伺服电机控制实验装置设计——实验台设计

南阳理工学院本科生毕业设计（论文）学院（系）：电子与电气工程系专业：自动化学生：指导老师：完成日期2011 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）伺服电机控制实验装置设计——程序设计Servo motor control experiment device design——programming总计：毕业设计（论文）页表格：9 个插图：12 幅南阳理工学院本科毕业设计（论文）伺服电机控制实验装置设计——程序设计Servo motor control experiment device design——programming学院（系）：电子系专业：自动化学生姓名：学号：079611指导教师（职称）：评阅教师：完成日期：南阳理工学院Nanyang Institute of Technology伺服电机控制实验装置设计——程序设计自动化［摘要］该系统是基于台达PLC和台达变频器的伺服电机控制系统设计，利用变频器控制异步电机，通过旋转编码器来间接的测出异步电机的速度，把速度转化为脉冲的形式送给PLC来控制伺服电机，实现伺服电机与异步电机的跟随功能，并通过人机界面的程序来控制伺服电机的转动形式与修改PLC的内部寄存器来改变伺服电机的速度，同时也要设定好伺服驱动器的内部参数以达到良好的控制效果。

［关键词］变频器；PLC；异步电机;伺服电机；控制精度Design of Servo motor control experiment device——programmingAutomation Specialty NIE Yao－huaAbstract: This system is a servo control system which designed based on Delta PLC , Delta Variable-frequency and servo motor, using Delta Variable-frequency to control asynchronous motor. Through the revolving encoder to measure the asynchro nous motor’s speed. Then translate the speed into pulse form to PLC to control servo motor, to realize the function of the servo motor tracking the asynchronous motor absolutely, and through the program of the Human Machine Interface tocontrol the servo motor’s rotating form and change the parameters of Human Machine Interface and Delta Variable-frequency Drive to change the motor speed, also need setting the servo drive internal parameters to achieve good control effect.Key words: Variable-frequency drive; Programmable logic controller; Asynchronous motor；Servo motor；Control precision；目录1 引言 (1)1.1 伺服控制技术的国内外研究现状 (1)1.2 设计内容和任务要求 (1)1.2.1设计内容 (1)1.2.2任务要求 (1)1.3 系统设计可行性分析 (2)2 系统的控制硬件原理 (3)2.1台达PLC与其工作原理 (3)2.2 台达变频器的介绍 (4)2.3 伺服驱动器的功能介绍 (5)2.4 伺服电机的工作原理 (7)2.5 人机界面的功能介绍 (8)3 台达PLC控制系统的程序设计 (10)3.1基本指令功能介绍 (10)3.2 应用指令功能介绍 (13)3.3 程序的设计思路 (16)3.4 程序的各个模块功能介绍 (17)3.4.1 程序流程图 (18)3.4.2 伺服电机正反转与加减速程序设计 (19)3.4.3 伺服电机跟随功能的程序设计 (19)4 人机界面程序介绍 (22)4.1 人机界面的设计制作 (22)4.2人机界面的程序介绍 (25)结束语： (28)参考文献 (28)附录一：控制设备硬件图 (29)附录二：控制程序梯形图 (30)致谢 (32)1 引言1.1 伺服控制技术的国内外研究现状在国外，伺服控制不仅应用于普通的工业和农业医疗等，在卫星和导弹的准确定位方面也起着越来越重要的作用，这种新型的控制系统已悄然改变着国外的生产模式。

基于伺服电机的高校智能实验室控制系统设计与实现智能实验室是现代高校教育实践的重要组成部分，它不仅能够提供实践教学的环境，还能够提升学生的创新能力和实践能力。

为了更好地设计和实现高校智能实验室的控制系统，本文将介绍基于伺服电机的高校智能实验室控制系统的设计与实现。

首先，我们来了解一下智能实验室的基本要求。

一个理想的智能实验室应该具备以下几个方面的功能：一是自动化控制功能，包括开关控制、设备操作控制等。

二是远程控制功能，能够通过网络实现对实验室的远程控制和监控。

三是数据采集与处理功能，能够实时采集实验数据并进行处理和分析。

基于这些基本要求，我们可以开始设计和实现控制系统了。

伺服电机是智能实验室控制系统中常用的电动执行器，具有速度响应快、精度高、定位精准等特点，非常适合用于实验室设备的控制。

因此，我们选择基于伺服电机来设计和实现高校智能实验室控制系统。

在控制系统设计的过程中，首先需要考虑的是选用合适的伺服电机。

根据实验室设备的要求和控制系统的功能需求，我们可以选择具有相应特性的伺服电机，包括功率、转速范围、扭矩等。

接下来，我们需要选用合适的伺服电机驱动器。

伺服电机驱动器是控制伺服电机运动的关键组件，它能够根据控制信号驱动伺服电机旋转，并实现速度和位置的闭环控制。

在选择伺服电机驱动器时，除了满足控制要求外，还要考虑其与控制系统的接口兼容性和可靠性。

然后，我们需要设计和搭建控制系统的硬件平台。

硬件平台包括控制器、传感器、数据采集设备等。

控制器负责计算控制算法，生成控制信号并发送给伺服电机驱动器。

传感器用于采集实验数据，如温度传感器、压力传感器等。

数据采集设备用于将采集到的数据传输到控制系统进行处理和分析。

最后，我们需要设计和实现控制系统的软件平台。

软件平台包括控制算法的开发和调试、数据采集和处理软件的开发、远程控制软件的开发等。

控制算法需要根据实验要求进行设计和实现，确保伺服电机能够按照指定的速度和位置运动。

基于LabVIEW的高速伺服电机试验台控制系统设计杨晓勇;柳晓云;卢海龙【摘要】This paper introduces the working principle and the makeup ofthe High-speed Servo Motor Experimental Platform, and detailed describes the function requirements and the design of control system.%介绍了高速伺服电机试验台的工作原理与机构组成，详细说明了其功能需求及其控制系统的设计。

【期刊名称】《河北省科学院学报》【年(卷),期】2011(028)004【总页数】3页(P67-69)【关键词】高速伺服电机;LabVIEW;扭矩传感器【作者】杨晓勇;柳晓云;卢海龙【作者单位】河北省科学院自动化研究所,河北石家庄050081;河北省科学院自动化研究所,河北石家庄050081;河北省科学院自动化研究所,河北石家庄050081【正文语种】中文【中图分类】TP272随着军工和民用对高速伺服电机的需求越来越大，高速伺服电机已成为国内外研究的热点之一。

由于高速伺服电机的高转速、高功率密度以及要求快速启动、停止等特点，涉及到材料、机械、电磁、电力电子、自动化、检测技术与计算机控制等多学科的前沿技术。

而在实际控制应用中，转速的控制与监测占有很大的比重，它对系统的稳态误差及动态响应性能都有着至关重要的影响。

因此，在高转速范围内具有高分辨率和快速响应的准确的测速系统是必不可少的。

虚拟仪器作为全新概念的新一代的测量仪器，自诞生以来就一直以前所未有的速度迅猛发展。

本文的研究内容，就是利用Lab VIEW的软、硬件开发环境，搭建一个基于虚拟仪器的实时数据采集系统平台，控制电机的速度按特定的函数曲线变化并对电机实际速度、负载扭矩等数据进行实时监测显示，同时完成后期的数据处理工作。

一、实验目的1. 了解交流伺服电机的结构、工作原理和特点。

2. 掌握交流伺服电机的驱动方法及控制策略。

3. 通过实验验证交流伺服电机的性能，为实际应用提供参考。

二、实验内容1. 交流伺服电机的结构分析2. 交流伺服电机的工作原理3. 交流伺服电机的驱动方法4. 交流伺服电机的控制策略5. 交流伺服电机的性能测试三、实验设备及仪器1. 交流伺服电机实验台2. 交流伺服电机驱动器3. 交流伺服电机控制器4. 功率分析仪5. 数据采集卡6. 计算机四、实验步骤1. 交流伺服电机的结构分析（1）观察交流伺服电机的结构，了解其主要组成部分，如定子、转子、端盖、轴承等。

（2）分析各部分的功能及相互关系。

2. 交流伺服电机的工作原理（1）观察交流伺服电机的工作过程，了解其电磁感应原理。

（2）分析交流伺服电机的启动、运行和停止过程。

3. 交流伺服电机的驱动方法（1）学习交流伺服电机的驱动电路，了解其工作原理。

（2）分析驱动电路中的主要元件及其作用。

4. 交流伺服电机的控制策略（1）学习交流伺服电机的控制方法，了解其闭环控制原理。

（2）分析控制策略中的主要参数及其调整方法。

5. 交流伺服电机的性能测试（1）连接实验设备，进行实验前的准备工作。

（2）启动交流伺服电机，观察其运行状态，记录相关数据。

（3）分析实验数据，验证交流伺服电机的性能。

五、实验结果与分析1. 交流伺服电机的结构分析通过观察实验台上的交流伺服电机，我们可以看到其主要由定子、转子、端盖、轴承等部分组成。

定子由线圈绕制而成，转子由永磁体构成。

当交流电源通过定子线圈时，产生旋转磁场，驱动转子旋转。

2. 交流伺服电机的工作原理实验过程中，我们发现交流伺服电机在启动、运行和停止过程中，其转速、转矩和功率等参数均与输入的交流电源频率、电压和相位角有关。

通过调整这些参数，可以实现交流伺服电机的精确控制。

3. 交流伺服电机的驱动方法实验中，我们学习了交流伺服电机的驱动电路，了解到其主要由逆变器、滤波器、电机和控制器等部分组成。

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取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值Ra=3132a 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 =Raaref 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I S：电流源，位于MEL-13，由“转矩设定”电位器进行调节。

工程伺服电机测试台方案一、引言随着工业自动化水平的不断提高，伺服电机在机械传动领域中的应用越来越广泛。

伺服电机具有响应速度快、精度高和控制性能稳定等优点，可以满足各种复杂的自动化生产和制造需求。

在伺服电机的研发和生产过程中，必须进行严格的测试和验证，以保证其性能和质量达到要求。

因此，需要设计一套全面的伺服电机测试台，用于对伺服电机进行各项性能测试和验证，以确保其安全可靠地应用于各种工程领域。

二、伺服电机测试台的设计要求1. 全面性能测试：测试台需要能够对伺服电机的性能进行全面测试，包括静态特性测试、动态响应测试、负载能力测试、热稳定性测试等；2. 精度和稳定性：测试台需要具有高精度和稳定的性能，能够保证测试数据的准确性和可靠性；3. 多功能性：测试台需要能够适应不同规格和类型的伺服电机，支持多种测试模式和参数设定，以满足不同测试需求；4. 便捷性和安全性：测试台需要具有便捷的操作界面和安全的操作控制体系，确保测试过程安全可靠；5. 自动化和智能化：测试台需要具有自动化和智能化的特性，能够进行自动化测试和数据分析，提高测试效率和准确性。

三、伺服电机测试台的结构和组成1. 机械结构：测试台的机械结构主要包括支架、夹具、载荷系统和传感器等。

支架用于固定测试对象，夹具用于固定伺服电机，载荷系统用于对伺服电机施加负载，传感器用于采集测试数据；2. 电气控制系统：测试台的电气控制系统主要包括电源系统、控制系统和数据采集系统等。

电源系统用于为测试台提供电力供应，控制系统用于对伺服电机进行控制和操作，数据采集系统用于采集和记录测试数据；3. 软件系统：测试台的软件系统主要包括测试控制软件、数据分析软件和用户界面软件等。

测试控制软件用于对测试过程进行控制和操作，数据分析软件用于对测试数据进行分析和处理，用户界面软件用于提供友好的操作界面和数据展示。

四、伺服电机测试台的性能测试方案1. 静态特性测试：通过在不同工作载荷下对伺服电机进行电流、速度和位置等静态特性测试，以评估其静态响应性能；2. 动态响应测试：通过施加不同的速度和位置信号对伺服电机进行动态响应测试，以评估其动态响应速度和精度；3. 负载能力测试：通过逐步增加负载和频率对伺服电机进行负载能力测试，以评估其最大扭矩和负载能力；4. 热稳定性测试：通过长时间高负载运行对伺服电机进行热稳定性测试，以评估其热稳定性和使用寿命。

标准文档实验六直流伺服电机实验一、实验设施及仪器被测电机铭牌参数：P N =185W，U N =220V，I N=1.1A ，使用设施规格 (编号 )：1． MEL 系列电机系统教课实验台主控制屏（MEL-I 、 MEL-IIA 、 B）；2．电机导轨及测功机、转速转矩丈量（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．经过实验测出直流伺服电动机的参数r、、。

2．掌握直流伺服电动机的机械特征和调理特征的丈量方法。

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 的机械特征n=f(T) 。

3．保持 U f =U fN =220V ，分别测取 T2＝0.8N.m 及 T2＝ 0 的调理特征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接线原理图见图6-11。

U：可调直流稳压电源。

R： 1800Ω磁场调理电阻（MEL-03 ）。

V ：直流电压表（MEL-06 ）。

A ：直流安培表（MEL-06 ）M ：直流电机电枢（1）经检查接线无误后，逆时针调理磁场调理电阻R 使至最大。

直流电压表量程选为 300V 档，直流安培表量程选为2A档。

（ 2）按次序按下主控制屏绿色“闭合”按钮开关，可调直流稳压电源的船形开关以及复位开关，成立直流电源，并调理直流电源至220V 输出。

调理 R 使电枢电流达到（假如电流太大，可能因为剩磁的作用使电机旋转，丈量没法进行，假如此时电流太小，可能因为接触电阻产生较大的偏差），快速测取电机电枢两头电压 U M和电流 I a。

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,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Uc =UN=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电压值，调节测功机负载，记录电动机从空载到接近堵转时的转速n 及相应的转矩T 并填入Uf=UfN=220V Uc=Ucn=220V（2）测定交流伺服电动机a=0.75（即U c =0.75U N =165V ）时的机械特性调节三相调压器，使U c =0.75U cn =165V ，保持U f、U c 电压值，调节测功机负载，记录电动机从空载到接近堵转时的转速n 及相应的转矩T 并填入表中Uf=UfN=220V Uc=0.75Ucn=165V（3）测定调节特性保持电机的励磁电压U f =220V ，测功机不加励磁。

DLFA-MCT伺服电机运动控制实训装置技术文件图片仅供参考，以实物为准一、投标产品概述：以可编程序控制器为核心的工业控制集成技术，目前在高等院校已经迅速发展成为一门新的学科，其内容既有丰富的理论，又有广泛的实践，既能锻炼学生的动手能力，又能培养学生的创新思想，已经形成自动化专业、机电一体化专业、机械专业的一门重要的主干课程。

关于可编程序控制器的课程设置、配套教材、实践环节、实验室建设等方面的规划，得到了各级领导和专业教师的充分重视。

我公司的“DLFA-MCT运动控制实训装置”是为职业技术教育、高等教育而开发的PLC专业性控制实训平台，专为目前我国各院校开设的“可编程序逻辑控制器技术”、“可编程序逻辑控制器原理及其应用”、“PLC应用技术”、“PLC原理与应用”等课程配套设计的。

该装置集PLC、位置检测控制、电动技术有机结合于一体的实训系统，通过传感器信号采集、PLC编程，变频器对交流电动机、直流电机等进行较复杂的开关量控制、位置控制、时序逻辑控制，可实现运动中的平面位置控制，通过高性能伺服电机实现运动中精密仪器控制。

该装置适用于高等院校学生的可编程控制器的学习与应用培训、学生的岗前培训和职工再培训，不仅可满足各高等院校、职业学校对PLC实验教学和相关课程设计、考核的要求，还可作为工程技术人员的培训设备。

二、设备的系统功能及组成：1、运动控制实训装置可实现运动中的平面位置控制，通过高性能伺服电机实现运动中精密仪器控制，本设备利用PLC做位置控制，通过高性能伺服电动机实现位置控制。

控制器和PLC控制操作，对坐标平面位置进行双轴驱动控制。

2、铝基板采用特殊模具型材，氧化处理。

3、电气方面由PLC、触摸屏、开关电源、行程开关、传感器等组成。

4、该系统采用计算机仿真现代化信息技术手段，通过操作、模拟、仿真三个培训层面，解决了以往专业培训理论、实验、实习和实际应用脱节的问题。

5、配置组态软件，并提供应用指导和应用工程示例。

实验七交流伺服电机单轴定位控制实验一、实验目的：1．学习和掌握交流伺服系统的使用方法；2．学习和掌握交流伺服电机单轴定位控制程序的设计方法。

二、实验内容及步骤：本实验的内容是进行交流伺服电机单轴定位控制。

首先让Y轴回原位，然后使Y轴反向移动50MM。

图7-1为伺服驱动系统示意图。

图7-1 伺服驱动示意图图7-2 接线图实验步骤 ：1．学生根据图7-2接线（为安全起见，伺服电机和驱动器的主控电路以及PLC 外围的继电器KA3、接触器KM3输出线路已接好）；2．征得老师同意后，合上断路器QF1和QF3 ；3．将面板上“工作方式”旋钮旋至“点动” ；4．按“启动”按钮，接触器KM3的主触头闭合，伺服电机得电，延时2秒输出Y4 ，使伺服电机准备好 ；5．输入PLC 程序，然后运行 ；6．按“正向”或“反向”按钮，将Y 轴移动至原位和正极限之间 ；7．按“复位”按钮，使伺服电机驱动Y 轴回原位，读取此时指针指向的标尺位置A ；8．将面板上“工作方式”旋钮旋至“自动”，Y 轴反向移动50MM ，读取此时指针指向的标尺位置B ；9．按“停止”按钮，接触器KM3的主触头断开，驱动器断电 。

三．实验说明及注意事项1．为避免Y 轴发生碰撞而损坏，应确保前极限和后极限有效。

将前极限的一端接至交流伺服电机的输入端28，另一端接10；将后极限一端接至交流伺服电机的输入端29，另一端接10 ！2．脉冲输出指令“DPLSY ”是以指定的频率产生定量脉冲的指令，其使用方法如下 ：其中： * S1为指定频率，设定范围为：2—20000HZ ；* S2为总脉冲数，设定范围为：1—2，147，483，647 PLS （因为DPLSR 为32 位运算指令）。

如果S2设为0，则脉冲持续产生；* D 的规定： （1）．只能为Y0或Y1 ；（2）．PLC 一定为晶体管输出型 。

* X10置为ON 时，输出开始，当X10置为OFF 时，输出中断，再度置于ON 时，从初始动作开始运行（在脉冲持续产生时： X10置为ON ，Y000或Y001变为ON ；X10置为OFF ， Y000或Y001变为OFF ） 。

双轴伺服工作台单轴控制实验一、 实验目的：学习和掌握双轴伺服工作台及其驱动器的操作和使用方法 ；学习和掌握双轴伺服工作台单轴定位控制方法 ；了解步进电机的频率特性 ；二、 实验原理：本实验的内容是对双轴伺服工作台进行单轴定位控制。

其研究对象为X 轴。

控制系统20GM 位置控制单元，它既可实现单轴位置控制，又可实现双X 轴进行单轴位置控制）。

原理部分可以参考 三.实验用仪器工具PC PLC四.实验步骤 ：1 .根据图6-2PLC 外围的继电器 KA1、接触器KM2输出线路已接好）; 2 .合上断路器QF1和QF2 ; 3 .将编程电缆连于原理图如图6-1所示。

其中, 轴联动位置控制（本实验是对开关量机 1台 1台20GM1个 RS232电缆线1根 编程电缆1根 断路器（QF1、QF2） 2个 继电器（KA1） 1个 接触器（KM2 1个驱动器（SH-20806C ） 1台步进电机（57BYG250E1台接线（为安全起见，步进电机 M 和驱动器P233页表下面的一段文字和 P252页点位控制部分适当补充PLC控制系统原理图图6-1 SH-20806C 的主控电路以及控制程序（此时，4.将编程电缆连于PLC上，利用PC机上的编程软件“ FXGP/WIN-C向PLC输入PLC PLC的状态开关拔向编程位置“ STOP）;20GM上，利用PC机上的定位软件“ FXVPS-E向20GM输入定位程序（此时，20GM 的状态开关拔向手动位置“ MAN ” ；将PLC 的状态开关拔向运行位置“ RUN ，运行PLC 接触器KM2的主触头闭合，驱 动器SH-20806C 得电；将20GM 的状态开关拔向自动位置“ AUTO ；按“复位”按钮，X 轴复位。

读取此时指针指向的标尺位置 A ；按“启动”按钮，运行 20GM 使X 轴以1000脉冲/S 的速度正向移动 50MM 读取 此时指针指向的标尺位置 B ；按“停止”按钮，20GM ［亭止运行； •修改定位程序，重复上述 4-9步，使X 轴以10000脉冲/S 的速度运行，观察并 记录X 轴运行状况； 11•修改定位程序，重复上述4-9步，使X 轴以200脉冲/S 的速度运行，观察并记录X 轴运行状况；12.将PLC 左下角的拔动开关拔向编程位置“STOP 或PLC 断电，接触器 KM2的主触头断开，驱动器 SH-20806C 断电。

电子信息与电气工程系课程设计报告设计题目：直流伺服电机控制系统设计系别：电子信息与电气工程系年级专业：学号：学生姓名：2006级自动化专业《计算机控制技术》课程设计任务书摘要随着集成电路技术的飞速发展，微控制器在伺服控制系统普遍应用，这种数字伺服系统的性能可以大大超过模拟伺服系统。

数字伺服系统可以实现高精度的位置控制、速度跟踪，可以随意地改变控制方式。

单片机和DSP在伺服电机控制中得到了广泛地应用，用单片机作为控制器的数字伺服控制系统，有体积小、可靠性高、经济性好等明显优点。

本设计研究的直流伺服电机控制系统即以单片机作为核心部件,主要是单片机为控制核心通过软硬件结合的方式对直流伺服电机转速实现开环控制。

对于伺服电机的闭环控制，采用PID控制，利用MATLAB软件对单位阶跃输入响应的PID 校正动态模拟仿真，研究PID控制作用以及PID各参数值对控制系统的影响，通过试凑法得到最佳PID参数。

同时能更深度地掌握在自动控制领域应用极为广泛的MATLAB软件。

关键词：单片机直流伺服电机PID MATLAB目录1.引言 (6)2．单片机控制系统硬件组成 (7)2.1 微控制器 (7)2.2 DAC0808转换器 (8)2.3运算放大器 (8)2.4按键输入和显示模块 (9)2.4.1 按键输入 (9)2.4.2 显示模块 (9)2.5 直流伺服电动机 (9)3.单片机控制系统软件设计 (10)3.1主程序 (10)3.2键盘处理子程序 (11)4.控制系统原理图及仿真 (12)4.1控制系统方框图 (12)4.2控制系统电路原理图 (13)4.3 Proteus仿真结果 (14)5.Simulink组件对直流伺服控制系统的仿真 (15)5.1 MATLAB与Simulink简介 (15)5.1.1 MATLAB简介 (15)5.1.2 Simulink简介 (15)5.2 直流伺服电机数学模型 (15)5.3 系统Simulink模型及时域特性仿真 (16)5.3.1 开环系统Simulink模型及仿真 (16)5.3.2 单位负反馈系统Simulink模型及仿真 (17)5.4 PID校正 (18)5.4.1 PID参数的凑试法确定 (18)5.4.2 比例控制器校正 (19)5.4.3 比例积分控制器校正 (21)5.4.4 PID控制器校正 (23)6．小结 (26)参考文献 (26)附录 (27)1.引言本设计的单片机控制直流伺服电机系统是一个开环的自动控制系统控制系统。

第1篇一、引言随着工业自动化程度的不断提高，伺服电机在工业生产中扮演着越来越重要的角色。

为了保证伺服电机的性能和稳定性，对其进行严格的测试是必不可少的。

本文将针对工程伺服电机测试台的设计与实现进行详细阐述，包括测试台的整体方案、硬件设计、软件设计以及测试流程。

二、测试台整体方案1. 测试目的（1）验证伺服电机的各项性能指标是否符合设计要求；（2）检测伺服电机在长时间运行过程中的稳定性；（3）为伺服电机的生产、维修提供数据支持。

2. 测试内容（1）伺服电机的基本性能测试，如转速、转矩、效率等；（2）伺服电机的动态性能测试，如启动时间、响应时间、过载能力等；（3）伺服电机的控制性能测试，如PID参数调整、电流环、速度环等；（4）伺服电机的安全性能测试，如过温、过压、短路等。

3. 测试方法（1）采用闭环控制，将伺服电机作为执行机构，通过改变输入信号，实现对其性能的测试；（2）利用高精度传感器采集伺服电机的运行数据，通过数据分析和处理，得出测试结果；（3）采用模块化设计，方便测试台的功能扩展和升级。

三、硬件设计1. 伺服电机驱动器选择一款高性能、高可靠性的伺服电机驱动器，用于控制伺服电机的运行。

驱动器应具备以下功能：（1）支持多种通信协议，如Modbus、CANopen等；（2）支持多种控制方式，如位置控制、速度控制、转矩控制等；（3）具备故障诊断和保护功能。

2. 传感器选用高精度、高灵敏度的传感器，用于采集伺服电机的运行数据。

传感器应具备以下特点：（1）测量范围宽，精度高；（2）抗干扰能力强，稳定性好；（3）安装方便，易于维护。

3. 控制系统采用高性能的微控制器作为测试台的控制核心，实现伺服电机的控制、数据采集、处理等功能。

微控制器应具备以下特点：（1）运行速度快，数据处理能力强；（2）支持多种编程语言，如C、C++、Python等；（3）具备丰富的接口资源，便于扩展功能。

4. 显示与操作界面采用触摸屏或液晶显示屏作为操作界面，显示测试结果、实时数据、系统状态等信息。

创新与选作实验一华中数控综合实验台认识实验方案设计2学时，实验方案实施2学时。

一、实验设计参考目标1．了解数控系统的特点、基本组成和应用。

2．了解数控系统常用部件的原理及作用。

3．熟悉数控系统综合实验台；4．了解数控系统综合实验台的连接和基本操作。

二、实验设计参考原理图1-1是华中数控综合实验台外观图，该试验台由数控装置、变频调速主轴及三相异步电动机、交流伺服单元及交流伺服电动机、步进电动机驱动器及步进电动机、测量装置、十字工作台组成。

1．华中数控综合实验台组成图1-2是华中数控综合实验台组成框图，图中除电源接口外，其它接口均可选用。

1）数控装置HNC-21TF数控装置内置嵌入式工业PC机，配置7.7”彩色液晶屏和通用工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口，内嵌式PLC于一体，可自由选配各种类型的脉冲接口、模拟接口的交流伺服单元或步进电动机驱动器。

HNC-21TF数控装置与其它单元的连接见图1-3。

HNC-21TF数控装置各接口见图1-4。

HNC-21TF数控装置软驱单元接口见图1-5，软驱单元提供3.5”软盘驱动器、RS232接口、PC键盘接口、以太网接口（该接口需要通过转接线才能与数控装置连接使用）。

2）变频调速主轴单元变频主轴采用西门子MICROMASTER 440系列的SE6440-2UD21-5AA0变频变频器采用矢量控制，三相交流380V电源，功率范围（恒转矩）1.5KW，输入电流（恒转矩）3.9A，最大输出电流（恒转矩）4.0A，两个模拟量输入0～10V，0～20mA或－10～10V，0～20mA。

电机采用普通三相异步电机，功率0.55KW，转速1390r/m。

3）交流伺服驱动单元交流伺服和交流伺服电机采用松下MINAS A系列的MSDA023A1A伺服单元和MSMA022A1C伺服电动机。

MSDA023A1A与MSMA022A1C构成闭环控制系统，提供位置控制、速度控制、转矩控制三种控制方式（需设置交流伺服参数，并修改相应连线）。

沈阳工业大学科技成果——液压伺服比例运动控制试验台项目简介该试验台以液压阀控缸、阀控马达及泵控马达为平台，对液压伺服运动控制进行试验及控制方法、控制策略研究。

可进行伺服系统的闭环时间响应特性实验、伺服系统频率特性实验、伺服系统误差测量实验、伺服系统控制策略研究实验等。

应用范围可应用于具有液压（流体传动及控制）本科或研究生教学的大专院校及科研院所。

技术特性
该试验台的阀控缸系统为非对称缸，可进行非对称缸的控制特性研究，试验台中所用伺服阀为伺服比例阀，所用泵为比例控制压力、流量复合泵，试验台中配备位移、角位移、压力、力、转速、扭矩、温度、流量等各种传感器，该试验台为计算机控制，自动实现参数的控制、检测及试验数据的记录、处理、分析、报表等工作。

技术水平国内领先
所属领域先进制造
生产使用条件设备中主要液压元件采用进口元器件，其它对生产和使用条件均无特殊要求。

设备本身从动力到控制及执行机构均为常规装置，对环境无任何影响。

市场经济效益预测
属专用试验、研究型设备，现有设备造价50万元人民币左右。

合作方式技术转让、技术开发、技术服务
已推广使用情况已投入使用。