一点可以进行精确的位置控制。通过上位控制器发送的脉冲序列来控制速度和位置（当然也有些伺服内部集成了控制单元或通过总线通讯的方式直接将位置和速度等参数设定在驱动器里），驱动器内部的算法和更快更精确的计算以及性能更优良的电子器件使之更优越于变频器。 电机方面：伺服电机的材料、结构和加工工艺要远远高于变频器驱动的交流电机（一般交流电机或恒力矩、恒功率等各类变频电机），也就是说当驱动器输出电流、电压、频率变化很快的电源时，伺服电机就能根据电源变化产生响应的动作变化，响应特性和抗过载能力远远高于变频器驱动的交流电机，电机方面的严重差异也是两者性能不同的根本。就是说不是变
交流伺服电机与运动控制卡的接口实验 一、实验目的 1.认知富士交流伺服电机及驱动器的硬件接口电路 2.认知MPC2810运动控制卡的硬件接口 3.掌握驱动器与MPC2810运动控制卡的硬件连接 二、实验器材 MPC2810运动控制卡、富士交流伺服电机及驱动器，数控实验台II,若干导线，万用表 三、实验内容及步骤 有关富士交流伺服电机及驱动器的详细信息参见《富士AC 伺服系统FALDIC-W 系列用户手册》，有关MPC2810运动控制卡的详细信息参见《MPC2810运动控制器用户手册》。 一）、MPC2810运动控制器相关简介 MPC2810运动控制器是乐创自动化技术有限公司自主研发生产的基于PC的运动控制器，单张卡可控制4轴的步进电机或数字式伺服电机。通过多卡共用可支持多于4轴的运动控制系统的开发。 MPC2810运动控制器以IBM-PC及其兼容机为主机，基于PCI总线的步进电机或数字式伺服电机的上位控制单元。它与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作（例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、控制指令的发送、外部信号的监控等等）；运动控制器完成运动控制的所有细节（包括直线和圆弧插补、脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等）。 MPC2810运动控制器配备了功能强大、内容丰富的Windows动态链接库，可方便地开发出各种运动控制系统。对当前流行的编程开发工具，如Visual Basic6.0，Visual C++6.0提供了开发用Lib库及头文件和模块声名文件，可方便地链接动态链接库，其他32位Windows开发工具如Delphi、C++Builder等也很容易使用MPC2810函数库。另外，支持标准Windows动态链接库调用的组态软件也可以使用MPC2810运动控制器。 MPC2810运动控制器广泛适用于：激光加工设备；数控机床、加工中心、机器人等；X-Y-Z控制台；绘图仪、雕刻机、印刷机械；送料装置、云台；打标机、绕线机；医疗设备；包装机械、纺织机
一．需求分析 1.约瑟夫环（Joseph）问题的一种描述是：编号为1，2……，n的n个人按顺时针方向围坐一圈，每人持有一个密码（正整数）。一开始任选一个正整数作为报数上限值m，从第一个人开始按顺时针方向自1开始顺序报数，报到m时停止报数。报m的人出列，将他的密码作为新的m值，从他在顺时针方向上的下一个人开始重新从1报数，如此下去，直至所有人全部出列为止。 2.演示程序以用户和计算机的对话方式执行，即在计算机终端上显示“提示信息”之后，有用户在键盘上输入演示程序中规定的运算命令，相应的输入数据和运算结果显示在其后。 3.程序执行的命令包括： 1）输入初始密码和人数2）输入所有人的密码3）显示输入的所有人的编号及相应的密码4）输出出列密码及编号5）结束 4.测试数据 (1)m=20, n=7, 7个人的密码依次为3，1，7，2，4，8，4 (2)m=20,n=1 (3)m=20,n=0 前面一组为常规数据，后面两组为边缘数据 二、概要设计 为实现上述功能，应以有序单向循环链表表示约瑟夫环。为此，需要有一个抽象数据类型。该抽象数据类型的定义为： ADT LinkList { 数据对象：D={ ai | ai ∈termset,i=1,2,……n,n>=0}， termset中每个元素包含编号，密码，和一个指向下一节点的指针数据关系：R1={
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。
伺服电机工作原理及和步进电机的区别 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 什么是伺服电机？有几种类型？工作特点是什么？ 答：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，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.。 请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别？ 答：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制滚珠丝杆，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。永磁交流伺服电动机20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。 永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。⑵定子绕组散热比较方便。⑶惯量小，易于提高系统的快速性波纹管联轴器。⑷适应于高速大力矩工作状态。 ⑸同功率下有较小的体积和重量。 伺服和步进电机 伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。 步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号）弹性联轴器，但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。 二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳膜片联轴器，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。 三、矩频特性不同
《数据结构》 课程设计报告 课程名称：《数据结构》课程设计课程设计题目：joseph环 姓名： 院系：计算机学院 专业： 年级： 学号： 指导教师： 2011年12月18日
目录 1 课程设计的目的 (2) 2 需求分析 (2) 3 课程设计报告内容 (3) 1、概要设计 (3) 2、详细设计 (3) 3、调试分析 (x) 4、用户手册 (x) 5、测试结果 (6) 6、程序清单 (7) 4 小结 (10) 1、课程设计的目的 （1）熟练使用C++编写程序，解决实际问题； （2）了解并掌握数据结构与算法的设计方法，具备初步的独立分析和设计能力； （3）初步掌握软件开发过程的问题分析、系统设计、程序编码、测试等基本方法和技能； （4）提高综合运用所学的理论知识和方法独立分析和解决问题的能力； 2、需求分析 1、问题描述： 编号是1，2，……,n的n个人按照顺时针方向围坐一圈，每个人只有一个密码（正整数）。一开始任选一个正整数作为报数上限值m,从第一个仍开始顺时针方向自1开始顺序报数，报到m时停止报数。报m的人出列，将他的密码作为新的m值，从他在顺时针方向的下一个人开始重新从1报数，如此下去，直到所有人全部出列为止。设计一个程序来求出出列顺序。 2、要求： 利用不带表头结点的单向循环链表存储结构模拟此过程，按照出列的顺序输出各个人的编号。 3、测试数据： m的初值为20，n=7 ,7个人的密码依次为3，1，7，2，4，7，4，首先m=6,则正确的输出是什么？ 输出形式：建立一个输出函数，将正确的输出序列
3、课程设计报告内容 概要设计： 在理解了题目后，我先想到的是我们所学的单链表，利用单链表先建立循环链表进行存贮，建立完循环链表后，我将所要编写的函数分为了两块，一块是经过学过的单链表改编的循环链表的基本操作函数，还有一块是运行约瑟夫环的函数。 详细设计： 我先建立一个结构体，与单链表一样，只是多了一个存密码的code域 struct LinkNode { int data; /删除的是尾结点时（不知道为什么我写程序里总是编译出现错误）{ q->next=head; //重新链接 delete a; len--; return out; } else { q->next=a->next; delete a; len--; return out; } } } } 5、测试结果：
《数据结构》课程实验 实验报告 题目：Joseph问题求解算法的设计与实现专业：计算机科学与技术 班级： 姓名： 学号： 完成日期：
一、试验内容 约瑟夫（Joseph）问题的一种描述是：编号为1，2，…，n的n个人按顺时针方向围坐一圈，每人持有一个密码（正整数）。开始任选一个正整数作为报数上限值m，从第一个人开始按顺时针方向自1开始顺序报数，报到m时停止报数。报m的人出列，将他的密码作为新的m值，从他在顺时针方向上的下一个人开始重新从1报数，如此下去，直至所有人全部出列为止。试设计一个程序求出出列顺序。 二、试验目的 掌握链表的基本操作：插入、删除、查找等运算，能够灵活应用链表这种数据结构。 三、流程图 输入总人数n 创建并初始化 n个结点 输入第一个报 的数key n==0 报数过程 输出出列者 的编号及密 码 结束 n--
四、源程序代码 //Joseph问题求解算法的设计与实现 #include
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
模拟量信号控制伺服电机 试验1 1.接线方式 2.实验设备 R88D-KT02H R88M-K20030H-S2-Z CP1H-XA40DT-D 3.实验参数设定 Pn000=1 （伺服旋转方向选择0：CW方向-右转1：CCW方向-左转）Pn001=1 （伺服控制方式选择1：速度控制—模拟量控制） Pn300=0 （速度控制选择0：模拟量力矩控制） Pn301=0 （速度控制方向选择0：正方向1：反方向） Pn302=600 （速度控制精度 600r/min） Pn303=0 （模拟量速度控制方向切换方式0：CW方向切换） Pn312=1000 （加速时间 1000ms） Pn313=1000 （减速时间 1000ms） Pn314=250 （S曲线加减速时间 250ms）
4.实验过程 使用CP1H-XA40DT-D的模拟量输出功能，使用G5模拟量速度控制功能。 模拟量与速度对应关系如下图所示： 在实验过程中，发现当模拟量输入为0v时，电机以一个很缓慢的速度向CW方向旋转，即发生了“零漂”现象。 在闭环控制中，“零漂”现象对精度的控制有一定的影响，需要抑制住“零漂”现象。 什么叫“零漂”，及如何解决“零漂”现象？ 零点漂移可描述为：输入电压为零，输出电压偏离零值的变化。它又被简称为：零漂。 零点漂移是怎样形成的：运算放大器均是采用直接耦合的方式，我们知道直接耦合式放大电路的各级的Q点是相互影响的，由于各级的放大作用，第一级的微弱变化，会使输出极产生很大的变化。当输入短路时（由于一些原因使输入级的Q点发生微弱变化，比如：温度），输出将随时间缓慢变化，这样就形成了零点漂移。 解决“零漂”最有效的方式：随着三极管的导通工作，其温度会上升，导致扩散运动加剧Ic、Ie电流增大，随之Re两端电压增大，Vbe的电压就减小，Ib也随之减小，从而使Ic减小，形成了负反馈，这就是其抑制零漂的原理。 针对G5伺服驱动器而言，需要修改里面参数来起到抑制“零漂”的现象。 对应调整参数： 修改Pn422的数值，默认为0. 此参数的作用是模拟量偏置，以0.359mv为单位，+为CW方向，-为CCW方向。
伺服电机原理 一、交流伺服电动机 交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似。其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。 交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅 0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。 交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。 交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点： 1、起动转矩大 由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。 2、运行范围较广 3、无自转现象 正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）。 交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz，电压有36V、110V、220、380V；当电源频率为400Hz，电压有20V、26V、36V、115V等多种。 交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，因此与同容量直流伺服电动机相比，体积大、重量重，所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。 二、交流伺服电动机原理 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈
《计算机软件技术基础》实验报告 I —数据结构 实验一、约瑟夫斯问题求解 一、问题描述 1.实验题目：编号 1,2,....,n的n个人顺时针围坐一圈，每人持有一个密码（正整数）。 开始选择一个正整数作为报数上限m，从第一个人开始顺时针自 1 报数，报到m的人出列，将他的密码作为新的m值，从他在顺时针方向下一个人开始重新从 1 报数，直至所有人全部出列。 2. 基本要求：利用单向循环链表存储结构模拟此过程，按照出列的顺序印出个人的编号。 3. 测试数据： n=7,7 个人的密码依次为：3,1,7,2,4,8, 4.m初值为6（正确的出列顺序 应为 6,1,4,77,2,3）。 二、需求分析 1. 本程序所能达到的基本可能： 该程序基于循环链表来解决约瑟夫问题。用循环链表来模拟n 个人围坐一圈，用链表 中的每一个结点代表一个人和他所代表的密码。在输入初始密码后m，对该链表进行遍历，直到第 m个结点，令该结点的密码值作为新的密码值，后删除该结点。重复上述过程，直至所有的结点被释放空间出列。 2. 输入输出形式及输入值范围： 程序运行后提示用户输入总人数。输入人数 n 后，程序显示提示信息，提示用户输入第 i个人的密码，在输入达到预定次数后自动跳出该循环。程序显示提示信息，提示用户输入 初始密码，密码须为正整数且不大于总人数。 3．输出形式 提示用户输入初始密码，程序执行结束后会输出相应的出列结点的顺序，亦即其编号。 用户输入完毕后，程序自动运行输出运行结果。 4.测试数据要求： 测试数据 n=7，7 个人的密码依次为：3， 1， 7， 2， 4， 8， 4。 m初值为 6（正确的出列 顺序应为6， 1， 4，7， 2， 3， 5）。 三、概要设计 为了实现上述功能，应用循环链表来模拟该过程，用结构体来存放其相应的编号和密码
交流伺服电机实验 一、实验目的 1．了解交流伺服电机 2．掌握交流伺服电机控制方法 二、实验内容 1．测定交流伺服电机的机械特性 2．测定交流伺服电机的调速特性 3．观察交流伺服电机的“自转”现象 三、实验原理 伺服电机又称执行电机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动控制对象。伺服电机可控性好，反应迅速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。 交流伺服电机就是一台两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差90 的两个绕组：励磁绕组和控制绕组。工作时两个绕组中产生的电流相位差近90o，因此便产生两相旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。加在控制绕组上的控制电压反相时(保持励磁电压不变)，由于旋转磁场的旋转方向发生变化，使电动机转子反转。 交流伺服电动机的特点：在电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停转。 四、实验步骤 1．测定交流伺服电机机械特性，并绘制n=f(T)曲线α=1 1）启动主电源，调节三相调压器，使Uc=U N=220V；
2）调节涡流测功机的给定调节，记录力矩和转速。 n=f(T)曲线 2． 测定交流伺服电机机械特性，并绘制n=f(T)曲线 α=0.75 1）启动主电源，调节三相调压器，使Uc=0.75U N =165V ； 2）调节涡流测功机的给定调节，记录力矩和转速。 U1 V1W1N
n=f(T)曲线 3．测定交流伺服电机的调速特性，并绘制n=f(Uc)曲线1）启动主电源，调节三相调压器，使Uc=U N=220V； 2）调节三相调压器，记录控制电压和转速。
n=f(Uc)曲线 4．观察交流伺服电机的“自转”现象 1）启动主电源，调节使Uc=220V， U f=117V，观察电机有没有“自转”现象； 2）调节使Uc=0V， U f=117V，观察电机有没有“自转”现象。 五、思考题 1. 分析步骤4中有无“自转”现象？若有“自转”现象，一般如何消除？若无“自转”现象，其原因是什么？ 两种状态下，该交流伺服电机均未见“自转”现象。因为建立的正、反转旋转磁场分别切割笼型绕组（或杯形壁）并感应出大小相同，相位相反的电动势和电流（或涡流），这些电流分别与各自的磁场作用产生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩为零，伺服电机转子转不起来。当控制信号消失时，只有励磁绕组通入电流，伺服电机产生的磁场将是脉动磁场，转子很快地停下来。
实验二 步进电机控制实验 [实验目的] 1.掌握使用步进电机驱动器控制步进电机的系统设计方法； 2.熟悉步进电机驱动器的用法； 3.掌握基于步进驱动器的步进电机单轴控制方法。 [实验设备] 1.计算机; 2.台达EH 系列可编程序控制器； 3.步进电机驱动器WD3-007; 4.三相步进电机VRDM 3910/50 LWA 。 [实验原理及线路] 1.德国百格拉步进电机驱动器WD3—007如图1所示，驱动器面板说明如下： 信号接口：PULSE+ 电机输入控制脉冲信号； DIR+ 电机转动方向控制信号； RESET+ 复位信号，用于封锁输入信号； READY+ 报警信号； PULSE-、DIR-、RESET-和READY-短接公共地； 状态指示：RDY 灯亮表示驱动器正常工作； TEMP 灯亮表示驱动器超温； FLT 灯亮表示驱动器故障； 功能选择：MOT.CURR 设置电机相电流； STEP1、STEP2 设置电机每转的步数； CURR.RED 设定半流功能 PULSE.SYS 可设置成“脉冲和方向”控制方式； 也可以设置成“正转和反转”控制方式； 功率接口：DC+和DC-接制动电容； U 、V 、W 接电机动力线，PE 是地； L 、N 、PE 接驱动器电源，电源电压是220VAC 输入时，最大电流是3A 。电源线横截面≥1.5平方毫米，尽量短。驱动器的L 端和N 端接供电电源，同时要串接一个6.3A 保险丝；PE 为接地。 信号说明: （1）PULSE ：脉冲信号输入端，每一个脉冲的上升沿使电机转动一步。 （2）DIR ：方向信号输入端，如“DIR ”为低电平，电机按顺时针方向旋转；“DIR ”为高电平电机按逆时针方向旋转。 （3）CW ：正转信号，每个脉冲使电机正向转动一步。 （4）CCW ：反转信号，每个脉冲使电机反向转动一步。 （5）RESET ：复位信号，如复位信号为低电平时,输入脉冲信号起作用，如果复位信号为高电平时就禁止任何有效的脉冲，输入信号无效，电机无保持扭矩。 （6）READY ：输入报警信号：READY 是继电器开关，当驱动器正常工作时继电器闭合，当驱动器工作异常时继电器断开。继电器允许最高输入电压和电流是：35VDC ，10mA ≤I ≤200mA ，电阻性负载。如用该继电器，要把他串联到CNC 的某输入端。当驱动器正常工作时继 STEP1ON 1 2 3 4PULES.SYS CURR.RED STEP2 PACER W WD3-007PE N L PE U V DC-DC+READY-READY+ RESET-RESET+ DIR-/CCW-DIR+/CCW+ PULSE-/CW-PULSE+/CW+ MOT.CURR FLT TEMP RDY C 40 F E D 2 138A 9B 7 65 图1 步进电机驱动器
创作编号：BG7531400019813488897SX 创作者：别如克* 伺服电机内部结构
伺服电机工作原理
伺服电机原理 一、交流伺服电动机 交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。 交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。 交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。 交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点： 1、起动转矩大 由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。 2、运行范围较广 3、无自转现象 正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz，电压有36V、110V、220、380V；当电源频率为400Hz，电压有20V、2 6V、36V、115V等多种。
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 ，μN =1600rpm 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
取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值Ra=3 13 2a a a R R R ++。 表中Ra=（R a1+R a2+R a3）/3; R aref =Ra*a ref θ++235235 （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 θθ++235235 式中R aref ——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。（Ω） R a ——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的温度。（℃） 2．测直流伺服电动机的机械特性
《约瑟夫环》实验报告 专业：网络工程班级 学号姓名 一、问题描述： 约瑟夫问题的一种描述是：编号为1，2，……，n点的n个人按顺时针方向围坐一个圈，每人持有一个密码。一开始选一个正整数作为报数上限值m，从第一个人开始从顺时针方向自1开始报数，报到m时停止。报到m的人出列，将他的密码作为新的m值，从他在顺时针方向上的下一个人开始从新从1报数，如此下去，直达所有人出列。 基本要求：利用单向循环链表存储结构模拟此过程，按照出列的顺序输出各人的编号。 测试数据：m的初始值为20；n=7，7个人的密码依次是3，1，7，2，4，8，4，首先m的值为6（正确的出列顺序为6，1，4，7，2，3，5） 二、程序设计的基本思想，原理和算法描述： 采用结构体定义单链表，格式为：struct Lnode {int number; int password; struct Lnode*next; }Lnode,*p,*q,*head; 其中number是人的排列序号，password是各人所持有的密码值，next是节点指针。Lnode是节点变量，p、q是节点，head是头指针。 程序的代码：定义变量n，i,m,j 输入人的数量n If n<=0或n>30 重新输入n值 当0
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
题目： 机器人某关节由直流伺服电动机驱动，电机参数如下： 4422min max 0.04322/0.058108.1510/(/)100, 1.035,0.010.0215/(/) 1.426,9.58()a a m a b K N m A J Kg m B N m rad s L mH R n K V rad s J Kg m J Kg m Jeff --==?=?==Ω==== 系统的结构角频率为25/rad s ,试设计控制系统并求出位置控制系统的阶跃 响应。 解答： 电枢绕组电压平衡方程为： a a a b a Ri dt di L k u +=-θ 电机轴的转矩平衡方程为： L m m m m a m n B J J τθθτ+++= )( 负载轴的转矩平衡方程为： L L L L L B J θθτ += 电动机输出转矩为： a a m K ττ= 联立可得传递函数为： ] )([) () (2b a eff a eff a eff a a eff a a m K K B R J R f L s L J s s K s U s ++++= θ 由于电机的电气时间常数远远小于其机械时间常数且电机的电感一般很小（10mH ）， 电阻约1 Ω，所以可以忽略电枢电感La 的影响，上式可简化为： ) 1()()()(+= ++=s T s K K K B R J sR s K s U s m b a eff a eff a a a m θ 单位位置控制系统的闭环控制框图为：
单位反馈位置控制未引入速度反馈系统闭环传递函数： a p b a eff a eff a a p d L K nK s K K B R s J R K K s s +++=)()() (2θθ 式中： 无阻尼自然频率为： eff a a p n J R K nK = ω 阻尼比为： eff a a p b a eff a J R K nK K K B R 2+= ξ 引入速度反馈后，闭环系统传递函数为： a p v b a eff a a p d L K nK s nK K K s J R K nK s s +++=)()() (2θθ 式中： 为了安全起见，希望系统具有临界阻尼或过阻尼，即ξ≥ 1， 2 22 2n n n s s ωξωω++=2 22 2n n n w s w s w ++=ξeff a a p n J R K nK = ωeff a a p v b a eff a J R K nK nK K K B R 2)(++= ξ