伺服电机实验

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。

2）熟悉与六脉冲型空间电压矢量控制方式有关的信号波形。

2.2实验原理

前面介绍的SPWM控制方法和三次谐波注入PWM控制方法都是主要着眼于使逆变器输出电压尽量接近正弦波，最终目的是在空间产生圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。如果直接针对这一目标，把逆变器和异步电动机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制PWM电压，这样的控制方法就叫做“磁链跟踪控制”，磁链的轨迹是靠电压空间矢量相加得到的，所以又称“电压空间矢量控制”。

在变压变频调速系统中，异步电动机由三相PWM逆变器供电，这时，供电电压和三相正弦电压有所不同。为使电动机对称工作，必须三相同时供电，即在任一时刻一定有处于不同桥臂下的三个器件同时导通，而相应桥臂的另三个功率器件则处于关断状态。对于每一个桥臂都有两种工作状态，那就是“上管导通，下管关断”和“下管导通，上管关断”，前者称为“1”状态，后者称为“0”状态。这样从逆变器总的拓扑结构看，共有8种工作状态，那就是001、010、011、100、101、110、111、000。其中111表示三个桥臂都是上管通，下管断，而000则表示三个桥臂都是下管通，上管断，在这两种情况下，电动机的绕组都不和电源连接，但是从控制电动机的运行的角度来看，这两种开关状态也并非是完全无意义的。这两种工作状态所对应的电压矢量称为零矢量，而另外六种开关状态所对应的矢量称为非零矢量。

如果逆变器顺序地按照 100、110、010、011、001、101的工作状态运行，那么电动机的旋转磁场是正六边形的。

从前面的分析可以看出，如果希望改变电动机磁场的旋转速度，只需要改变中的每种开关状态作用时间Δt，但是问题也就由此产生了。由于电压矢量的幅值只取决于直流母线电压，可以看作是固定的，因此可以认为，无论在正六边形的哪一条边上，磁链矢量端点的运行的线速度是固定的，作用时间Δt的改变必然会使得磁链矢量端点的运行的距离发生改变，也就是六边形的边长发生了改变。归根到底一句话，如果单纯地改变作用时间Δt，将会使得磁通变大或者变小，这显然是不符合恒磁通变频调速的要求的。

零矢量的作用在这里就体现出来了。零矢量作用电动机绕组，磁链端点原地踏步，停止不前，如果在正六边形的条边上，在非零矢量作用的同时，均匀地插入零矢量，让电动机的磁链端点“走走停停”，就可以改变磁链运行速度，而不改变磁链的运行轨迹，从而实现了恒磁通变频调速。

可以把磁链端点在六边形的每个边上的运行时间Δt分成两个部分，Δt1和Δt2，Δt1是零矢量作用的时间，Δt2是非零矢量作用的时间，在恒磁通的前提下通过插入零矢量来改变

磁链端点的运行速度的本质是改变零矢量的作用时间Δt2，而非零矢量的作用时间Δt1是不变的。

改变非零矢量的作用时间Δt1与总的作用时间Δt的比值，就既改变了输出电压的频率，同时也改变了输出电压的幅值。

2.3 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。

2.4 实验步骤

1)接通电源，打开开关。

2)将P07号参数设置为10，选择六脉冲电压矢量控制方式。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，观察三角波载波信号，并估算其频率（在测试孔24）。

4)观测“电压矢量合成”环节输出的波形。

5）观测磁链旋转轨迹的波形。

五、实验结论

实验二无刷电机控制系统实验

1 转子位置检测和电子换相的实验

1．1实验目的

1）了解无刷电机内部结构

2) 掌握无刷电机换向工作原理

1．2实验原理

无刷直流电机与普通永磁直流电机相比，从结构上，可以认为是定子和转子互换了位置，三相无刷直流电动机驱动器内部包含有电子换相器主电路---三相H形桥式逆变器、换相控制逻辑电路、PWM调速电路以及过流等保护电路，系统结构框图如图1。

三相永磁无刷直流电动机的转子位置传感器输出信号H a、H b、H c在每360o电角度内给出了6个代码，换相控制逻辑电路接收转子位置传感器的输出信号H a、H b、H c，并对其进行译码处理，给出电子换相器主回路（三相桥式逆变器）中6个开关管的驱动控制信号。

H a、H b、H c给出的6个代码顺序是101、100、110、010、011、001。这一顺序与电动机的转动方向有关，如果转向反了，代码出现的顺序也将倒过来。所以，换相控制逻辑电路还应当接收电动机的转向控制信号DIR，这也是一个逻辑信号，高电平控制电动机正转，低电平控制电动机反转。

速度

图1.1 开环型三相无刷直流电动机驱动系统框图

H a、H b、H c给出的6个代码与6个“定子空间扇区”是一一对应的关系。为了得出换相控制逻辑电路中的逻辑关系，不失一般性，可以假定六个代码101、100、110、010、011、001分别与1、6、5、4、3、2号扇区相对应。

根据以上的条件，可以得出表1。

1．3实验设备及仪器

1）全数字伺服系统实验装置，本控制系统电机采用南京强辰电机配件厂生产的无刷电机，其技术参数如下，

2）双踪示波器一台。

1.4 实验步骤

1）打开控制电源，此时默认为开环状态，这时操作台面板上会有霍尔信号指示灯点亮，同时三组桥臂六个开关管中也会有两盏灯点亮，分别位于不同桥臂上的高压侧和低压侧。

2）把方向开关拨至正转，转动电机输出轴，观察霍尔信号指示灯和开关管开关状态指示灯的变化，开关管开关状态指示灯亮表明该开关管导通，反之，表明截止。

3）霍尔信号指示灯点亮记为1，熄灭记为0，把三相霍尔信号的状态和导通的开关管号码关系，记录变化关系。

4）把方向开关拨至反转，重复（2）（3）

1.5 实验结论

1）由于电机共有5对极，所以一个机械周期共有5个电周期，每个电周期又对应6个状态，因此每转动12度电机输出状态就改变一次。因此用手转动电机轴时幅度不宜过大。

2) 根据记录的实际的开关管换相状态，验证了换相理论。

3）功率管换相时开关状态逻辑表达式：

K1=H a/H b DIR+/H a H b/DIR

K2=/H b H c DIR+H b/H c/DIR

K3=/H a H c DIR+H a/H c/DIR

K4=/H a H b DIR+H a/H b/DIR

K5=H b/H c DIR+/H b H c/DIR

K6=H a/H c DIR+/H a H c/DIR

1．6 撰写实验报告

2 正反转调速实验

2．1实验目的

1） 了解无刷电机正反转调速工作原理 2） 了解通常使用的PWM 频率范围。 2．2实验原理

无刷直流电动机，加上电子换相器（包括换相器的主回路---逆变器和换相控制逻辑电路），从原理上说，就相当于一台有刷的直流电动机，也就是说，电子换相器解决了无刷电动机换相的问题，但没有解决电动机调速的问题。需要脉宽调制电路来实现电动机的调速。在目前实际的无刷直流电动机控制系统中，这一频率一般都在10KHZ 以上。由换相控制逻辑电路输出的换相信号的频率与电动机的转速有关，还与电动机的磁极数有关。无论在何种情况下，换相控制信号的频率都远远低于PWM 信号的频率。因此，可以把PWM 信号和换相控制信号，通过逻辑“与”的办法合成在一起，通过调节PWM 信号的占空比，来调节电动机的定子电枢电压，从而实现调速。考虑到电动机在运行的过程中，在任何时刻，在电子换相器的主回路—三相桥式逆变器中只有两个开关管导通，见图1，这两个开关管中的一个在高压侧（1、3、5管中的一个），另一个在低压侧（4、6、2管中的一个），也就是说，总是有高压侧的一个开关管与低压侧的一个开关管串联导通的，所以，PWM 信号只需与高压侧的三个开关管的控制信号通过逻辑“与”的办法合成在一起即可实现调压调速。图2中表明了PWM 信号与换相控制信号的合成。有关的波形见图2。

2．3 实验设备及仪器

1） 全数字伺服系统实验装置。 2） 双踪示波器一台。 2．4 实验步骤

1）使控制系统处于开环状态，控制系统上电后默认状态为开环状态，

若此时电机为正

图2.1 PWM 信号与换相控制信号的合成

1

2 3 4 5

6

转，拨动方向开关至反转，则电机仍然为正转，需将电位器归零后重新启动，则此时电机才反转，若已经启动了PC端控制软件，则点击开环正反调速按钮使控制系统处于开环状态，电机正反转切换在下次启动时生效，比如此时电机为正转，拨动方向开关至反转，则电机仍然为正转，需点击启动按钮，则此时电机才反转。

2）转动调速电位器，用示波器观察PWM测试孔波形以及PWM周期。

2．5 实验结论

1）无刷电机通过脉宽调制来改变电枢电压，从而实现电动机的调速。

2）脉宽调制频率一般在10k左右，过高会增加开关损耗、降低驱动效率和最大输出力矩，过低使得低速转矩波动增大，尖叫音提高。

2．6 撰写实验报告

3. 转速电流双闭环零启动及稳态加载实验

3．1实验目的

1） 掌握无刷电机双闭环调速系统起动时转速与电流的关系

2） 掌握无刷电机双闭环调速系统稳态运行突加负载时转速与电流变化关系 3)

掌握无刷电机双闭环调速系统加速时转速与电流变化关系

3．2 实验原理

双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要首先探讨它的起动过程。双闭环调速系统突加给定电压*n

U 由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如图2所示。由于在起动过程中转速调节器ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分成三段，在图中分别以Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ表示。

图3.1 双闭环调速系统起动过程的转速和电流波形

第Ⅰ阶段（0～t 1）：是电流的上升阶段。突加给定电压*

n U 后，通过两个调节器的控制作用，使U ct 、U do 、I d 都上升，当I d ≥I dL 后，电动机开始转动。由于直流电动机的机械惯性（机电时间常数）的作用，转速的增长不可能很快，因而转速调节器ASR 的输入偏差电压

n n n U U U -=?*数值较大，输出很快达到限幅值*im U ，强迫电流I d 迅速上升。当I d ≈I dm 时，i U ≈*im U ，电流调节器的作用使I d 不再迅速增长，标志着这一阶段的结束。在这一阶段中，

由于转速的上升是一个机械运动的过程，其机电时间常数较大，故ASR 由不饱和很快达到饱和，而电流的上升是一个电磁过程，其电磁时间常数较小，故ACR 一般不会饱和，以保证电流环的调节作用。

第Ⅱ阶段（t 1～t 2）：是恒流升速阶段。从电流上升到最大值I dm 开始，到转速升到给定值n *

（即静特性上的n 0）为止，属于恒流升速阶段，是起动过程中的主要阶段。在这个阶段中，ASR 一直是饱和的，转速环相当于开环，系统表现为在恒值电流给定电压*

im U 作用下的电流调节系统，从而基本上保持电流I d 恒定（电流可能超调，也可能不超调，取决于电流调节器的结构参数），因而调速系统的加速度恒定，转速呈线性增长。与此同时，电动机的反电动势E 也线性增长。对电流调节系统来说，这个反电动势是一个线性增长的扰动量（图3-46），为了克服这个扰动，U do 和U ct 也就必须基本上按照线性增长，才能保持I d

恒定。由

n n *I I I dL 2 3 4

于ACR 是PI 调节器，要使它的输出量按线性增长，其输入偏差电压i im i U U U -=?*

必须维

持恒定，也就是说，I d 应略低于I dm 。此外还应指出的是，为了保证电流环的这种调节作用，在起动过程中电流调节器是不能饱和的，同时整流装置的最大电压U dom 也必须留有余地，即PWM 装置也不应饱和，这些都是在设计中必须注意的。

第Ⅲ阶段（t 2以后）：是转速调节阶段。这个阶段开始时，转速已经达到给定值，转速调节器的给定电压与反馈电压相平衡，输入偏差为零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值*

im U ，所以电动机仍在加速，使转速超调。转速超调以后，ASR 的输入端出现负的偏差电压，使它退出饱和状态，其输出电压即ACR 的给定电压*

i U 立即从限幅值降下来，主电流

I d 也下降。但是，由于I d 仍大于负载电流I dL ，在一段时间内，转速仍继续上升。到I d ＝I dL

时，转矩T e ＝T L ，则0/=dt dn ，转速n 达到峰值（t ＝t 3时）。此后，电动机才开始在负载的阻力下减速，与此相应，电流I d 也出现一段小于I dL 的过程，直至稳定。在这最后的转速调节阶段内，ASR 与ACR 都不饱和，同时起调节作用。由于转速调节在外环，因而ASR 处于主导地位，而ACR 的作用则力图使I d 尽快地跟随ASR 的输出量*

i U ，或者说，电流内环是一个电流随动子系统。 3．3 实验设备及仪器

1) 全数字伺服系统实验装置。 2) 双踪示波器一台。 3．4 实验步骤

1）打开驱动电源。

2) 把调速旋钮旋至一定位置，（一般旋至较大值），

3）打开PC 端伺服控制软件，点击速度电流双闭环零速按钮，设置速度环Kp=0.15、Ki=0.05, 电流环Kp=0.9、Ki=0.1,点击启动，观察速度电流响应曲线。

图3.2 双闭环零启动实验界面

3）点击稳态加载按钮，速度电流环PI参数不变，接通或断开磁粉制动器，相当于给电机加减外负载，观察并记录PC端速度电流曲线变化，若绘制曲线时间要求较长，则可以点击设置按钮，将绘制曲线时间选3秒或4秒或5秒，分析实验结果

图3.3 双闭环稳态加载或减载实验界面

4）改变速度环、电流环的参数，观察运行曲线。

3．5 实验结论

根据电机起动时，记录的速度电流响应曲线，较好地验证了速度电流双闭环起动过程中速度和电流的变化关系，在稳态运行时突加负载时，速度电流变化曲线也较好地说明了负载加大，则电流变大，转速降低，但其在速度闭环作用下又很快恢复到给定值，反之突减负载时，则电流变小，转速加大，同样在速度闭环作用下又很快恢复到给定值，。

3．6 撰写实验报告

4．PI 参数对电机运动特性影响的实验

4．1实验目的

1） 了解比例系数在控制系统所起的作用； 2） 了解积分系数在控制系统所起的作用。 4．2 实验原理

电机闭环调速控制系统可以用图4.1所示结构图表示，n 0(t)为给定转速，n(t)为实际转速，其差值e(t)经过PID 调节后输出电压控制信号u(t)，再经过功率放大驱动电机转动，

图4.1 闭环调速系统结构框图

PID 控制规律可以表示为

dt t de K dt t e K t e K t u d

t

I P )

()()()(0

++=? ])

()(1)([0

dt

t de T dt t e T t e K D

t

I

P ++

=?

上式中，K P 为比例系数，K I 为积分系数，T I 为积分时间常数，K d 为微分系数，T d 为微分时间常数。一般调速系统中电流环、速度环都采用PI 调节，本实验就是通过改变P 、I 参数，来验证这两个参数的作用。

比例环节的作用是对偏差作出快速反应，偏差一旦产生，控制器立刻产生控制作用，使控制量向减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数Kp ，Kp 越大，控制越强，但过大的Kp 会导致系统振荡，破坏系统的稳定性。只有当存在偏差时，才会有控制量输出，因此纯粹P 调节控制系统在本质上是有静差系统。

积分的作用就是把偏差的积累作为输出，在控制过程中，只要有偏差存在，积分环节的输出就会不断增大，直到偏差e(t)=0,输出的u(t)才可能维持在某一常量，使系统在给定值不变的情况下趋于稳态，因此积分可以消除系统的稳态误差。积分环节的调节作用虽然会消除稳态误差，但会降低系统的响应速度，增加系统的超调量，积分时间常数T I 越大，积分的积累作用就越弱。

需要注意的是，通常在验证比例系数作用的时候，必须保持积分时间常数T I 不变，而不是保持积分系数不变，在验证积分作用的时候，须保持比例系数Kp 不变，改变积分时间常数T I 。

4．3 实验设备及仪器

全数字伺服系统实验装置

4．4 实验步骤

1）点击PI运动特性按钮，如图4.2所示

图4.2 PI参数对运动特性影响实验界面

2）设置速度环参数Kp＝0.15,Ki=0.05,点击启动，观察比较速度给定曲线与实际响应曲线。3）保持积分时间常数Ti不变，即保持积分的累计作用一致，改变Kp的值，设置Kp＝0.75，Ki=0.25, 点击启动，观察比较速度给定曲线与实际响应曲线。

4）分析比较两次实验速度响应时间。

5) 重复3）实验

6）保持比例系数不变，设置Kp＝0.15，Ki=0, 点击启动，观察比较速度给定曲线与实际响应曲线。

7）分析比较两次实验速度稳态误差。

4．5 实验结论

比例环节的作用是改变系统的快速响应能力，Kp越大则系统的快速响应能力越强，积分的作用是可以减小系统的稳态误差，纯粹的P调节本质上是一个有静差的系统。

4．6 撰写实验报告

5．伺服系统进给运动加减速实验

5．1 实验目的

1）了解实际位置进给运动的工作过程；

2）了解常见的位置进给加减速方式。

3）了解常见的位置进给信号指令形式。

5．2 实验原理

位置控制指令信号可以采用多种形式，可以采用数据输入的方式，也可以采用高速脉冲指令输入的方式。如果采用高速脉冲指令输入方式，则脉冲个数表示位移，脉冲的频率表示进给速度，脉冲频率的变化率表示加速度，本实验装置采用数据输入的方式，伺服系统通常要指定进给位移、最大的进给速度以及进给加速度，在连续轮廓进给控制的应用场合，位置进给指令中既包含了位移的信息，同时也包含了速度的信息，系统应当能够根据输入的进给位移、最大进给速度和加速度，形成位置和速度控制指令曲线，有时因为进给位移较小，系统来不及达到最大速度就进入减速段，有时进给位移较大，系统系统可以达到最大速度，从而进入匀速运行段，如下图所示，

图5.1 位置进给运动速度位移曲线图

上图表示的是梯形加速度方式，现在一些伺服驱动器采用S加速度方式，具体可以查阅相关资料。

5．3 实验设备及仪器

全数字伺服实验装置。

5．4 实验步骤

1）点击位置环加减速实验界面，如图5.2所示，速度环、电流环参数取默认值，即速度环Kp=0.15、Ki=0.05, 电流环Kp=0.9、Ki=0.1，位置给定设置为20000（4倍频后一转为4000个脉冲），位置调节器增益设置为20，最大进给速度设置为300r/min，进给加速度设置为10r/min/s2,前馈系数设置为0。

图5.2位置环加减速实验界面图

2）点击启动，观察位移与速度曲线；

3）位移给定值设置为其它值，其它参数保持不变，点击启动，观察位移与速度曲线；

4）分别改变最大速度及加速度，观察位移与速度曲线；

5）改变速度环、电流环参数，观察其对位置控制的影响，即先进入速度电流双闭环模式，比如点击零速启动按钮，改变速度环、电流环参数，然后进入位置环模式，即点击加减速按钮，观察运行效果。

5．5 实验结论

1）当进给位移较小，系统来不及达到最大速度就进入减速段，有时进给位移较大，系统可以达到最大速度，进入匀速运行段。只有很好地控制系统地加减速过程，才能提升伺服性能，比如位置精度等。

2）速度环、电流环参数设置不当，将影响位置控制的效果。

5．6 撰写实验报告

6 跟随误差与开环增益之间关系的实验

6．1 实验目的

1） 了解并掌握伺服系统跟随误差与开环增益之间的关系； 2） 了解并掌握直线插补时伺服系统输入信号的给定形式。 6．2 实验原理

典型的位置伺服系统属于Ⅰ型系统。根据线性系统理论，Ⅰ型系统对于直线插补时的斜坡位置输入信号是有差跟随的，这个误差就是我们要讨论的跟随误差。所谓的“伺服滞后时间”也就是伴随着位置跟随误差而产生的。

对于单位斜坡输入的位置指令，跟随误差ε有：

h

g v p K K K K 1

1==

ε

K h 是伺服系统的开环增益，其倒数就是系统的误差系数。

对于非单位斜坡输入的位置指令信号，跟随误差和位置输入指令信号的变化率成正比，也就是和进给速度成正比。其中，v 是位置输入斜坡信号的斜率，即进给速度。

h

g v p K v

K K K v ==

ε

由此可以看出，位置环开环增益K h 越高，系统的位置跟随误差ε越小。但是位置环开环增益K h 也不能过大，过大会导致系统不稳定，这将在下一个实验讨论。 6．3 实验设备及仪器

全数字伺服系统实验装置。 6．4 实验步骤

1）点击位置环跟随误差与开环增益关系界面，如图6.1所示，速度环、电流环参数取默认值，即速度环Kp=0.15、Ki=0.05, 电流环Kp=0.9、Ki=0.1，位置给定设置为20000（4倍频后一转为4000个脉冲），位置调节器增益设置为10，最大进给速度设置为300r/min ，进给加速度设置为10r/min/s 2,前馈系数设置为0。

2）点击启动，观察给定位移与实际响应位移曲线，记录其跟随误差；

3）位置调节器增益设置为20，其他参数保持不变，点击启动，观察给定位移与实际响应位移曲线，记录其跟随误差；

4）重复4，改变位置调节器增益，观察给定位移与实际响应位移曲线，记录其跟随误差；

图6.1 位置环跟随误差与开环增益关系实验界面

6．5 实验结论

通过实验可以看出，位置环开环增益K h越大，系统的位置跟随误差ε越小，两者成反比关系。

6．6 撰写实验报告

7开环增益与系统稳定性之间关系的实验

7．1 实验目的

1）了解并掌握伺服系统开环增益与稳定性之间的关系； 2）了解并掌握开环增益取值范围。 7．2 实验原理

对于非单位斜坡输入的位置指令信号，跟随误差和位置输入指令信号的变化率成正比，也就是和进给速度成正比。其中，v 是位置输入斜坡信号的斜率，即进给速度。

h

g v p K v

K K K v ==

ε

可以看出，位置环增益K p 越高，系统的位置跟随误差ε越小。但是，由系统频率特性可知，系统的位置环截止频率也将随之提高，如果位置环的截止频率与速度环的截止频率相差不远，速度环在整个位置伺服系统中将不能被减化成一阶惯性环节，使系统阶数升高导致不稳定。为获得高的位置环增益，速度内环的增益（截止频率）就必须足够高。而根据控制系统设计理论，内环增益是与电力电子器件开关时间、系统负载、惯量和伺服电动机最大输出力矩等制约因素有关的量，这使得位置环增益不能随意提高。

为了确保系统的稳定性和实现无振荡位置控制，位置调节器仅采用简单的比例调节器。具体结构可参看图 所示的动态结构图。当速度伺服单元以一阶系统近似时，位置闭环传递函数为：

v

h v v h p p T K s s T K s X s X s G ++==

2

)()

()( 与二阶系统标准形比较得：

v h n T K =?

)2(1v v T K ?=ξ

当要求无超调时，K h 应选择为：

v

h T K 125

.0< 式中，v 1——速度伺服单元的标称角频率，记为A 0?。

数控机床进给伺服驱动位置伺服系统的设计实践表明，当仅驱动伺服电动机时，位置环增益可达到100~500，但带上机械执行机构时，为了保证系统在负载或机械结构变动时能始

终保持稳定，K h 值一般被设定在40~50左右。若伺服电动机的输出力矩受电力电子器件安全工作电流限制时，位置环增益K h 可按下式设定：

K h =min {40，1/T m }

式中，T m ——伺服电动机驱动系统的电动机时间常数。

)

(375)(2

2L m m L m M M n

GD GD T -+=

式中，n 为伺服电动机转速；2L GD 为换算至电动机轴上的负载等效飞轮矩；2

m GD 为电动机转子飞轮矩；M m 为电动机转矩；M L 为负载转矩。 7．3 实验设备及仪器

全数字伺服系统实验装置。 7．4 实验步骤

1） 点击位置环开环增益与稳定性关系实验界面，如图所示，速度环、电流环参数取默认值，

即速度环Kp=0.15、Ki=0.05, 电流环Kp=0.9、Ki=0.1，位置给定设置为20000（4倍频后一转为4000个脉冲），位置调节器增益设置为10，最大进给速度设置为300r/min ，进给加速度设置为10r/min/s 2,前馈系数设置为0。

图7.1 位置环开环增益与稳定性关系实验界面

2）点击启动，观察电机是否运行平稳；

3）位置调节器增益设置为20，其他参数保持不变，点击启动，观察电机运行是否平稳；

4）重复4，增大位置调节器增益，观察电机运行是否平稳； 7．5 实验结论

尽管开环增益增大，其跟随误差减小，两者成反比关系，但是开环增益过大会导致系统不稳定，对于数控机床，系统进给时更是不允许有超调，因此理论上v

h T K 125.0 。 7．6 撰写实验报告

8 开环增益与伺服刚度之间关系的实验

8．1实验目的

1）了解并掌握伺服刚度与开环增益之间的关系

2) 了解伺服刚度与低速力矩性能的关系

8．2 实验原理

伺服刚度表达的是伺服系统抵抗负载外力，保持在原来静止位置上的能力。可以类比于弹簧的弹性系数来理解。伺服刚度取决于位置环的增益，也取决于速度伺服单元的低速力矩性能。伺服系统刚度应该与外负载连接形式一致，这样能较好地控制位置精度，比如电机与外负载通过滚珠丝杠连接，则系统刚度要求较大，电机与外负载通过皮带连接，则系统伺服刚度相对较小，另外大功率伺服电机在低速时，其伺服刚度比小功率电机伺服刚度大，主要是大功率电机低速时输出力矩比小功率电机大，本实验主要讨论开环增益对伺服刚度的影响。

8．3 实验设备及仪器

全数字伺服系统实验装置。

8．4 实验步骤

1）点击位置环开环增益与伺服关系实验界面，速度环、电流环参数取默认值，位置给定设置为20000（4倍频后一转为4000个脉冲），位置调节器增益设置为10，最大进给速度设置为300r/min，进给加速度设置为10r/min/s2,前馈系数设置为0。

2）点击启动，等电机到达定位位置时，用手转动电机转轴，观察偏离定位位置的最大偏差；

3) 位置调节器增益设置为20，其他参数保持不变，重复2），观察偏离定位位置的最大偏差；4）改变位置调节增益，重复3）。

8．5 实验结论

伺服系统开环增益越大，其伺服刚度就越好，伺服刚度取决于电机与外负载的连接形式，负载刚度大，则要求伺服刚度也大，反之，从而保证位置控制精度。

8．6 撰写实验报告

直流伺服电机实验报告

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

伺服电机的三种控制方式

选购要点：伺服电机的三种控制方式 伺服电机速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的，位置控制是通过发脉冲来控制的。具体采用什么控制方式要根据客户的要求以及满足何种运动功能来选择。接下来，松文机电为大家带来伺服电机的三种控制方式。 如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。 如果对位置和速度有一定的精度要 求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。 如果上位控制器(在一个运动控制系统中“上位控制”和“执行机构”是系统中举足轻重的两个组成部分。“执行机构”部分一般不外乎：步进电机，伺服电机，以及直流电机等。它们作为执行机构，带动刀具或工件动作，我们称之为“四肢”；“上位控制”单元的四种方案：单片机系统，专业运动控制PLC，PC+运动控制卡，专用控制系统。“上位控制”是“指挥”执行机构动作的，我们也称之为“大脑”。 随着PC（Personal Computer）的发展和普及，采用PC+运动控制卡作为上位控制将是运动控制系统的一个主要发展趋势。这种方案可充分利用计算机资源，用于运动过程、运动轨迹都比较复杂，且柔性比较强的机器和设备。从用户使用的角度来看，基于PC机的运动控制卡主要是功能上的差别：硬件接口（输入/输出信号的种类、性能）和软件接口（运动控制函数库的功能函数）。按信号类型一般分为：数字卡和模拟卡。数字卡一般用于控制步进电机和伺服电机，模拟卡用于控制模拟式的伺服电机；数字卡可分为步进卡和伺服卡，步进卡的脉冲输出频率一般较低（几百K左右的频率），适用于控制步进电机；伺服卡的脉冲输出频率较高（可达几兆的频率），能够满足对伺服电机的控制。目前随着数字式伺服电机的发展和普及，数字卡逐渐成为运动控制卡的主流。)有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者，基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。 就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的

交流伺服电机与运动控制卡的接口实验

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

伺服电机驱动器报告

电子课程设计 课题：伺服电机前端驱动器 指导老师：徐同一 班级： 08级集成 学号： 200800120030 姓名：董贇

伺服电机 伺服电机是一种传统的电机，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。它是自动装置的执行元件。伺服电机的最大特点是可控。在有控制信号时，伺服电机就转动，且转速大小正比于控制电压的大小。去掉控制电压后，伺服电机就立即停止转动。 报告内容 一．电源 Q12和Q3采用集成稳压器7812和7805。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压。 将外加21V输入供电电压经7812和7805后得到12V和5V电压，以给电路各部分提供工作电压，且以黄灯指示电路正常工作与否输入的9管脚为外接输入供电电压21V，经7812后得到12V电压，12V电压经7805后得到5V电压，且在7805的输出端接有LED指示灯（串联电阻R33以控制流过LED灯的电流，保护发光管），R32用于分压，防止7805过热损坏。MG11019是达林顿复合管，用于过流保护，R1，R2，R3构成电源电流取样电路，电源电流过大会使Q1导通。ZR1，

ZR2时压敏电阻，用于过压保护，防止电路故障时损坏后级电路，压敏电阻并联在交流侧电路中主要是起“限制电压超高”作用；当电源部分正常工作即7805正常输出5V电压时，黄灯点亮，若黄灯不亮则证明电源部分没有正常工作。在三极管升压电路中有一端是overcurrent，检测该点是否过流，有过流保护作用，5V电压经插座的1管脚和8管脚输出，5V和12V在2901、2902的电路中做供电电压，12V还作为芯片MC33030的供电电压接11脚。 二．H桥电路 H桥驱动电路 图1中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥驱动电路” 是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H 中的横杠。如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。 图1 H桥驱动电路 要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图2所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。

PLC控制伺服电机的方法

伺服电机的PLC控制方法 以松下Minas A4系列伺服驱动器为例，介绍PLC控制伺服电机的方法。伺服电机有三种控制模式：速度控制，位置控制，转矩控制{由伺服电机驱动器的Pr02参数与32(C-MODE)端子状态选择}，本章简要介绍位置模式的控制方法 一、按照伺服电机驱动器说明书上的"位置

控制模式控制信号接线图"连接导线 3(PULS1)，4(PULS2)为脉冲信号端子，PULS1连接直流电源正极(24V电源需串连2K左右的电阻),PULS2连接控制器(如PLC 的输出端子)。 5(SIGN1)，6(SIGN2)为控制方向信号端子，SIGN1连接直流电源正极(24V电源需串连2K左右的电阻),SIGN2连接控制器(如PLC的输出端子)。当此端子接收信号变化时，伺服电机的运转方向改变。实际运转方向由伺服电机驱动器的P41，P42这两个参数控制。 7(com+)与外接24V直流电源的正极相连。 29(SRV-0N),伺服使能信号，此端子与外接24V直流电源的负极相连，则伺服电机进入使能状态，通俗地讲就是伺服电机已经准备好，接收脉冲即可以运转。 上面所述的六根线连接完毕(电源、编

码器、电机线当然不能忘)，伺服电机即可根据控制器发出的脉冲与方向信号运转。其他的信号端子，如伺服报警、偏差计数清零、定位完成等可根据您的要求接入控制器。构成更完善的控制系统。 二、设置伺服电机驱动器的参数。 1、Pr02----控制模式选择，设定Pr02参数为0或是3或是4。3与4的区别在于当32(C-MODE)端子为短路时，控制模式相应变为速度模式或是转矩模式，而设为0，则只为位置控制模式。如果您只要求位置控制的话，Pr02设定为0或是3或是4是一样的。 2、Pr10，Pr11,Pr12----增益与积分调整，在运行中根据伺服电机的运行情况相应调整,达到伺服电机运行平稳。当然其他的参数也需要调整(Pr13，Pr14,Pr15,Pr16，Pr20也是很重要的参数)，在您不太熟悉前只调整这三个参数也

直流伺服电机实验报告

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。

伺服电机的三种控制方式有哪些

伺服电机是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。在不同场景下，伺服电机的控制方式各有不同，在进行选择之前你需要先了解伺服电机是三种控制方式各有其特点，下面小编就给大家介绍一下伺服电机的三种控制方式。 伺服电机控制方式有脉冲、模拟量和通讯控制这三种 1、伺服电机脉冲控制方式 在一些小型单机设备，选用脉冲控制实现电机的定位，应该是最常见的应用方式，这种控制方式简单，易于理解。基本的控制思路：脉冲总量确定电机位移，脉冲频率确定电机速度。都是脉冲控制，但是实现方式并不一样： 第一种，驱动器接收两路(A、B路)高速脉冲，通过两路脉冲的相位差，确定电机的旋转方向。如上图中，如果B相比A相快90度，为正转；那么B相比A相慢90度，则为反转。运行时，这种控制的两相脉冲为交替状，因此我们也叫这样的控制方式为差分控制。具有差分的特点，那也说明了这种控制方式，控制脉冲具有更高的抗干扰能力，在一些干扰较强的应用场景，优先选用这种方式。但是这种方式一个电机轴需要占用两路高速脉冲端口，对高速脉冲口紧张的情况，比较尴尬。

第二种，驱动器依然接收两路高速脉冲，但是两路高速脉冲并不同时存在，一路脉冲处于输出状态时，另一路必须处于无效状态。选用这种控制方式时，一定要确保在同一时刻只有一路脉冲的输出。两路脉冲，一路输出为正方向运行，另一路为负方向运行。和上面的情况一样，这种方式也是一个电机轴需要占用两路高速脉冲端口。 第三种，只需要给驱动器一路脉冲信号，电机正反向运行由一路方向IO信号确定。这种控制方式控制更加简单，高速脉冲口资源占用也最少。在一般的小型系统中，可以优先选用这种方式。 2、伺服电机模拟量控制方式 在需要使用伺服电机实现速度控制的应用场景，我们可以选用模拟量来实现电机的速度控制，模拟量的值决定了电机的运行速度。模拟量有两种方式可以选择，电流或电压。电压方式，只需要在控制信号端加入一定大小的电压即可。实现简单，在有些场景使用一个电位器即可实现控制。但选用电压作为控制信号，在环境复杂的场景，电压容易被干扰，造成控制不稳定；电流方式，需要对应的电流输出模块。但电流信号抗干扰能力强，可以使用在复杂的场景。

伺服电机控制方式的选择

伺服电机控制方式的选择 一般伺服电机主要有三种控制方式，即速度控制方式，转矩控制方式和位置控制方式，下面分别对每种控制方式进行详细说明。 1.速度控制方式 通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位机控制装置的外环PID控制时，速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位机反馈以做运算用。速度模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。 2.转矩控制方式 转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为：例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时，电机轴输出为2.5Nm，如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定力矩的

大小，也可以通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如绕线装置或拉光纤设备。 3.位置控制方式 位置控制方式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服驱动器可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置，应用领域如数控机床、印刷机械等等。 如何选择伺服电机的控制方式呢? 就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。 如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。 如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者，基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。 如果对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢(比如

交流伺服电机试验报告

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

伺服电机工作原理图

伺服电机工作原理图 伺服电机工作原理——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，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。 永磁交流伺服系统具有以下等优点：（1）电动机无电刷和换向器，工作可靠，维护和保养简单；（2）定子绕组散热快；(3)惯量小，易提高系统的快速性；（4）适应于高速大力矩工作状态；（5）相同功率下，体积和重量较小，广泛的应用于机床、机械设备、搬运机构、印刷设备、装配机器人、加工机械、高速卷绕机、纺织机械等场合，满足了传动领域的发展需求。 永磁交流伺服系统的驱动器经历了模拟式、模式混合式的发展后，目前已经进入了全数字的时代。全数字伺服驱动器不仅克服了模拟式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等确定，还充分发挥了数字控制在控制精度上的优势和控制方法的灵活，使伺服驱动器不仅结构简单，而且性能更加的可靠。现在，高性能的伺服系统，大多数采用永磁交流伺服系统其中包括永磁同步交流伺服电动机和全数字交流永磁同步伺服驱动器两部分。伺服驱动器有两部分组成：驱动器硬件和控制算法。控制算法是决定交流伺服系统性能好坏的关键技术之一，是国外交流伺服技术封锁的主要部分，也是在技术垄断的核心。 2 交流永磁伺服系统的基本结构 交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成，其结构组成如图1所示。其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等等。我们的交流永磁同步驱动器其集先进的控制技术和控制策略为一体，使其非常适用于高精度、高性能要求的伺服驱动领域，还体现了强大的智能化、柔性化是传统的驱动系统所不可比拟的。 目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，其优点是可以实现比较复杂的控制算法，事项数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。

模拟量信号控制伺服电机

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。

如何选择伺服电机控制方式

如何选择伺服电机控制方式？ 如何选择伺服电机控制方式？ 一般伺服电机都有三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。 速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的。位置控制是通过发脉冲来控制的。具体采用什么控制方式要根据客户的要求，满足何种运动功能来选择。 如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。 如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者，基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。 就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。 对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。 换一种说法是： 1、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm:如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。 2、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。应用领域如数控机床、印刷机械等等。 3、速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。

实验 交流伺服电动机实验1——实验报告样板

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。

伺服运动控制---实验2+实验4指导书

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

机电一体化实验报告

机电一体化实验报告 学院：核技术与自动化工程学院专业：电气工程及其自动化 指导老师：康东 姓名：许新 学号：200706050209 日期：2010-10-27

实验一:基于PC的传感器与数据采集实验 一,实验目的 了解传感器,USB2009便携式数据采集器的工作原理和数据采集原理和香农采样定律,连接系统实现实时采集传感器信号,完成对采样数据的时域波形显示和存储. 二,实验内容: 1,了解传感器工作原理. 2,了解USB2009便携式数据采集器的工作原理,功能和使用方法. 3,了解数据采集原理和香农采样定律. 4,实时采集传感器信号,进行时域波形显示并存储实验数据. 三,实验设备: 主要实验设备包括: 1,USB2009采集卡和配有上位机软件的计算机; 2,FESTO气动综合实验台一套. 下图为USB2009采集卡.它包含14Bit分辨率A/D转换器,可以提供16路单端模拟信号输入,8路双端模拟输入通道,4路DA输出功能,1组计数器.提供了内外时钟和内外触发工作方式.A/D转换器输入信号范围为:±5V(USB2009),±10V(AD7899-1).硬增益范围:1,2,4,8(N6为PGA203时),1,10,100,10000(N6为PGA202时). 图1.1 USB2009采集卡 四,实验原理 将USB2009采集卡与FESTO气动综合实验台上传感器连接在一起,而后通过USB连接到计算机上.利用LabVIEW软件搭建数据采集系统,实时采集传感器信号,进行时域波形显示并存储实验数据. 五,实验步骤 1,由实验教师讲解FESTO气动综合实验台上传感器工作原理; 2,由实验教师讲解USB2009采集卡的工作原理和使用方法; 3,由实验教师讲解数据采集原理和香农采样定律; 4,在实验教师的指导下,由学生完成实验电路连接; 5,在实验电路检查无误后,由学生利用LabVIEW软件搭建数据采集系统; 5,打开设备电源,观察数据采集系统运行状况,纠正错误; 6,利用LabVIEW实时采集传感器信号,进行时域波形显示并存储实验数据; 7,将实验过程中形成的正确的接线方式,数据采集系统的搭建方法以及自己在实验中观察到的现象和思考的问题综合起来,写实验报告.

直流伺服电机实验报告

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

伺服电机控制系统的三种控制方式

伺服电机控制系统的三种控制方式 力辉伺服控制系统一般分为三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的，位置控制是通过发脉冲来控制的。？（1）如果对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。？ （2）如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。？ 就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。？ 对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如，或低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用。？ 换一种说法是：？ 1、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为；如果电机轴负载低于时电机正转，外部负载等于时电机不转，大于时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。？ 应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。？ 2、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。？应用领域如、印刷机械等等。？ 3、速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时，速度模式也可以进行定位，但必须将电机的位置信号或直接负

A2-交流伺服电机 控制实验报告

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

伺服系统的参数调整和性能指标试验

伺服系统的参数调整和性能指标试验 1 伺服系统的参数调整理论基础 伺服系统包括三个反馈回路（位置回路、速度回路以及电流回路）。最内环回路的反应速度最快，中间环节的反应速度必须高于最外环。假使未遵守此原则，将会造成震动或反应不良。伺服驱动器的设计可确保电流回路具备良好的反应效能。用户只需调整位置回路与速度回路增益。 伺服系统方块图包括位置、速度以及电流回路，如图1所示。 图1 伺服系统方块图 一般而言，位置回路的反应不能高于速度回路的反应。因此，若要增加位置回路的增益，必须先增加速度回路增益。如果只增加位置回路的增益，震动将会造成速度指令及定位时间增加，而非减少。 如果位置回路反应比速度回路反应还快，由于速度回路反应较慢，位置回路输出的速度指令无法跟上位置回路。因此就无法达到平滑的线性加速或减速，而且，位置回路会继续累计偏差，增加速度指令。这样，电机速度会超过，位置回路会尝试减少速度指令输出量。但是，速度回路反应会变得很差，电机将赶不上速度指令。速度指令会如图2振动。要是发生这种情形，就必须减少位置回路增益或增加速度回路增益，以防速度指令振动。 图2 速度指令 位置回路增益不可超过机械系统的自然频率，否则会产生较大的振荡。例如，机械系统若是连接机器人，由于机器的机械构造采用减低波动的齿轮，而机械系统的自然频率为10~20Hz，因此其刚性很低。此时可将位置回路增益设定为10至20(1/s)。 如果机械构造系统是晶片安装机、IC黏合机或高精度工具机械，系统的自然频率为70Hz以上。因此，可将位置回路增益设定为70(1/s)或更高。 需要很快的反应时，不只是要确保采用的伺服系统（控制器、伺服驱动器、电机以及编码器）的反应，而且也必须确保机械系统具备高刚性。

直流伺服电机

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