伺服运动控制---实验2+实验4指导书

一、运动控制系统实验项目一览表实验室名称：电机拖动实验室课程名称：运动控制系统适用专业：电气工程及自动化、自动化实验总学时：16设课方式：课程实验（“课程实验”或“独立设课”二选一）是否为网络实验：否（“是”或“否”二选一）实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试一．实验目的1．熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。

2．掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。

二．实验内容2．电平检测器的调试3．反号器的调试4．逻辑控制器的调试三．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏。

2．NMCL—31A组件3．NMCL—18组件4．双踪示波器5．万用表四．实验方法1．速度调节器（ASR）的调试按图1-5接线，DZS(零速封锁器)的扭子开关扳向“解除”。

注意：正常使用时应“封锁”，以防停机时突然启动。

（1）调整输出正、负限幅值“5”、“6”端接可调电容，使ASR调节器为PI调节器，加入一定的输入电压（由NMCL—31的给定提供，以下同），调整正、负限幅电位器RP1、RP2，使输出正负值等于 5V。

（2）测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“5”、“6”端短接），使ASR调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。

（3）观察PI特性拆除“5”、“6”端短接线接入5~7uf电容，（必须按下选择开关，绝不能开路），突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。

反馈电容由外接电容箱改变数值。

2．电流调节器（ACR）的调试按图1-5接线。

（1）调整输出正,负限幅值“9”、“10”端接可调电容，使调节器为PI调节器，加入一定的输入电压，调整正，负限幅电位器，使输出正负最大值大于 6V。

（2）测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“9”、“10”端短接），使调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。

第一章运动控制系统实验要求一、预习运动控制系统实验前的预习，是进行这种实验前的重要准备工作，是保证实验顺利完成的必要步骤。

要求做到以下几点：（1）复习课程中与实验有关的内容，熟悉与本次实验相关的理论知识。

（2）认真阅读实验指导，要求：①明确实验目的、要求和内容，看清实验注意事项；②画出实验线路，明确接线方式，拟出实验步骤；③列出实验时需记录的表格，算出要求事先计算的数据；④初步分析实验思考题。

（3）实验前，要到实验室熟悉所用装置，记录必要的设备参数。

（4）实验分组进行，每组4—6人。

在每人独立进行预习的基础上，每位同学在做实验前要交出一份预习报告，经教师审阅并同意后，方能进行实验。

二、实验实施整个实验过程中必须严肃认真，集中精力及时做好实验。

实验时要做到以下几点：（1）实验开始前，指导教师要对学生的预习报告作检查，要求学生了解本次实验的目的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许实验。

（2）指导教师对实验装置作介绍，要求学生熟悉本次实验使用的实验设备、仪器，明确这些设备的功能与使用方法。

（3）按实验小组进行实验，组长负责实验的安排，明确分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠，务求在实验过程中人人动手、个个主动、分工配合、协调操作，做到实验内容完整、数据正确。

（4）按拟订的实验线路及选用的设备，按图接线，力求简单明了。

接线次序为先主电路，后控制电路；先串联，后并联。

主回路与控制回路应分清，根据电流大小，主回路用粗导线连接，控制回路用细导线连接，每个接线柱上的接线尽量要少。

（5）完成实验系统接线后，必须进行自查。

串联回路从电源的某一端出发，按回路逐项检查各仪表、设备、负载的位置、极性等是否正确；联支路则检查其两端的连接点是否在指定的位置。

距离较远的两连接端必须选用长导线直接跨接，不得用2根导线在实验装置上的某接线端进行过渡连接。

（6）为了确保安全，线路自查后应请指导教师检查，确认无误后方可通电。

运动控制实验指导书李忠明叶平北京邮电大学机电工程实验教学中心2014实验系统介绍GXY系列工作台集成有4轴运动控制器、电机及其驱动、电控箱、运动平台等部件。

各部件全部设计成相对独立的模块，便于面向不同实验进行重组。

机械部分是一个采用滚珠丝杠传动的模块化十字工作台，用于实现目标轨迹和动作。

为了纪录运动轨迹和动作效果，专门配备了笔架和绘图装置，笔架可抬起或下降，其升降运动由电磁铁通、断电实现，电磁铁的通断电信号由控制卡通过IO口给出。

执行装置根据驱动和控制精度的要求可以分别选用交流伺服电机，直流伺服电机和步进电机。

直流伺服电机具有起动转矩大、体积小、重量轻、转矩和转速容易控制、效率高的优点。

但维护困难，使用寿命短，速度受到限制。

交流伺服电机具有高速，高加速度，无电刷维护，环境要求低等优点，但驱动电路复杂，价格高。

一般伺服电机和驱动器组成一个速度闭环控制系统，用户则根据需要可通过运动控制器构造一个位置（半）闭环控制系统。

步进电机不需要传感器，不需要反馈，用于实现开环控制；步进电机可以直接用数字信号进行控制，与计算机的接口比较容易；没有电刷，维护方便、寿命长；启动、停止、正转、反转容易控制。

步进电机的缺点是能量转换效率低，易失步（输入脉冲而电机不转动）等。

当采用交流伺服电机作为执行装置时，安装在电机轴上的增量码盘充当位置传感器，用于间接测量机械部分的移动距离，如果要直接测量机械部分移动位移，则必须额外安装光栅尺等直线位移测量装置。

控制装置由PC机、GT-400-SV（或GT-400-SG）运动控制卡和相应驱动器等组成。

运动控制卡接受PC机发出的位置和轨迹指令，进行规划处理，转化成伺服驱动器可以接受的指令格式，发给伺服驱动器，由伺服驱动器进行处理和放大，输出给执行装置。

控制装置和电机（执行装置）之间的连接示意如下图1-6所示：图1-6 GT运动控制器典型应用实验一运动控制器的调整－PID控制1.1 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。

实验一异步电机变频调速实验1. 正弦波脉宽调制（SPWM）方式的实验1.1实验目的1）过实验掌握SPWM的基本原理和实现方法2）悉与SPWM控制方式相关的信号波形1.2实验原理所谓正弦波脉宽调制就是把一个正弦波分成等幅而不等了与正弦宽的方波脉冲串，每一个方波的宽度，与其所对应时刻的正弦波的值成正比，这样就产生波等效的等幅矩形脉冲序列波，由于各脉冲的幅值相等，所以逆变器可由恒定的直流电源供电，也就是说，逆变器输出脉冲的幅值就是整流器的输出电压。

当逆变器各开关器件都是在理想状态下工作时，驱动相应开关器件的信号也应与逆变器的输出电压波形相似。

从理论上讲，这一系列脉冲波形的宽度可以严格地用计算方法求得，作为控制逆变器中各开关器件通断的依据。

但较为实用的办法是引用“调制”这一概念，以所期望的波形(在这里是正弦波)作为调制波，而受它调制的信号称为载波。

在SPWM中常用等腰三角波作为载波，因为等腰三角波是上下宽度线性对称变化的波形，当它与任何一个光滑的调制函数曲线相交时，在交点的时刻控制开关器件的通断，即可得到一组等幅而脉冲宽度正比于该调制函数值的矩形脉冲。

1.3 实验设备及仪器1）KR-1系列变频调速实验系统一套。

2）双踪示波器一台。

1.4 实验步骤1）接通电源，打开开关。

2）将P07号参数设置为00，选择SPWM控制方式。

将加速度设置到10，按“运行”键，控制电动机运行，观察电动机的加速过程，直至电动机达到稳速运行状态，按照60HZ的频率运行。

3）通过示波器，观察三相正弦波信号（在测试孔1、2、3）。

分别如下4）通过示波器，观察三角波载波信号，并估算其频率（在测试孔5）。

5）通过示波器。

观察SPWM波信号（在测试孔6、7、8、9、10、11）。

6）将频率设定值在0.1HZ—100HZ的范围内不断变化，通过示波器在测试孔1、2、3中观察信号的频率和幅值的关系。

1.5 实验总结2. 六脉冲型电压矢量控制方式的实验2.1实验目的1）通过实验，掌握空间电压矢量控制方式的原理和实现方法。

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。

实验一数控二维平台实验指导书数控二维平台是数控系统中的基础装置。

不难想象，当人们对数控二维平台配备以不同的第三维方向的设计便可以满足不同场合的需求。

例如，当第三维设计成笔架形式时，就可组成一台绘图仪，当设计成缝纫机头时，就有可能具备电脑提花机的功能；当我们将二维数控平台设计成自动铣床的一部分时，又可以组成一台电脑雕刻机…等等。

本实验的主要目的。

本实验中，我们给数控二维平台配以磁性笔架作为平台运动轨迹的记录装置，从中体验数控二维平台的一些基本功能。

通过实验，我们还将进一步加深对于数控装置和数控系统的认识和理解。

本次实验的任务是：1．认识数控二维平台实验设备的组成。

1．1 数控二维平台实验设备总体上由：机床本体、伺服系统、计算机控制界面、数控装置、测量反馈装置及相关的电气供配电系统组成。

1．2 除机床本体之外，数控二维平台实验设备的伺服系统由两台步进电动机及其驱动器组成。

步进电动机及驱动器的技术参数见说明书：《两相混合式步进电动机细分驱动器SH-20403》一文和图纸：《步进电动机及其驱动器》。

1．3 数控二维平台实验设备的计算机控制界面用VB6.0编写，具体使用和操作方法将在本文的第2小节中介绍。

1．4 在数控二维平台实验设备中，数控装置由以单片机89C51为核心的自制实验板卡StepMotorsDriver1组成，该板卡的具体硬件电路可见图纸：《两维平台步进控制电路》。

1．5 数控二维平台实验设备中提供的测量反馈装置有两种，一种是开关量信号，是由每台机床的X、Y轴两端安装的干簧管开关在磁铁接近时实现的；另一种是由光栅采集的数字量信号，两种装置所采集的信息都要经过单片机处理之后才能实现所要求的功能。

1．6 电气供配电系统的组成线路和工作原理见《两维数控平台电气线路图说明书》。

2．通过实践操作，体验数控二维平台的基本功能。

实验步骤。

2．1 对照实物设备和相关图纸，认识系统的各个功能部分及实现该功能部分的主要元器件。

东北林业大学实验指导书液压伺服控制技术课程常同立2012.01.01实验项目一：小正开口四通滑阀流量——压力特性一、实验目的：四通滑阀流量特性描述了阀芯位移、负载压力和负载流量三个参数的变化关系。

相对较为难理解，采用计算机软件进行数学公式图示化操作加强理解效果。

二、实验内容：小正开口四通滑阀的负载流量公式如下，将其绘制成曲线图。

⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-<≤-+--≤≤-+---+≤<-+=Ux p x U x p x p x x U p x U q v L v v Lv L v v L v L 11)(1)(1)(11)( 三、实验方法用MA TLAB/Simulink 编写如下程序。

% %%%%%%%%% Draw flow-pressure curves clear all u=0.06;for xv=[[1-u 0.8-u 0.6-u 0.4-u 0.2-u u] [u:-0.03:-1*u] [-1*u -0.2+u -0.4+u -0.6+u -0.8+u -1+u]] if xv >= 0,plps=[-1:0.01:1];if xv-u>=0,ql=(u+xv)*sqrt(1-plps);else ql=(u+xv)*sqrt(1-plps)-(u-xv)*sqrt(1+plps); endplot(plps,ql);hold on else plps=[-1:0.01:1];if u+xv<=0,ql=-1*(u-xv)*sqrt(1+plps); else ql=(u+xv)*sqrt(1-plps)-(u-xv)*sqrt(1+plps); end u-xvplot(plps,ql);hold on end xv; end grid on;ylabel('qL'), xlabel('PL'),%%%%%%%%%%四、实验结果运行计算机程序，观察分析结果。

比例伺服控制实验指导书实验一 焊接机实验目的：1． 通过使用比较器面板，能够熟练掌握比较器原理、使用和操作 2．能够设置定点和偏差实验主要设备仪器：比较器比较器用来对两个模拟电压进行比较。

一个电压形成一个定点，并于输入电压相比较。

依据比较的结果得到比较器相应的输出量。

正向－转换比较器具有两个特点：当输入信号超过定点定位时，输出信号设定。

当输入信号降到定点定位以下时，输出信号复位。

在一些比较器中，开关特性取决于输入信号是升高还是降低。

这种情况下，比较器的输出在两种不同的输入信号值间转换。

这两种输入信号值的不同之处称输入信号为转换差异或滞后。

有转换差异的比较器也称为施密特触发器。

比较器面板比较器面板有两个分离的输入口（INA, INB ），二者均可以作用在两个独立的比较器中的一个。

这些输出口则指定为OUTA1, OUTA2 和OUTB1, OUTB2。

输出激励可由LED S 显示。

设定点和滞后值通过转换开关的方式来选择。

设定电压：－10V……+10V滞后：0V (5V)启动值＝定位值＋1/2滞后关闭值＝定位值－1/2滞后实验要求：不同厚度的金属板元件可以使用点焊机和气动焊钳来压紧。

金属板的不同厚度可以通过传感器测出。

焊钳的压力与气缸腔的压力成正比。

为检测焊钳的夹紧力就得先测量气缸的压力。

压力传感器同步压力并把一个对应的压力信号输出到比较器。

这样就可以知道焊钳的夹紧力是否在允许的的滞后范围。

当焊钳的夹紧力超过了允许的上限，信号灯就会发光提示。

当焊钳的夹紧力没有降到允许的上限以下前，灯光会一直保持提示。

比较器压力传感器器气动装置焊钳夹实验步骤和习题：1．计算设定点和偏差2．设置设定点和偏差3．绘出气动和电气测试回路气缸压力公式：[][][]403.14⨯⨯气缸内压力N气缸压力bar=直径mm气缸直径50mm气缸压力＝传感器输入压力偏差＝气缸压力的差异定位值＝气缸上限压力－1/2偏差把测量的值填入表格中：实验二 冲压机实验目的：熟悉和掌握线性电位计的设计原理和操作模式实验主要设备仪器：线性电位计线性电位计能用来测量长度和距离。

目录第一章SB15伺服驱动器实训模块介绍1一、产品概述1二、产品特点2三、技术性能2第二章交流伺服电机及驱动器的使用2一、交流伺服电机及驱动器介绍2二、交流伺服电机驱动器及伺服电机的选型2三、交流伺服电机及驱动器的接线3四、控制模式3五、I/O信号说明3六、参数表3七、显示和操作3八、故障处理及报警处理方法3第三章实训工程4实训一交流伺服电机驱动器的参数设置4实训二PLC控制伺服电机的转向和速度4实训三小车综合运行控制5实训四三菱伺服软件控制伺服运行7实训五小车位置控制8第一章SB15伺服驱动器实训模块介绍一、产品概述"SB15伺服驱动器实训模块〞是根据"机电一体化技术"、"可编程控制器及其应用"等课程实训教学的需求而研制的，该实训模型由运动小车、滚珠丝杆传动机构、三菱MR-E系列交流伺服电机及伺服驱动器、检测传感器等组成，适合机电一体化、电气工程、自动化等专业实训教学。

二、产品特点"SB15伺服驱动器实训模块〞为电机控制及电气实训课程的教学平台，可完成传动控制、键值优化比拟行走控制、定向控制、定位控制、加减速控制、点动控制、位置控制等实训容。

该系统为学生提供一个具有高度完整性、开放性、平安性的实训平台。

通过实际动手操作，加深对伺服电机原理及性能的深入理解，可以使学生对自动控制系统形成一定的认知。

三、技术性能1.输入电源：单相三线AC220V±10% 50Hz2.工作环境：温度-10℃～40℃相对湿度≤85%〔25℃〕海拔＜4000m3.装置容量：＜1.0kVA4.外形尺寸：680*300*150mm第二章交流伺服电机及驱动器的使用一、交流伺服电机及驱动器介绍交流伺服电动机的构造主要可分为两局部，即定子局部和转子局部。

交流伺服电机的转子有笼型和杯型两种，它的转子电阻都做得比拟大，其目的是使转子在转动时产生制动转矩，使其控制绕组不加电压时，能及时制动，防止自转。

《现代交流伺服系统》实验指导书舒志兵南京工业大学自动化学院2006.2目录实验一篇 NUT型机电一体化与交流伺服数控机床实验部分 (3)实验一 NUT-I型交流伺服数控机床搜索参考点实验 (10)实验二 NUT型交流伺服机床数控插补实验（平面） (14)实验二 NUT型交流伺服机床数控插补实验（立体） (20)实验三编码器实验 (22)实验四交流伺服电机控制方式及运行特性实验 (27)实验五交流伺服系统的滤波器实验（选做） (31)实验一篇 NUT型机电一体化与交流伺服数控机床实验部分预备知识：数控机床系统简介及机床本体结构认识实验数控机床是一种以数字量作为指令信息形式，通过数字逻辑电路或计算机控制的机床。

它综合运用了机械、微电子、自动控制、信息、传感测试、电力电子、计算机、接口、软件编程等多种现代技术，是一个典型的机电一体化产品。

数控机床与一般机床相比具有较强的适应性和广泛的通用性，能获得更高的加工精度和稳定的加工质量，具有较高的生产率，能改善劳动条件，减轻工人的劳动强度，并便于现代化生产管理。

数控机床自从20世纪50年代问世以来，至今已迅速发展到在发达国家的机床工业产值中占大部分的程度，应用范围已从小批生产扩展到大批量生产领域。

一．数控机床的分类1．按工艺特征分类（1）一般数控机床即数控化的通用机床，如数控车床、数控铣床、数控滚齿机、数控线切割机床等等。

（2）加工中心，即配有刀库和自动换刀装置的数控机床。

工件一次装夹能完成多道工序。

（3）多坐标数控机床，一般在5轴以上，机床结构复杂。

用于加工特殊形状复杂零件。

2．按数控装置功能分类（l）点位控制数控机床：机床移动部件获得点位控制，移动中不加工，如数控坐标镗床、钻床、冲床。

（2）点位直线控制数控机床：在点位控制基础上增加直线控制，移动中可以加工，如简易数控车床。

（3）轮廓控制数控机床：实现连续轨迹控制，即控制加工过程每个点的速度和位置。

有各种全功能的数控机床。