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自动化运动控制实验

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1 评分： 广东石油化工学院

《运动控制技术》 实 验 报 告

学生姓名： 高庆辉 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气08-1班 学 号： 08034020117 指导教师： 杨 柏 松

计算机与电子信息学院 实验日期：2012年1月 2

实验一 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 一．实验目的 1．了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情况。 2．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。 3．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。

二．实验内容 1．测定晶闸管直流调速系统主电路电阻R 2．测定晶闸管直流调速系统主电路电感L 3．测定直流电动机—直流发电机—测速发电机组（或光电编码器）的飞轮惯量GD2 4．测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td 5．测定直流电动机电势常数Ce和转矩常数CM 6．测定晶闸管直流调速系统机电时间常数TM 7．测定晶闸管触发及整流装置特性Ud=f (Uct) 8．测定测速发电机特性UTG=f (n)

三．实验系统组成和工作原理 晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。 本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压，改变Ug的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。

四．实验设备及仪器 1．MCL系列教学实验台主控制屏。 2．MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。 3．MCL—33(A)组件（适合MCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ）。 4．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机 5．MEL—03三相可调电阻器(或自配滑线变阻器450，1A) 6．双踪示波器 3

7．万用表 8．直流电动机M03

五．注意事项

1．由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。 2．为防止电枢过大电流冲击，每次增加Ug须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。 3．电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。

六．实验方法

1．电枢回路电阻R的测定 电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻Ra，平波电抗器的直流电阻RL和整流装置的内阻Rn，即R=Ra+RL+Rn 为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如图1-1所示。 将变阻器RP（可采用两只900Ω电阻并联）接入被测系统的主电路，并调节电阻负载至最大。测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。 MCL-31的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。调节偏移电压电位器RP2，使=150°。 合上主电路电源开关，使主控制屏输出电压Uuv=220v。 调节Ug使整流装置输出电压Ud=（30~70）Ued（可为110V），然后调整RP使电枢电流为（80~90）Ied，读取电流表A和电压表V的数值为I1,U1，则此时整流装置的理想空载电压为 Udo=I1R+U1 调节RP，使电流表A的读数为40% Ied。在Ud不变的条件下读取A，V表数值，则 Udo=I2R+U2 求解两式，可得电枢回路总电阻 R=(U2-U1)/(I1-I2) 如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得 RL+Rn=(U’2-U’1)/(I’1-I’2) 则电机的电枢电阻为 Ra=R（RL+Rn）

同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻RL 。 2．电枢回路电感L的测定 电枢电路总电感包括电机的电枢电感La，平波电抗器电感LL和整流变压器图1-1 电枢回路电阻R的测定 4

漏感LB，由于LB数值很小，可忽略，故电枢回路的等效总电感为 L=La+LL 电感的数值可用交流伏安法测定。电动机应加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如图1-2所示。 输入某单相交流电压(如UUN)，用交流电压表和交流电流表分别测出通入交流电压后电枢两端和电抗器上的电压值Ua和UL及电流I（可取0.5A），从而可得到交流阻抗Za和ZL，计算出电感值La和LL。 实验时，交流电压的有效值应小于电机直流电压的额定值， Za=Ua/I ZL=UL/I

图1-2 电枢回路电感L的测定 3．直流电动机—发电机—测速发电机组的飞轮惯量GD2的测定。 电力拖动系统的运动方程式为 dtdnGDMML/)375/(2 式中 M—电动机的电磁转矩，单位为N.m; ML 负载转矩，空载时即为空载转矩MK，单位为N.m; n  电机转速，单位为r/min; 电机空载自由停车时，运动方程式为 dtdnGDMK/)375/(2 故 dtdnMGDK//3752 式中GD2的单位为Nm2. MK可由空载功率（单位为W）求出。 nPMKK/55.9 RIUaIPKKK2 dn/dt可由自由停车时所得曲线n= f (t)求得，其实验线路如图1-3所示。 5

图1-3 转动惯量GD2的测定和系统机电时间常数Tm的测定 电动机M加额定励磁。 MCL-18的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。 合上主电路电源开关，使主控制屏输出电压Uuv=220v。 调节Uct，将电机空载起动至稳定转速后，测取电枢电压Ud和电流IK，然后断开Uct，用记忆示波器拍摄曲线，即可求取某一转速时的MK和dn/dt。由于空载转矩不是常数，可以转速n为基准选择若干个点（如1500r/min，1000r/min），测出相应的MK和dn/dt，以求取GD2的平均值。 电机为1500r/min。 Ud（v） IK（A） dn/dt PK MK GD2 230 0.1 0.8 电机为1000r/min。 Ud（v） IK（A） dn/dt PK MK GD2 153 0.1 0.75

4．主电路电磁时间常数的测定 采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数Td，电枢回路突加给定电压时，电流id按指数规律上升 )1(/TdtddeIi 其电流变化曲线如图45所示。当t =Td时，有

dddIeIi632.0)1(1 实验线路如图14所示。

MCL-18的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。 合上主电路电源开关，使 6

主控制屏输出电压Uuv=220v。 电机不加励磁。 调节Uct，监视电流表的读数，使电机电枢电流为(50~90)Ied。然后保持Uct不变，突然合上主电路开关，用光线示波器拍摄id=f(t)的波形，由波形图上测量出当电流上升至63.2 稳定值时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数Td。 5．电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定 将电动机加额定励磁，使之空载运行，改变电枢电压Ud，测得相应的n，即可由下式算出Ce Ce=Ke=(Ud2-Ud1)/(n2-n1) Ce的单位为V/(r/min) 转矩常数(额定磁通时)CM的单位为N.m/A，可由Ce求出 CM=9.55Ce 6．系统机电时间常数TM的测定 系统的机电时间常数可由下式计算 MCeLRGDTm375/)(2 由于Tm>>Td，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即 UdTmSKn)1/( 当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n到达63.2稳态值时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。 测试时电枢回路中附加电阻应全部切除。 MCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。 合上主电路电源开关，使主控制屏输出电压Uuv=220v。 电动机M加额定励磁。 调节Uct，将电机空载起动至稳定转速1000r/min。然后保持Uct不变，断开主电路开关，待电机完全停止后，突然合上主电路开关，给电枢加电压，用光线示波器拍摄过渡过程曲线，即可由此确定机电时间常数。 7．晶闸管触发及整流装置特性Ud=f(Ug)和测速发电机特性UTG=f(n)的测定 实验线路如图13所示。 电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压Uct，分别读取对应的、UTG 、n、Ud的数值若干组，即可描绘出特性曲线UTG=f(n)。 n（r/min） 404 688 874 997 1300 UTG（V） 3.14 5.13 6.45 7.28 9.38 Ug（V） 0.71 0.89 1.04 1.14 1.55 Ud（V） 61.4 103.3 129.7 147.2 192.5

图1-4 主电路电磁时间常数测定 7

实验总结：通过本次实验，让我了解晶闸管直流调速系统和它的组成和基本的结构,掌握了晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法.让我对所学的知识有了更好地巩固和加深。 8

实验二 不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 一．实验目的 1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。 2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。 3．学习反馈控制系统的调试技术。

二．预习要求 1．了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。 2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。

三．实验线路及原理

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直线一级倒立摆系统实验指导书自动控制综合实验(2)

直线一级倒立摆系统实验指导书自动控制综合实验(2)

直线一级倒立摆系统实验指导书—自动控制综合实验（2）基于固高科技生产的GLIP2001直线一级倒立摆北京邮电大学自动化学院林雪燕2015年5月1 实验目的和要求自动控制理论实验主要目的是通过实验进一步理解自动控制理论的基本概念，熟悉和掌握控制系统的分析方法和设计方法，掌握常用工程软件使用，如MATLAB、LabVIEW等。

本实验指导书以典型控制理论实验设备直线一级倒立摆为被控对象，通过控制摆杆角度和小车位移，使学生理解和掌握自动控制理论的基本原理和应用方法。

实验共覆盖了自动控制理论中的机理法建模、时域法分析和校正、根轨迹法分析和校正、频域法分析和校正、复合校正、状态空间分析、状态反馈、LQR控制等内容。

本实验指导书主要针对现代控制理论之用。

通过选择不同方法，确定不同参数，观察实验效果，可以深入理解控制方法之间的差异以及参数对控制系统性能指标的影响。

1.1 实验准备实验准备是顺利完成实验内容的必要条件。

实验准备的主要内容包括如下的几个方面： （1） 复习实验所涉及的MATLAB 软件和自动控制理论知识；（2） 熟悉实验的内容和步骤；（3） 根据实验要求，作必要的理论分析与推导，做好实验预习。

1.2 实验报告内容实验报告包含以下的内容。

可根据实验的具体情况和要求进行适当调整。

（1） 实验名称，目的，要求，设备等（2） 有软仿真结构图、结果及分析；（2） 实验数据及图表齐全；（3） 实验结果及分析；（4） 回答思考题；（5） 实验研究的体会和收获，对实验的意见或建议。

1.3 安全注意事项（1）实验之前一定要做好预习。

（2）一定要将摆杆牢固安装到位。

（3）为了避免设备失控时造成人身伤害，操作时人员应该与设备保持安全距离，不要站在摆的两端。

（4）实验前，确保倒立摆放置平稳；要检查摆杆的可能摆动范围，确保不会发生碰撞。

（5）如果发生异常，马上关闭电控箱电源。

（6）系统运行时禁止将手或身体的其他部位伸入小车运行轨道之间。

机器人运动控制技术研究及应用

机器人运动控制技术研究及应用

机器人运动控制技术研究及应用一、引言随着科学技术的不断发展和人们对生产效率的要求越来越高，机器人技术作为一种新型的生产力越来越受到人们的关注和重视。

机器人是一种能够根据程序自主运动的智能机器，其应用领域广泛，包括智能制造、航天、医疗、军事及危险区域探测等，机器人运动控制技术是机器人技术中的一项重要研究内容，也是机器人性能优化和应用实现的关键。

二、机器人运动控制技术的研究现状机器人运动控制技术研究是现代机器人技术中的重要研究方向，其目标是实现机器人在复杂环境下进行准确、灵活和高效的运动控制。

目前已经取得了一系列的技术突破，主要表现在以下几个方面：1.人机交互控制人机交互控制是使机器人能够理解人类语言和动作，根据人类的指令和行动来实现运动控制的技术。

该技术的发展使得实现机器人操作更加自然、高效和普通，有利于提高机器人的使用效率和降低使用门槛。

2. 轨迹规划和优化轨迹规划和优化是对机器人移动轨迹进行规划和优化，以实现在复杂环境中精确和高效的运动控制。

该技术的目的是优化机器人的运动路径，提高机器人的速度和准确性，从而提高机器人的生产效率和使用效率。

3.机器人动态控制机器人动态控制是一种通过控制机器人的外部输入，来控制机器人的运动状态的技术。

该技术可以实现机器人的运动平衡，提高机器人的稳定性和精度，为机器人在不稳定环境下的运动控制提供支持。

三、机器人运动控制技术的应用机器人运动控制技术的应用非常广泛，具体如下：1. 智能制造领域机器人运动控制技术在智能制造领域中的应用越来越广泛。

机器人作为最熟悉的可编程自动化设备之一，可以在制造工艺中实现高度灵活性、高瞬时响应性和高过程质量，提高制造效率和产品的精度和质量。

2. 医疗和康复领域机器人运动控制技术在医疗和康复领域的应用，已经开始形成一种新趋势。

通过机器人运动控制技术，可以开发出一系列辅助治疗装置，如针对缺血性偏瘫，运用机器人控制手臂进行康复训练，有效促进神经再生并提高肢体功能。

自动控制原理实验指导书

自动控制原理实验指导书

自动控制原理实验指导书内蒙古工业大学电力学院自动化系2012年10月目录实验一典型环节模拟及二阶系统的时域瞬态响应分析 (1)实验二频率特性的测试 (8)实验三控制系统的动态校正 (12)实验四非线性系统的相平面分析 (14)实验五状态反馈 (20)TKKL—1型控制理论电子模拟实验箱使用说明书 (23)实验一 典型环节模拟及二阶系统的时域瞬态响应分析一、实验目的1．通过搭建典型环节模拟电路，熟悉并掌握控制理论电子模拟实验箱的使用方法。

2．了解并掌握各典型环节的传递函数及其特性，掌握用运放搭建电子模拟线路实现典型环节的方法。

3．掌握二阶系统单位阶跃响应的特点，理解二阶系统参数变化对输出响应的影响。

二、实验仪器1．控制理论电子模拟实验箱一台；2．超低频扫描示波器一台；3．万用表一只。

三、实验原理1．典型环节的传递函数及其模拟电路图（1）比例环节图1-1 比例环节的方框图比例环节的方框图如图1-1所示，其传递函数为()()C s K R s （1-1）比例环节的模拟电路图如图1-2所示，其传递函数为21()()R C s R s R = （1-2） 比较式（1-1）和式（1-2），得：21R K R =图1-2 比例环节的模拟电路图当输入为单位阶跃信号，即()1()r t t =时，由式（1-1）得输出() (0)c t K t =≥，其输出波形如图1-3所示。

图1-3 比例环节的单位阶跃响应（2）积分环节图1-4 积分环节的方框图积分环节的方框图如图1-4所示，其传递函数为()1()C s R s Ts= （1-3）图1-5 积分环节的模拟电路图积分环节的模拟电路图如图1-5所示，其传递函数为()1()C s R s RCs= （1-4） 比较式（1-3）和式（1-4），得：T RC =当输入为单位阶跃信号，即()1()r t t =时，由式（1-3）得输出1()c t t T= 其输出波形如图1-6所示。

d25巡线小车实训报告

d25巡线小车实训报告

d25巡线小车实训报告一、引言巡线小车是一种能够沿着指定线路自主行驶的智能机器人，广泛应用于工业自动化、仓储物流等领域。

本实训报告将详细介绍d25巡线小车的设计原理、实验步骤和实验结果，以及对其性能的评估。

二、设计原理d25巡线小车采用了红外线传感器来检测地面上的黑线，通过对传感器信号的处理，可以确定小车应该向左转、向右转还是保持直行。

小车的控制系统基于单片机，通过PWM信号控制电机的转速和方向，从而实现小车的运动控制。

三、实验步骤1. 硬件搭建我们需要按照指导手册上的要求，将d25巡线小车的各个零部件组装起来。

这包括安装电机、红外线传感器、电池等。

在组装过程中，需要注意零部件的连接方式和安装位置，确保小车能够正常运行。

2. 系统调试完成硬件搭建后，我们需要对小车的控制系统进行调试。

首先，将小车连接到电脑上，通过编程软件对单片机进行烧录，确保程序能够正确运行。

然后，将小车放置在黑线上，观察传感器的输出信号是否能够准确地检测到黑线。

3. 运动控制在系统调试完成后，我们可以开始进行小车的运动控制实验。

首先，编写控制程序，根据传感器的输出信号来确定小车的运动方向。

然后，将小车放置在一条弯曲的黑线上，观察小车能否按照预期的路径进行行驶。

4. 性能评估为了评估d25巡线小车的性能，我们可以进行一系列的实验。

例如，可以测试小车在不同颜色和宽度的线路上的行驶稳定性；可以测试小车在不同角度的转弯时的准确性；还可以测试小车在不同速度下的响应能力等。

通过这些实验，我们可以了解小车的性能表现，并对其进行改进和优化。

四、实验结果经过一系列的实验，我们得到了如下的实验结果：1. d25巡线小车可以准确地检测到黑线，并按照预期的路径进行行驶。

2. 小车在直线行驶时稳定性较好，但在转弯时可能会有一定的偏差。

3. 小车对于较宽的黑线和较深的颜色有较好的识别能力，但对于较窄的黑线和较浅的颜色可能会有一定的误判。

五、性能评估与改进根据实验结果，我们可以评估d25巡线小车的性能，并提出一些改进措施。