直流电机参数辨识的实验方法.doc11

三直流伺服电动机实验一、实验目的1、通过实验测出直流伺服电动机的参数r a、K e、K T。

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。

二、预习要点1、分析掌握直流伺服电动机的运行原理。

2、如何测量直流伺服电动机的机电时间常数，并求传递函数。

三、实验项目1、测直流伺服电动机的电枢电阻。

2、测直流伺服电动机的机械特性T=f（n）。

3、测直流伺服电动机的调节特性n=f（U a）。

4、测定空载始动电压和检查空载转速的不稳定性。

5、测量直流伺服电动机的机电时间常数。

四、实验方法2、用伏安法测直流伺服电动机电枢的直流电阻图3-1测电枢绕组直流电阻接线图(1) 按图3-1接线，电阻R用屏上900Ω和900Ω串联共3600Ω阻值。

(2) 经检查无误后接通可调直流电源，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3-1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。

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温度，（℃） 4、测取直流伺服电动机的机械特性图3-2 直流伺服电动机接线图(1) 按图3-2接线，图中R f2选用屏上1800Ω阻值，开关S 选用D51， A1、A2选用毫安表、安培表。

(2)把R f2调至最小，开关S 1打开，先接通励磁电源，再接通可调直流电源并调至220V 。

(3) 合上开关S ，调节涡流测功机给电机加载。

调节R f1阻值，使n=n N =1600r/min ，I a =I N =0.8A ，U=U N =220V ，此时电机励磁电流为额定励磁电流。

实验一直流电机实验一、实验目的1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。

2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。

3、熟悉并励电动机的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。

4、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。

5、掌握直流并励电动机的调速方法。

二、预习要点1、如何正确选择使用仪器仪表。

特别是电压表电流表的量程。

2、直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器? 不串接会产生什么严重后果?3、直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置? 为什么? 若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果?4、直流电动机调速及改变转向的方法。

5、什么是直流电动机的工作特性和机械特性？6、直流电动机调速原理是什么？三、实验项目P书231、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。

直流电动机调速及改变转向的方法2、直流并励电动机的起动、调速及改变转向。

3、直流并励电动机工作特性和机械特性保持U=U N和I f=I fN不变，R1=0，测取n、T2、η=f（I a）、n=f（T2）。

4、调速特性（1）改变电枢电压调速（电枢串电阻调速）{选做}保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f（U a）。

（2）改变励磁电流调速保持U=U N，T2=常数，测取n=f（I f）。

{选做}四、实验设备及控制屏上挂件排列顺序1、实验设备序号型号名称数量1 DD03 导轨、测速发电机及转速表 1 台2 DJ23 校正直流测功机 1 台3 DJ15 直流并励电动机 1 台4 D31 直流数字电压、毫安、安培表 2 件5 D42 三相可调电阻器 1 件6 D44 可调电阻器、电容器 1 件7 D51 波形测试及开关板 1 件2、控制屏上挂件排列顺序D31、D42、D41、D51、D31、D44五、实验说明1、由实验指导人员介绍DDSZ-1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。

桂林电子科技大学
实验报告
2015 -2016 学年第二学期
开课单位海洋信息工程学院
适用年级、专业 14级机械设计制造及其自动化
课程名称《机电传动与控制实验》
主讲教师周旋
课程序号 1520624 课程代码 BS1601054X0 实验名称《直流电机认识实验》
学号 1416010516 姓名林亦鹏
直流电机认识实验报告
用三相可调电阻器模块上的1800Ω和180Ω串联共
型直流组合表，量程选用1A档。

开关S选用刀开关及按钮模块上的
直流复励电机。

）经检查无误后接通电枢电源，并调至220V。

调节R使电枢电流达到
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直流电机实验实验一认识实验一．实验目的1．学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。

2．认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。

3．熟悉他励电动机（即并励电动机按他励方式）的接线、起动、改变电机方向与调速的方法。

二．预习要点1．如何正确选择使用仪器仪表。

特别是电压表、电流表的量程。

2．直流他励电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串联起动变阻器？不连接会产生什么严重后果？3．直流电动机起动时，励磁回路连接的磁场变阻器应调至什么位置？为什么？若励磁回路断开造成失磁时，会产生什么严重后果？4．直流电动机调速及改变转向的方法。

三．实验项目1．了解MEL系列电机系统教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安表及直流电动机的使用方法。

2．用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。

3．直流他励电动机的起动，调速及改变转向。

四．实验设备及仪器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）或电机导轨及校正直流发电机3．直流并励电动机M034．220V直流可调稳压电源（位于实验台主控制屏的下部）5．电机起动箱（MEL-09）。

6．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。

五．实验说明及操作步骤1．由实验指导人员讲解电机实验的基本要求，实验台各面板的布置及使用方法，注意调节R 使电枢电流达到0.2A （如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行，如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压U M 和电流I a 。

将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U M 、I a ，填入表1-1。

（3）增大R （逆时针旋转）使电流分别达到0.15A 和0.1A ，用上述方法测取六组数据，填入表1-1。

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 ++。

实验一直流电动机认识实验一、实验目的1．进行电机实验的安全教育和明确实验的基本要求。

2．认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件。

3．学习直流电动机的接线、起动、改变电机转向以及调速的方法。

二、预习内容1．直流电机的结构及工作原理。

2．如何改变电动机的旋转方向。

3．直流电机的转速和哪些因数有关。

三、实验项目1．了解DTSZ-1实验装置中电机实验台上220V直流稳压电源、测功机系统、变阻器、直流电压电流表、并励直流电动机（D17）的使用方法。

2．测量电机的绝缘电阻和绕组的直流电阻。

3．检查和调整电机电刷的位置。

4．进行直流电机的试运转，包括电动机的起动、调速及改变转向实验。

四、实验线路及操作步骤选用并励直流电动机编号为D17，其额定点P N=185W，U N=220V，I N=1.1A，n N=1600r/m，I f＜0.16A1．由实验指导人员讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。

实验装置的使用说明详见其使用说明书。

2．测量电机的绝缘电阻和绕组的冷态直流电阻（1）测量各绕组的绝缘电阻实验所需设备：并励直流电动机（D17），兆欧表（500V）将直流电机与电源断开，分别用兆欧表测量电枢绕组、励磁绕组对地和两绕组之间的绝缘电阻，并记录其数值。

（2）伏安法测量两绕组的冷态直流电阻将电机在室内放置一段时间，用温度计（自备）测量电机绕组端部或铁心的温度。

当所测温度与冷却介质温度（这里指室温）之差不超过2K时，即为实际冷态。

记录此时的温度和测量定子绕组的直流电阻，可计算基温定子相电阻。

流电压表，90Ω/1.3A可变电阻箱量程的选择：测量电枢电阻时，通过电枢电阻的电流一般在电机额定电枢电流，所以直流电流表量程选为2.5A。

直流电压表量程选为50V。

可变电阻器R的阻值选为360Ω（4个90Ω(1.3A)串联）。

测量磁场电阻时，直流电流表量程选为1A。

直流电压表量程选为250V。

可调电阻R的阻值选为540Ω（6个90Ω(1.3A)串联）。

直流电机实验报告【实验目的】1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。

2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法3、熟悉他励电机（既并励电机按他励方式）的接线、启动、改变电机转向与调速方法。

4、掌握用实验方法测定直流发电机的各种运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被测电机的有关性能。

【实验原理图】【实验步骤】按图接线。

MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。

R f1选用D44的900Ω阻值，按分压法接线。

R f2选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。

R1用D44的180Ω阻值。

1直流电动机调速特性（1）电枢绕组串电阻调速1）直流电动机M运行后，将电阻R1调至零，MG励磁电源断开。

2）逐次增加R1的阻值，降低电枢两端的电压Ua（V1），使R1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua，转速n和电枢电流Ia。

3）共取数据8-9组，记录于表1中（2）改变励磁电流的调速1）直流电动机运行后，将M的电枢串联电阻R1和磁场调节电阻R f1调至零，MG励磁电源断开。

2）逐次增加磁场电阻R f1阻值：直至n＝1.3n N，每次测取电动机的n、I f和Ia。

共取7－8组记录于表2中。

直流发电机的空载特性1）把直流发电机MG的负载开关S打开，接通控制屏上的励磁电源开关，将R f2调至使MG励磁电流最小的位置。

2）使直流电动机M电枢串联起动电阻R1阻值最大，R f1阻值最小。

仍先接通控制屏下方左边的励磁电源开关，在观察到M的励磁电流为最大的条件下，再接通控制屏下方右边的电枢电源开关，起动M，其旋转方向应符合正向旋转的要求。

3）电动机M起动正常运转后，将M电枢串联电阻R1调至最小值，将M的电枢电源电压调为220V，调节电动机磁场调节电阻R f1，使发电机转速达额定值1600r/mi，并在整个实验过程中保持此额定转速不变。

4）调节发电机励磁分压电阻R f2，使发电机空载电压达U0＝1.2U N为止。

直流电机的实验报告2-2直流发电机一、实验目的1、掌握用实验方法测定直流发电机的各种运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被试电机的有关性能。

2、通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。

二、预习要点1、什么是发电机的运行特性？在求取直流发电机的特性曲线时，哪些物理量应保持不变，哪些物理量应测取。

2、做空载特性实验时，励磁电流为什么必须保持单方向调节？3、并励发电机的自励条件有哪些？当发电机不能自励时应如何处理？4、如何确定复励发电机是积复励还是差复励？三、实验项目1、他励发电机实验（1）测空载特性保持n=n N使I L=0，测取U0=f（I f）。

（2）测外特性保持n=n N使I f=I fN，测取U=f（I L）。

（3）测调节特性保持n=n N使U=U N，测取I f=f（I L）。

2、并励发电机实验（1）观察自励过程（2）测外特性保持n=n N使R f2=常数，测取U=f（I L）。

3、复励发电机实验积复励发电机外特性保持n=n N使R f2＝常数，测取U＝f（I L）。

四、实验设备及挂件排列顺序1、实验设备2、屏上挂件排列顺序D55-4，D31、D44、D31、D42、D51五、实验方法1、他励直流发电机（必做）按图1-2-1接线。

图中直流发电机G选用DJ13，其额定值PN＝100W，UN ＝200V，IN＝0.5A，nN＝1600r/min。

直流电动机DJ23-1作为G的原动机（按他励电动机接线）。

涡流测功机、发电机及直流电动机由联轴器同轴联接。

开关S选用D51组件上的双刀双掷开关。

Rf1选用D44的1800Ω变阻器，Rf2 选用D42的900Ω变阻器，并采用分压法接线。

R1选用D44的180Ω变阻器。

R2为发电机的负载电阻选用D42，采用串并联接法（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联），阻值为2250Ω。

当负载电流大于0.4 A时用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接。

直流电机实验报告组员：辉尚贵、王喆实验台号：8分工：王喆：实验过程中，负责连接发电机的电路，以及调试、运行。

完成实验数据的整理，处理以及表格的生成。

辉尚贵：实验过程中，负责电动机的电路连接、调试。

完成实验报告的整理，数据分析，规律总结以及实验报告的提交工作。

直流他励直流发电机一、实验目的1、掌握用实验方法测定直流电机的各种特性，并根据运行特性评估电机的相关技能2、观察电机的自励过程和自励的条件二、实验内容（1）测空载特性保持n=n N使I L =0，测取U 0 =f（I f ）（2）测外特性保持n=n N使I f =I f N，测取U=f（I L）（3）测调特性保持n=n N使U=U N，测取I f =f（I L）（他励发电机实验）三、实验原理1、实验工具矫正直流测功机DJ23DJ23参数（国际标准单位）直流并励电动机DJ15直流并励电动机DJ15参数（国际单位）实验步骤1、他励直流发电机如上图连接好电路，图中直流发电机G选用DJ15，其额定值如上表所示直流电动机DJ23-1作为G的原动机（他励），发电机及直流电动机由联轴器同轴联接。

开关S选用D51组件上的双刀双掷开关。

R f1=1800Ω变阻器，Rf2 =900Ω变阻器，R1=180Ω变阻器。

R2=2250Ω。

当负载电流大于0.4 A时用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接。

电枢电流表量程为1A，励磁电流表量程选200mA。

1.1测空载特性1）首先将涡流测功机控制箱的“突减载”开关拨至上端位置或将给定调节旋钮逆时针旋转到底，涡流测功机不加载。

然后打开发电机G的负载开关S，接通控制屏上的励磁电源开关，将R f2调至使G励磁电流最小的位置（即R f2调至最大）。

2）使直流电动机M电枢串联起动电阻R1阻值最大，R f1阻值最小。

仍先接通控制屏下方左边的励磁电源开关，在观察到直流电动机M的励磁电流为最大的条件下，再接通控制屏下方右边的电枢电源开关，起动直流电动机M，其旋转方向应符合正向旋转的要求。

直流电机实验报告
实验概述
本次实验使用由交流电转换成直流电的变频器，结合放大器和电池，将一个带分模拟信号的直流电机变成了一个模拟变频控制直流电机，而该直流电机可以实现定速、变速控制和力矩控制。

实验内容
1. 变频器的内部框架结构拆卸
使用一套完整的工具，按照变频器说明书的操作，拆开变频器，分析系统内部框架结构。

2. 安装变频器调节装置并作相应连接
用电钻安装变频器，打开变频器的控制开关，以检查各节电池和断路器的正确连接，检查直流电机接口的正确安装，最后用电压表检查电源线、共模线、补偿线和市电线的正确连接情况。

3. 编写变频器的软编程，并测试和调试
首先根据电机的负载要求编写软编程，测试各参数的正确性，接下来调试逆变器的参数，让整个系统运行良好，最后再实际操作验证直流电机调速系统到实际控制效果。

4. 控制方式仿真，并分析电机性能
针对直流电机不同的控制方式，分别仿真，得出性能优劣。

考察电机在定速控制，和变速控制中的参数变化，当变频速度达到最大值时，测量输入输出功率曲线，通过测量电机的扭矩曲线来确定电机的驱动能力和功率效率，以期得到有效的电机控制系统。

实验结论
通过本次实验，我们已掌握变频控制直流电机的安装和编程技术。

从实际操作中，可以看出，变频控制能够为电机实现定速控制、变速控制和力矩控制。

此外，研究了直流电机在不同控制方式下的性能，如功率和扭矩等，为电机的正常运行和动力控制提供了重要参考。

电机的参数辨识技术研究引言电机是现代工业中常见的电力驱动装置之一，其参数的精准辨识对于电机的控制和应用有着重要的意义。

电机的参数辨识技术是电机控制领域的重要研究内容之一，本文将对电机的参数辨识技术进行深入探讨。

电机的参数电机的主要参数包括静态参数和动态参数两个方面。

静态参数包括电机的电阻、电感、定子和励磁电感等；动态参数包括电机的转子惯量、摩擦系数、负载惯量等。

准确辨识出这些参数对于电机的控制和性能分析非常重要。

电机的参数辨识方法常用的电机参数辨识方法包括试验法、模型匹配法和神经网络法等。

1. 试验法试验法是通过在实际运行中对电机施加一定的激励信号，并采集响应的电信号进行参数辨识。

常见的试验方法包括阶跃响应试验、频率响应试验和脉冲响应试验等。

这些试验方法可以较为准确地辨识出电机的静态参数，但对于动态参数的辨识效果较差。

2. 模型匹配法模型匹配法是基于电机的数学模型，在实际运行中通过与实际信号进行匹配来辨识电机参数。

常用的模型匹配法包括最小二乘法、极大似然法和递推最小二乘法等。

模型匹配法通常可以同时辨识出电机的静态参数和动态参数，但对于非线性电机的参数辨识较为困难。

3. 神经网络法神经网络法是一种采用人工神经网络进行参数辨识的方法。

通过将电机的输入和输出信号输入到神经网络中，通过网络的学习和优化来辨识出电机的参数。

神经网络方法具有较好的非线性逼近能力，可以克服模型匹配法在非线性电机参数辨识上的困难。

电机参数辨识技术的应用电机参数辨识技术在电机控制和应用领域有着广泛的应用，例如：1.电机控制：电机参数辨识可以为电机控制系统提供准确的参数值，提高电机控制的精度和稳定性；2.故障诊断：通过电机参数辨识可以监测电机的工作状态和健康状况，及时发现故障并进行维修和保养；3.能效优化：电机参数辨识可以帮助评估电机的能效水平，并提出优化建议，实现能效的提升和节能效果的达到。

结论电机的参数辨识技术是电机控制和应用中的重要研究内容，试验法、模型匹配法和神经网络法是常用的电机参数辨识方法。

直流电机实验报告电机实验报告电⽓1209⾼树伦12292002实验⼀：他励直流发电机⼀、实验电路图按图接线：图中直流发电机G 选⽤DJ15，其额定值P N＝100W，U N＝180V，I N＝0.5A，n N＝1600r/min。

校正直流测功机MG 作为G 的原动机（按他励电动机接线）。

MG、G 及TG 由联轴器直接连接。

开关S 选⽤D51组件。

R f1 选⽤D44 的1800Ω变阻器，R f2 选⽤D42 的900Ω变阻器，并采⽤分压器接法。

R1 选⽤D44 的180Ω变阻器。

R2 为发电机的负载电阻选⽤D42，采⽤串并联接法（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联），阻值为2250Ω。

当负载电流⼤于0.4 A 时⽤并联部分，⽽将串联部分阻值调到最⼩并⽤导线短接。

直流电流表、电压表选⽤D31、并选择合适的量程。

⼆、实验器材三、实验步骤（1）测空载特性1）把发电机G 的负载开关S 打开，接通控制屏上的励磁电源开关，将R f2 调⾄使G 励磁电流最⼩的位置。

2）使MG 电枢串联起动电阻R1 阻值最⼤，R f1 阻值最⼩。

仍先接通控制屏下⽅左边的励磁电源开关，在观察到MG 的励磁电流为最⼤的条件下，再接通控制屏下⽅右边的电枢电源开关，起动直流电动机MG，其旋转⽅向应符合正向旋转的要求。

3）电动机MG 起动正常运转后，将MG 电枢串联电阻R1 调⾄最⼩值，将MG 的电枢电源电压调为220V，调节电动机磁场调节电阻R f1，使发电机转速达额定值，并在以后整个实验过程中始终保持此额定转速不变。

4）调节发电机励磁分压电阻R f2，使发电机空载电压达U0＝1.2U N 为⽌。

5）在保持n=n N＝1600r/min 条件下，从U0＝1.2U N 开始，单⽅向调节分压器电阻R f2 使发电机励磁电流逐次减⼩，每次测取发电机的空载电压U0 和励磁电流I f，直⾄I f＝0（此时测得的电压即为电机的剩磁电压）。

直流电机认识实验工作特性与调速性能的测定【实验目的】1、动手操作并熟悉直流电动机的启动方法、调速方法和改变转向的方法。

2、学习用实验方法求取直流电动机的工作特性。

【实验原理图】【实验步骤】1、按电路图接线，经实验指导老师检查无误后，合上励磁电源开关K1（直流励磁开关）观察电流表指示后，作启动准备。

2、降压起动：将R1（启动电阻箱）调到电阻最小位置。

首先电枢电源调压器旋到零位，打开电源开关，缓慢调节旋钮，观察记录电机起动时电流表读数。

3、电枢串电阻起动：将R1调到最大位置，合上电枢电源开关，升压起动到220V，断开电源，电动机停稳后，直接合上电枢电源开关，电机起动时观察记录电流表读数。

比较2、3的起动电流冲击情况。

4、操作电机正、反转方法。

（1）按照步骤“3”将电机起动后，记录此时电机的转向。

（2）将电枢电压换接，再按步骤“3”起动。

观察记录此时电机转向。

（3）将励磁电压换接，再按步骤“3”起动，观察记录此时电机转向。

5、操作电机调速方法（1）将电机起动后，改变电驱电压测取转速变化。

（2）将电压调到额定值220V后，改变R1大小，测取转速的变化。

（3）改变励磁电阻（滑线变阻器）记录励磁电流变化测取转速的变化。

6、测取电机工作特性（机械特性）（1）将电枢电源与励磁电源并在同一控制开关上。

（2）将负载接到发电机电枢两端并将发电机励磁绕组接上电源。

（3）起动电机后，调节R1使空载转速n0等于1500转/分。

（4）加电阻负载记录以下数据（5）逐渐减去负载电阻大小到空载后，将电枢电压从220V调到180V，重复（4）的操作，并记录同样的数据（6）切断电源，实验结束【实验报告】1、写出每一步骤出现的电流、转速变化情况，并用所学理论说明现象原因。

2、绘制（4）、（5）、（6）测取的数据所对应的特性曲线。

3、总结实验的收获、体会。

【思考题】1、为什么增加电流与电动机同轴的直流发电机所带负载电阻，直流电动机电枢电流会增大？2、直流电动机转矩特性为什么是一条直线？它是否通过原点？。

直流电机的检测方法直流电机是一种将直流电能转化为机械能的装置。

为了保证直流电机的正常工作，需要对其进行检测。

本文将介绍直流电机的检测方法。

直流电机的外观检测是最基本的一步。

我们需要检查电机的外壳是否完好，有无变形或破损；检查电机轴的转动是否灵活顺畅，有无卡滞现象。

同时还要检查电机的绝缘状态，包括绝缘材料是否老化、绝缘电阻是否合格等。

我们需要进行电机的电性能测试。

首先是测量电机的电阻，可以使用万用表进行测量。

通过测量电机的电阻值，可以判断电机的绕组是否正常。

接下来是测量电机的电压和电流。

我们需要将电机接入电源电路中，使用电压表和电流表进行测量，以确保电机正常运行时的电压和电流值在合理范围内。

还可以进行电机的负载能力测试。

负载能力是指电机在一定负载下的工作能力。

我们可以通过增加负载来测试电机的负载能力。

当电机在负载下正常工作时，说明电机的负载能力较好。

反之，如果电机在负载下不能正常工作，可能是因为电机功率不足或其他故障。

除了以上测试方法，我们还可以采用故障诊断仪器来检测电机的工作状态。

例如，使用霍尔效应传感器来检测电机的转速，使用温度传感器来检测电机的温度等。

这些仪器可以帮助我们更准确地了解电机的工作情况。

我们还需要对直流电机进行运行试验。

运行试验是指将电机接入正常工作的电路中，观察电机的运行情况。

在运行试验中，我们可以观察电机的启动是否正常，运行是否平稳，是否有异常噪音等。

通过运行试验，可以进一步确认电机的工作状态是否正常。

直流电机的检测方法包括外观检测、电性能测试、负载能力测试、故障诊断仪器检测和运行试验等。

通过这些检测方法，我们可以全面了解直流电机的工作状态，及时发现并解决潜在故障，确保电机的正常运行。

直流电机的实验报告2-2直流发电机一、实验目的1、掌握用实验方法测定直流发电机的各种运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被试电机的有关性能。

2、通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。

二、预习要点1、什么是发电机的运行特性？在求取直流发电机的特性曲线时，哪些物理量应保持不变，哪些物理量应测取。

2、做空载特性实验时，励磁电流为什么必须保持单方向调节？3、并励发电机的自励条件有哪些？当发电机不能自励时应如何处理？4、如何确定复励发电机是积复励还是差复励？三、实验项目1、他励发电机实验（1）测空载特性保持n=n N使I L=0，测取U0=f（I f）。

（2）测外特性保持n=n N使I f=I fN，测取U=f（I L）。

（3）测调节特性保持n=n N使U=U N，测取I f=f（I L）。

2、并励发电机实验（1）观察自励过程（2）测外特性保持n=n N使R f2=常数，测取U=f（I L）。

3、复励发电机实验积复励发电机外特性保持n=n N使R f2＝常数，测取U＝f（I L）。

四、实验设备及挂件排列顺序1、实验设备2、屏上挂件排列顺序D55-4，D31、D44、D31、D42、D51五、实验方法1、他励直流发电机（必做）按图1-2-1接线。

图中直流发电机G选用DJ13，其额定值PN＝100W，UN ＝200V，IN＝0.5A，nN＝1600r/min。

直流电动机DJ23-1作为G的原动机（按他励电动机接线）。

涡流测功机、发电机及直流电动机由联轴器同轴联接。

开关S选用D51组件上的双刀双掷开关。

Rf1选用D44的1800Ω变阻器，Rf2 选用D42的900Ω变阻器，并采用分压法接线。

R1选用D44的180Ω变阻器。

R2为发电机的负载电阻选用D42，采用串并联接法（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联），阻值为2250Ω。

当负载电流大于0.4 A时用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接。

直流电机实验心得直流电机是一种常见的电机类型，其在我们的生活中具有广泛的应用。

通过对直流电机的实验，能够进一步理解直流电机的原理和特性。

在本次实验中，我们使用了直流电源、直流电机驱动器以及直流电机，通过实验测量、分析和总结，深入了解了直流电机的工作原理和特性，下面将详细介绍具体的实验过程和心得体会。

首先，我们进行了直流电机的连接与调试工作。

为了避免直流电机损坏，我们按照说明书中的步骤逐一将直流电源、直流电机驱动器与直流电机连接在一起，并对其进行了调整。

在这一过程中，我们需要注意电缆的连接顺序和正确性，以及电机驱动器中各个开关的设置。

在实际操作中，我们需要仔细观察电机的运动状态，以便判断接线是否正确，同时还需要进行相应设置，调整最合适的电压和电流范围。

在连接完毕后，我们对直流电机进行了短暂的运转测试，以检查电机是否能够正常工作。

接下来，我们进行了直流电机的特性测量。

为了测量直流电机的特性，我们使用了万用表、示波器等仪器，通过实验测量得到了直流电机的空载特性曲线和负载特性曲线。

经过测量和分析，我们得出了直流电机的空载电流、最大效率点电流、短路电流等重要参数，并绘制出了它们的特性曲线图。

在进行特性测量时，我们还需要注意测量数据的精确性和可靠性，以确保实验结果的准确性。

最后，我们对直流电机的性能进行了分析和总结。

通过对实验数据和特性曲线的分析，我们发现直流电机的主要特点是起动电流大，启动扭矩大，而且在负载变化时转速变化小，调速特性良好。

同时，我们还可以根据实验得出的数据和曲线，在实际应用时合理选择电机，以达到最佳的效果和效率。

通过本次实验，我们深入了解了直流电机的工作原理和特性，并对其进行了详细的测量和分析。

在实验中，我们不断调整和优化实验步骤，提高了实验的精度和准确性。

此外，在实验过程中，我们还学习了如何正确操控仪器设备和进行实验设计，加深了对电机原理和性能的理解。

通过这些实践经验和知识学习，我们可以更加深入地了解电器设备和系统，为今后的技术实践和创新奠定坚实的基础。

一、实验目的1. 了解直流电机的结构和工作原理。

2. 掌握直流电机的特性曲线及其测量方法。

3. 学习直流电机的启动、调速和控制方法。

4. 分析直流电机的运行状态，提高电机控制能力。

二、实验器材1. 直流电机：DJ13型，额定电压200V，额定电流0.5A，额定功率100W。

2. 直流电源：可调电压，最大输出电压300V。

3. 电阻箱：可调电阻，最大阻值100Ω。

4. 电流表：量程0-10A，精度0.5级。

5. 电压表：量程0-300V，精度0.5级。

6. 测功机：用于测量电机输出转矩。

7. 计时器：用于测量电机启动时间。

三、实验原理直流电机是一种将直流电能转换为机械能的电机。

其基本结构包括定子、转子和电刷。

当直流电通过电刷和转子绕组时，会产生磁场，从而驱动转子旋转。

四、实验步骤1. 测量电机空载特性：（1）将直流电机接入电路，调节电阻箱，使电机负载为空载状态。

（2）调节直流电源电压，从低到高逐渐增加，记录不同电压下的转速和励磁电流。

（3）绘制空载特性曲线。

2. 测量电机外特性：（1）将直流电机接入电路，调节电阻箱，使电机负载为额定负载。

（2）调节直流电源电压，从低到高逐渐增加，记录不同电压下的转速、励磁电流和电机输出转矩。

（3）绘制外特性曲线。

3. 测量电机调节特性：（1）将直流电机接入电路，调节电阻箱，使电机负载为额定负载。

（2）调节直流电源电压，从低到高逐渐增加，记录不同电压下的转速、励磁电流和电机输出功率。

（3）绘制调节特性曲线。

4. 测量电机启动时间：（1）将直流电机接入电路，调节电阻箱，使电机负载为空载状态。

（2）接通直流电源，记录电机启动时间。

五、实验结果与分析1. 空载特性曲线：从空载特性曲线可以看出，当电压一定时，电机转速随励磁电流的增加而增大。

当励磁电流达到一定值时，电机转速趋于稳定。

2. 外特性曲线：从外特性曲线可以看出，当负载一定时，电机转速随电压的增加而增大。

当电压一定时，电机转速随负载的增加而减小。

实验一、直流电机实验一、实验目的1．掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。

2．掌握直流并励电动机的调速方法。

二、预习要点1．什么是直流电动机的工作特性和机械特性？2．直流电动机调速原理是什么？三、实验项目1．工作特性和机械特性：保持N U U =和fN f I I =不变，测取n 、2T 、)(a I f n =及)(2T f n =。

2．调速特性（1）改变电枢电压调速：保持N U U =、fN f I I =＝常数、2T ＝常数，测取)(a U f n =。

（2）改变励磁电流调速：保持N U U =、2T ＝常数、01=R ，测取)(f I f n =。

（3）观察能耗制动过程四、实验设备及仪器1．MEL 系列电机教学试验台的主控制屏（MEL-I 、MEL-IIA 、B ）2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（MEL-13）或电机导轨及编码器、转速表。

3．可调直流稳压电源（含直流电压、电流、毫安表）。

4．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。

5．直流并励电动机。

6．波形测试及开关板（MEL-05）。

7．三相可调电阻900ΩfR （MEL-03）。

五、实验方法1．并励电动机的工作特性和机械特性实验线路如图1－1所示。

图1－1 直流并励电动机接线图1U ：可调直流稳压电源1R 、f R ：电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于MEL-09。

mA 、A 、V 2：直流毫安、电流、电压表（MEL-06）。

G ：涡流测功机。

s I ：涡流测功机励磁电流调节，位于MEL-13。

○1将1R 调至最大，调至最小，毫安表量程为200mA ，电流表量程为2A 档，电压表量程为300V 档，检查涡流测功机于MEL-13是否相连，将MEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋转到底，打开船形开关，按下绿色“闭合”按钮开关，依次打开励磁电源和可调直流电源开关，按下复位按钮，此时，直流电源的绿色工作发光二极管亮，励磁回路毫安表有读数，指示直流电压已建立，旋转电压调节电位器，起动电动机。

尺度变换下的直流电机参数辨识方法与实验验证聂卓赟; 李兆洋; 詹瑜坤; 郑义民; 蔡荣盛【期刊名称】《《华侨大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(040)005【总页数】9页(P674-682)【关键词】直流电机; 参数辨识; 尺度变换; 阶跃响应【作者】聂卓赟; 李兆洋; 詹瑜坤; 郑义民; 蔡荣盛【作者单位】华侨大学信息科学与工程学院福建厦门361021; 泉州轻工职业学院智能工业系福建泉州362200【正文语种】中文【中图分类】N945.14直流电机因其调速特性好、过载能力强和转速稳定等优点，常作为执行器被广泛应用于各类工业系统中[1-3].在实际应用中，随着系统的长期运行，电机参数会随着系统的磨损和老化而发生变化，导致动态特性变差、静态特性偏离设定工作点[4].国内外学者针对电机模型辨识问题进行了大量研究.聂卓赟等[5]利用观测得到的系统内部状态，在噪声条件下，采用最小二乘法实现二阶系统的在线辨识.郭欣欣等[6]从信号模态分解的角度出发，提出经验模态分解与矩阵束法相结合的同步电机参数辨识方法.韦文祥等[7]设计一种基于扩展状态观测器的闭环转子磁链观测器，并提出以其作为参考模型的模型参考自适应转速辨识方法.黄科元等[8]提出一种结合最小电压矢量注入方法和滑模观测器方法的混合控制策略，实现转子位置的准确辨识.此外，以频率响应和阶跃响应为代表的激励信号辨识方法在直流电机模型辨识中也时有应用[9-10].但在实际应用中,仍需进一步降低参数辨识算法对计算复杂度和过多测试数据的依赖.因此，Nie等[10]针对一类分数阶时滞系统，提出一种基于阶跃响应的3点辨识算法，该方法仅需测量少量数据即可辨识模型参数.本文在文献[10]的基础上，对直流电机进行机理建模，并对机理模型进行标准化转换，从而建立机理模型与标准化模型间的尺度变换关系，通过有限的测试数据辨识直流电机的模型参数.1 直流电机建模与分析直流电机运行是一个复杂的电磁变化过程，其电压和转矩方程分别为(1)式(1)中：Ua为电枢电压；Ra为电枢电阻；Ia为电枢电流;La为电枢电感;Ω(t)为转子转速;ε为反电动势，ε=CeΩ(t)，Ce为电势常数；J为电力拖动系统整个运动部分折算到电动机上的总转动惯量;M为电磁转矩，M=CmIa，Cm为转矩常数,为负载转矩.式(1)为直流电机的理想模型.由于电机存在换向、摩擦、电阻发热等因素，具有一定的非线性特性，文献[11-14]对直流电机的非线性物理模型进行了详细阐述.基于式(1)的机理分析可知:直流电机的电压输入与转速输出之间具有二阶动态特性,考虑电机在空载条件下运行，有ML=0.结合式(1),电机在空载条件下，可以得到驱动电压输入Ua与转速输出Ω的传递函数为其中，ta为电气时间常数，ta=La/Ra；tm为机械时间常数，tm=(JRa)/(CmCe);s为拉布拉斯算子.同时，考虑到直流电机在桥式驱动电路下工作，占空比输入U与电枢电压输出Ua的驱动增益为k，电机响应的延迟时间为L，因此系统的占空比输入U与转速输出Ω的传递函数H(s)可表示为(2)2 基于尺度变换的辨识方法2.1 尺度变换分析将直流电机模型(式(2))写成一般形式，则其传递函数G(s)可以表示为(3)式(3)中：K，L,a，b为待辨识的系统参数，且满足K>0，L>0，a>0，b>0.其中，K的计算式为(4)式(4)中：yr(t)为直流电机转速的阶跃响应；r(t)为控制输入.在考虑控制器的可移植性问题时，Gao[15]讨论控制系统的尺度变换关系，指出不同系统之间存在相互转换的内在联系.Nie等[10]以一类分数阶模型为对象，通过尺度变换,建立实际系统与标准化分数阶模型之间的关系，提出一种分数阶模型辨识方法.在此基础上，结合直流电机的二阶模型特性，建立式(3)的标准化模型即(5)式(5)中：该模型满足根据拉普拉斯变换，有L[f(t)]=F(s)=f(t)·exp(-st)dt.(6)此时，频率域与时间域建立起转换关系.若将时间轴压缩a倍，可得(7)由式(7)可知：若时间轴压缩a倍，对应的复变因子扩展a倍，即尺度变换在时域和频域存在对应关系.结合式(6)，可得(8)推导可得(9)上述推导即为电机模型尺度变换方法的基本原理.若令标准化系统模型的阶跃响应为其中，为τ=0时的时间坐标.令y(t)为辨识模型G(s)的阶跃响应，则有y(t)≈yr(t).根据式(9)，可以得到时域中在时间尺度上的变换关系，即(10)在式(10)的基础上，提出电机模型(式(3))的2种参数辨识方法.1)用尽可能少的测量数据辨识电机模型，给出一种直接参数计算方法.2)在测量数据丰富的条件下，得到最优电机模型，并给出一种优化辨识方法.2.2 直接参数计算法首先,分析标准化模型的阶跃响应特性.标准化模型(式(5))中的参数τ决定系统响应的延迟大小,但不改变响应过程，而参数α决定系统响应的所有动态特性.标准化模型阶跃响应,如图1所示.图1中：y为单位阶跃响应；t为时间.由图1可知：当0<α≤2时，系统阶跃响应有明显振荡，且振荡随着α的增大而减弱；当2<α≤4时，系统处于过阻尼状态，且系统响应随着α的增大而变慢.由此可以推出，当α>4时，系统处于深度阻尼状态，阶跃响应变得非常缓慢，几乎可用一阶惯性模型代替.在标准化对象中，参数范围为0<α≤4能够描述工业对象中二阶系统的振荡和阻尼特性.因此，在τ=0的情况下，获取标准化模型的阶跃响应数据，以描述不同参数α条件下的动态响应特征，且在0<α≤4范围内进行参数辨识.(a)0<α≤2 (b)2<α≤4图1 标准化模型阶跃响应(τ=0)Fig.1 Step response of normalized model (τ=0)在仿真中,获取标准化系统的阶跃响应数据，选取上升阶段数据且其中,βi(i=1，2，3)为满足0<β1<β2<β3<1的设定值.在不同参数α条件下，为描述阶跃响应特征，定义函数其中,(11)选择作为数据获取点.为了提高辨识精度，分别针对0<α≤2和2<α≤4进行分段考虑.不同α条件下的阶跃响应数据，如表1所示.表1 不同α条件下的阶跃响应数据(直接参数计算法)Tab.1 Step response data under different α (direct parameter method)α t1(β1=0.20) t2(β2=0.60)t3(β3=0.95)α t1(β1=0.20) t2(β2=0.60) t3(β3=0.95)0.10.650 61.184 61.568 72.10.835 82.091 75.117 80.20.658 01.211 11.620 52.20.847 52.163 85.489 50.30.665 51.239 01.676 72.30.859 52.238 35.854 70.40.673 21.268 31.737 82.40.871 72.315 16.213 10.50.681 11.299 11.804 72.50.884 22.393 96.564 90.60.689 11.331 61.878 12.60.897 02.474 56.911 00.70.697 41.365 81.959 12.70.910 12.556 77.252 20.80.705 81.401 82.049 12.80.923 52.640 37.589 20.90.714 51.439 92.149 72.90.937 12.725 07.922 81.00.723 31.480 02.262 83.00.951 02.810 88.253 21.10.732 41.522 42.391 03.10.965 22.897 38.581 11.20.741 71.567 22.537 23.20.979 62.984 68.906 61.30.751 21.614 42.705 33.30.994 43.072 49.230 21.40.760 91.664 32.899 63.41.009 43.160 79.55191.50.770 81.716 83.124 73.51.024 63.249 59.872 11.60.781 01.772 23.384 93.61.040 03.338 510.191 01.70.791 51.830 43.682 13.71.056 03.427 910.508 01.80.802 21.891 54.013 63.81.072 03.517 510.825 01.90.813 11.955 44.371 03.91.088 33.607 311.140 02.00.824 32.022 24.742 74.01.104 83.697 311.455 0对表1中的数据进行拟合，可得(12)(13)得到标准化对象阶跃响应特征的函数化描述后，获取电机阶跃响应的3个数据需满足(14)根据时间尺度变换关系建立方程,即(15)当时，联立式(12)～(15)，可得(16)由于系统可能存在高阶动态特性或非线性影响，导致在式(15)中得到L<0.此时，可以认为L=0，即当时，求解参数，可得(17)上述辨识过程中，除直流电机阶跃响应的稳态值外，仅需测量3个响应数据,即可计算模型参数，所需的数据量非常少.2.3 参数优化辨识法对标准化对象的分析可知：α为决定系统动态性能的主导参数.选取合适的主导参数可以更好地描述系统超调及响应快慢特性.在测量数据相对丰富的条件下，进一步给出针对α寻优的参数辨识方法.类似的，先建立描述不同α条件下的标准化模型阶跃响应的特征函数，给出不同βi的取值拟合结果.在仿真中，获取标准化系统阶跃响应数据，并选取上升阶段数据且其中，βi(i=1，2)为满足0<β1<β2<1的设定值.选取β1=0.40，β2=0.60，获取的标准化模型阶跃响应数据,如表2所示.表2 不同α下的标准化模型阶跃响应数据(参数优化辨识算法)Tab.2 Standardized model step response data under different α (parameter optimiza tion identification algorithm)α t1(β1=0.40) t2(β2=0.60)αt1(β1=0.40) t2(β2=0.60)α t1(β1=0.40) t2(β2=0.60)α t1(β1=0.40)t2(β2=0.60)0.10.942 81.184 61.11.133 11.522 42.11.408 42.091 73.11.783 82.897 30.20.958 81.211 11.21.156 31.567 22.21.441 62.163 83.21.826 12.984 60.30.975 51.239 01.31.180 41.614 42.31.475 72.238 33.31.869 03.072 40.40.992 71.268 31.41.205 41.664 32.41.511 02.315 13.41.912 53.160 70.51.010 61.299 11.51.231 41.716 82.51.547 22.393 93.51.956 63.249 50.61.029 21.331 61.61.258 41.772 22.61.584 42.474 53.62.001 23.338 50.71.048 41.365 81.71.286 31.830 42.71.622 52.556 73.72.046 33.427 90.81.068 41.401 81.81.315 31.891 52.81.661 62.640 33.82.091 93.517 50.91.089 11.439 91.91.345 31.955 42.91.701 52.725 03.92.137 83.607 31.01.110 71.480 02.01.376 32.022 23.01.742 32.810 84.02.18413.697 3根据表2数据，拟合得到f2(α)的更新函数，即(18)获取电机阶跃响应的若干数据，使其满足在α∈(0，4]范围内寻优，使y(t)，yr(t)积分平方误差(ISE)最小.求解优化问题为(19)由此得到最优解α和最优系统参数.2.4 算法与实施2.4.1 直接参数计算法,适用于测量数据较少的情况.该方法有以下4个计算步骤. 步骤1 设置βi值，取β1=0.20，β2=0.60，β3=0.95，通过式(4)计算增益K.步骤2 获取被测对象阶跃响应数据(t1,t2,t3)，同时,满足式(14)的3个条件.步骤3 通过式(11)，求出p,q值.步骤4 通过式(16)或(17)，计算参数a，b，L.2.4.2 参数优化辨识算法,适用于测量数据丰富的情况.该方法有以下3个计算步骤. 步骤1 设置βi值，取β1=0.40，β2=0.60，通过式(4)计算增益K.步骤2 获取被测对象阶跃响应数据(包括t1，t2)，其中，2个数据满足步骤3 在α∈(0，4]范围内寻优，使指标最小，并在最优参数α取值下，计算参数a，b，L.备注1 上述2类算法中，选取合适的拟合函数在辨识过程中起到重要的作用，这将直接决定辨识参数的准确性.同时，在保证良好拟合精度的条件下，选取不同βi 值，理论上也适用于上述辨识方法.文中在βi值的选取及函数拟合上进行了大量的仿真实验，得出较好的拟合结果，在算法应用和实施过程中，可以直接使用文中给出的拟合函数.备注2 系统实际运行时，噪声在传感器的测量中难以避免；同时，电机控制中产生的脉宽调制(PWM)信号，极易引入高频噪声.因此，在辨识前，需要对测量数据进行滤波处理，削弱高频噪声对辨识结果的影响.此外，在上述2类算法中，部分采样数据要求满足式(14)或的条件，在有效采样步长和测量噪声的条件下，难以满足上述条件.为解决这个问题，需要先对滤波后的数据进行线性插值处理，得到满足式(14)或的采样数据后,再进行参数辨识计算.备注3 Gao[15]讨论了不同传递函数之间的尺度关系，指出一阶或二阶的无零点线性时不变对象，传递函数之间存在时间尺度的转换，同时，还指出这种尺度关系可以用于控制器设计.Nie等[10]基于时间尺度变换，讨论一类分数阶时滞系统的参数辨识.在此基础上，文中进一步讨论二阶系统的辨识问题，这与常规的系统辨识方法完全不同.此外，文中提出的2类算法适用于不同情况，即当测量数据较少时，直接参数计算法能够快速地计算系统的模型，简单实用；当测量数据较多时，参数优化辨识算法能够得到更加精确的系统模型，但计算量增加.3 仿真结果与分析为了说明文中所提2类辨识方法的一般适用性.先考虑一般对象辨识的仿真研究，包括一类高阶对象和非最小相位对象.例1 高阶对象例2 非最小相位对象在仿真环境中，设定系统单位阶跃输入信号，并在系统输出端加入一定测量噪声，获取系统G1(s)，G2(s)的阶跃响应数据.上述对象的辨识过程可以当作对高阶系统的模型降阶，将其辨识成典型的二阶系统,其辨识结果,如表3所示.表3 对象G1(s)，G2(s)的辨识结果Tab.3 Identification results for G1(s)，G2(s)对象直接参数计算法参数优化辨识算法脉冲响应辨识[16]高阶对象1750.4s2+48.2s+1e-20.84s1725.4s2+49.5s+1e-20.93s1695.3s2+49.96s+1e-20.5s非最小相位对象2.151 902s2+70.67s+1e-28s2.151 859.1s2+71.7s+1e-28.79s2.151 875s2+73.5s+1e-27.5s(a)G1(s) (b)G2(s)图2 辨识模型阶跃响应比较Fig.2 Step response comparison of resultant models(a)G1(s) (b)G2(s)图3 辨识模型频率响应比较Fig.3 Frequency response comparison of resultant models辨识模型与原系统的阶跃响应、频率响应的比较,如图2,3所示.由图2,3可知：在噪声条件下，文中所提的2类基于阶跃响应辨识方法仍然具有良好的辨识精度，能够很好地用于模型降阶；与一类基于脉冲响应的方法[16]进行对比，虽然在时域响应上具有类似的精度，但在频域响应上，文中所提的优化辨识方法能够更加准确地描述系统的频率特性.由图2,3还可知：对于非最小相位对象，主要的辨识误差来源于右半平面的非最小相位零点，而在文中所提的阶跃响应辨识方法中，非最小相位零点引起的反向超调可以作为时滞因子进行描述，从而减小对最小相位部分的模型辨识的影响，但该处理方法在频域响应上必然引起相位偏差(对G2(s)的辨识结果可以得出)，辨识模型精度在时域响应和频域响应上存在相互均衡的特点.4 直流电机参数辨识实验图4 直流电机系统实物图图5 阶跃响应输出和辩识模型输出比较Fig.4 Direct current motor platform Fig.5 Comparison of step response output and identification model output为验证文中所提方法对直流电机模型辨识的有效性，搭建的直流电机系统，如图4所示.图4中：直流电机型号为RF-37；额定电压为12 V；采用TB6612FNG型芯片(日本东芝半导体公司)作为电机驱动器件；输入信号为0-1的PWM占空比，其中，驱动电路增益作为电机的放大系数进行辨识；电机转速由增量型光电编码器进行测量.虽然在驱动电路中采用了光耦隔离方式(减少脉冲检测阶段引入的噪声)，但测量噪声仍难以避免.在对转速测量的粗大误差进行判断和剔除后，得到的转速输出Ω.阶跃响应输出和辩识模型输出比较，如图5所示.通过对电机系统进行多次阶跃响应输出，发现在噪声条件下,电机转速输出具有以下2个特性.1)电机响应初期，转速快速上升，在有限步长条件下,获取转速数据较少，由于转速变化率较大，测量噪声对系统的影响相对较小.为获取数据，需要对测量数据进行插值和拟合处理.综上所述，基于上升阶段的数据受到噪声影响相对较小，在插值处理后，能够很好地用于参数辨识.2)电机响应进入稳态阶段，变化较为平缓，测量噪声对转速输出的影响密集且稳定，可以近似当作一类期望为0的白噪声处理.此时，式(19)给出的优化辨识对测量噪声具有均值处理效果，噪声对辨识结果的影响非常小.利用直接参数计算法辨识电机模型.首先，设置βi值，并根据式(4)计算出增益K=112；然后，在转速输出数据中，选取yr(t1)=Kβ1=22.4，yr(t2)=Kβ2=67.2，yr(t3)=Kβ3=106.4，有t1=0.039 2，t2=0.071 4，t3=0.143 7.根据式(16)或式(17)及拟合函数(式(12)，(13))，求得标准化对象的关键参数α=1.966，电机模型参数a=7.271×10-4，b=0.053 29，L=0.017.因此，辨识所得模型为利用参数优化辨识方法辨识电机模型.首先，设置βi值，并计算系统增益K；然后，选取yr(t1)=Kβ1=44.8，yr(t2)=Kβ2=67.2，有t1=0.053 2,t2=0.071 4.在更新式(18)的f2(α)后，求解优化问题可以求得标准化对象的关键参数α=2.86，以及电机模型的参数a=3.296×10-4，b=0.051 92，L=0.022.因此，辨识所得模型为当输入信号频率ω为1，10时，转速输出转速输出与辨识模型G1(s),G2(s)输出的比较，分别如图6所示.由图6可知：辨识模型在低频段能很好地描述电机的响应特性，但随着输入信号频率的增大，实际系统中存在较为明显的被激励的非建模动态和非线性特性，在系统输出上，主要体现在相位滞后和幅值误差，但辨识模型仍能较好地反映该电机系统的响应特性，可以为直流电机的转速闭环反馈控制提供准确的系统模型.由图6还可知：辨识模型能很好地反映实际电机系统的阶跃响应输出.(a)ω=1 (b)ω=10图6 转速输出与辨识模型输出比较Fig.6 Output speed compared with identification model output5 结束语提出直接参数计算方法和参数优化辨识方法作为电机系统参数辨识的2类方法.在实际运行条件下，由于电机模型具有驱动放大系数和响应时延的特性，因此,建立电机系统与一类标准化对象之间的频域/时域尺度变换关系,并分析标准化对象的阶跃响应特征与主导参数之间的关系，同时，定义并拟合反映阶跃响应特征的函数. 参考文献：【相关文献】[1] 张琛.直流无刷电动机原理及应用[M].2版.北京：机械工业出版社，2007.[2] 张凤阁，杜光辉，王天煜,等.高速电机发展与设计综述[J].电工技术学报，2016，31(7):1-18.DOI:10.3969/j.issn.1000-6753.2016.07.001.[3] 王维强，曾晓松，夏茂树.电动汽车永磁无刷直流电机控制器设计[J].华侨大学学报(自然科学版)，2019，40(1):20-25.DOI:10.11830/ISSN.1000-5013.201808005.[4] 洪雪梅，郑力新.采用工业以太网的直流电机控制系统[J].华侨大学学报(自然科学版)，2012，33(5):506-508.DOI:10.11830/issn.1000-5013.2012.05.0506.[5] 聂卓赟，郭东生，刘瑞娟，等.基于扩张状态观测器的可调系统参数辨识与实验研究[J].控制与决策，2017，32(10):1905-1909.DOI:10.13195/j.kzyjc.2016.0918.[6] 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