伺服电机转角的运动控制

实验三 伺服电机转角的运动控制
1 实验目的：
1）了解反馈控制系统的组成；
2）了解PID(比例-积分-微分)控制器参数对系统性能的影响；
3）熟悉 SIMULINK 的基本操作。

2 实验装置：主计算机、从计算机、小车运动控制装置、互联网
3 实验内容及步骤：
本实验要求构建反馈控制系统，计算或调节PID 控制器参数，使电机快速准确地运动到某个位置。

步骤如下：
第一步： SIMULINK 仿真.
如图1所示. 已知电机转动惯量 J=0.0031, 转动摩擦系数 B=0.1934, 要求设计PD 控制器, 使系统的固有频率=125 rad/s, 阻尼比=1. 求参数Kp, Kd 。

这一工作要求在实验之前完成。

求出参数Kp, Kd 后, 在Matlab 命令窗口中输入: J=0.0031, B=0.1934以及Kp 和Ki. 进入Simulink, 打开模板文件simu.mdl, 将其连线成如图
2.
图2 仿真程序框图
执行仿真. 观察输出波形.
第二步：电机转角实时控制.
打开文件MyExp.mdl. 连线构建如图3的实时控制程序框图。

其中模块ＰＣＩ－６０２４输出控制电压，连接至电机的驱动器，用于驱动电机转动；模块ＰＣＩ－６６０１输入脉冲信号，连接至电机的转角编码器，用于测量电机转角。

运行该程序将使电机转动９０度。

1）双击ＰＩＤ模块，先随意设置ＰＩＤ参数Ｋｐ，Ｋｉ和Ｋｄ．
2）通知指导教师，让其帮助做好主从机连接设置及获得下载许可等。

3）按ｃｔｒｌ＋Ｂ编译程序将其下载到从计算机中。

等到显示：＃＃＃Ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ ｏｆ ｘＰＣ Ｔａｒｇｅｔ ｂｕｉｌｄ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ ｍｏｄｅｌ： ＭｙＥｘｐ
图1 电机转角PD(比例-微分)控制系统
4）在命令窗输入：＋ｔｇ即可启动程序。

5）输入：－ｔｇ停止程序。

或者将程序运行时间设为2秒，让其自动停止。

6）输入：plot (tg. Timelog, tg.OutputLog) 绘制电机转角波形。

图３电机转角实时控制程序框图
图４ＰＩＤ控制器参数
第二步：重复1）-6），调整PID参数，编译运行程序，直到波形较理想（无超调，调整时间0.2秒以内）。

完成实验报告。

思考：1、比例控制系数Kp对系统输出的超调、稳态误差有何影响？
2、微分系数Kd的作用和不利影响？如何减少其不利影响（如在PID模块之后增加一个低通滤波器）？。