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

（2）给定Kp=6，Ki=0，Kd=0

（3）给定Kp=9，Ki=0，Kd=0

（4）给定Kp=12，Ki=0，Kd=0

（5）给定Kp=15，Ki=0，Kd=0

2.调整Ki

在上面Kp的调整过程中，发现当Kp=12时，位移-时间曲线中，规划值曲线与实际值曲线拟合的最好，所以Kp取定12

（1）给定Kp=12，Ki=3，Kd=0

（2）给定Kp=12，Ki=6，Kd=0

（4）给定Kp=12，Ki=9，Kd=0

3.调整Kd

在上边Ki的调节过程中，发现当Ki=6时，速度-时间曲线和加速度-时间曲线中，规划值曲线与实际值曲线拟合的最好，所以Ki取定6

（1）给定Kp=12，Ki=6，Kd=3

（2）给定Kp=12，Ki=6，Kd=6

（3）给定Kp=12，Ki=6，Kd=9

（4）给定Kp=12，Ki=6，Kd=12

（5）给定Kp=12，Ki=6，Kd=15

（6）给定Kp=12，Ki=6，Kd=18

由上图观察，当Kd=15时，实际曲线与理论曲线最相近

综上，PID控制器对该交流伺服电机的控制参数为Kp=12，Ki=6，Kd=15 六、实验总结

1、分析P、I、D 各个环节对系统的控制作用；

答：（1）P代表的是比例环节，反映系统的当前偏差，增大Kp可以加快调节，减小误差，但过大的比例会使系统稳定性下降，甚至造成系统不稳定；

（2）I代表的是积分环节，反映系统的累计误差，可以消除稳态误差，提高无差度，只要有误差，积分环节就会进行调整，直至消除误差；

（3）D代表的是微分环节，反映误差信号的变化趋势和变化速率，具有预见性，能够产生超前的控制作用，适当的微分调节可以减少超调量，减少调整时间，但微分环节对噪声干扰有放大作用，过多的微分调节对系统的抗干扰不利；

2、给出GT400-SV 运动控制卡调节数字滤波器的一般步骤。

答：（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