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、实验原理图

三、实验操作步骤

1、测量直流电机的机械特性和动态特性

①首先将负载旋钮逆时针拧至最小，然后将实验设备面板上的直流电机的电枢电压和电枢电流信号引出，分别接至计算机的采集数据端口上，打开计算机中的测试软件，进入测试界面，设定每个通道的测量范围。

②系统上电。

③用计算机给定电机的电枢电压信号，逐渐增加负载（顺时针转动负载旋钮），选择记录下此过程中的20组数据，每组数据包括测量电枢电压、测量电枢电流、电机转速和电磁转矩值。

④计算机停止给定电机的电枢电压信号，系统电源关闭。

2、测量直流电机的调速特性

本实验要求测量的是空载下的调速特性，测量额定电压下的最高转速和最低稳定转速。步骤如下：

①首先将负载旋钮逆时针拧至最小，然后将实验设备面板上的直流电机的电枢电压信号引出，接至计算机的采集数据端口上，打开计算机中的测试软件，进入测试界面，设定通道的测量范围。

②利用式（1-7）计算电机额定电压（3V）对应的测量电压值，为5.16V。

电机实际电压=（前面板测量电压-0.76）*2.75-0.1

③系统上电。

④不断改变计算机输出的电机电压信号，直至测量电压信号的值为5.16V。记录下此时的转速值，即为额定电压下的最高稳定转速。

⑤不断减小计算机输出地电机电压信号，观察转速逐渐减小和稳定的情况，记录下最低稳定转速值。

⑥计算机停止给定电机的电枢电压信号，系统电源关闭。

3、测量直流电机的动态特性

按照测量在不同负载和不同输入电枢电压（阶跃信号）下电机的动态特性的要求，本实验测量了在计算机给定电压信号（阶跃信号）为5V时，3个不同负载大小下电机的动态特性。

①首先将负载旋钮逆时针拧至最小，然后将实验设备面板上的电机转速信号引出，接至计算机的采集数据端口上，打开计算机中的测试软件，进入测试界面，设定通道的测量范围。

②系统上电。

③将负载旋钮旋至最小后，将计算机给定电压信号（阶跃信号）设为5V，记录在3个不同负载下，电机转速的动态响应曲线。

④计算机停止给定电机的电枢电压信号，系统电源关闭。

四、实验测试结果及数据处理

1、直流电机的机械特性和动态特性

根据上述操作步骤，测量得到的20组数据如表1所示：

序号电磁转矩T（N·m）转速n（r/min）测量电压（V）测量电流I(A)

1 0.4 106 4.85 0.55

2 0.6 10

3 4.85 0.62

3 0.7 99 4.85 0.6

4 0.9 9

5 4.84 0.75

5 0.9 94 4.85 0.86

6 1 90 4.84 0.84

7 1.1 88 4.84 0.97

8 1.2 83 4.83 0.94

9 1.3 82 4.83 1.03

10 1.3 80 4.84 1.05

11 1.5 77 4.83 1.17

12 1.5 75 4.83 1.05

13 1.7 72 4.82 1.22

14 2 63 4.82 1.4

15 2.1 60 4.82 1.44

16 2.2 60 4.82 1.52

17 2.3 55 4.8 1.54

18 2.6 47 4.81 1.8

19 2.8 43 4.81 1.89

20 3.1 33 4.81 2.05

表1 测量数据

根据前面板测量值与电机实际值的换算公式：

电机实际电压=（前面板测量电压-0.76）*2.75-0.1

电机实际电流=（前面板测量电流-0.032）*2

计算电机的实际电枢电压和电枢电流值，如表2所示：

序号电磁转矩T（N·m）转速n（r/min）实际电压U(V) 实际电流I(A)

1 0.4 106 11.175 1.036

2 0.6 10

3 11.175 1.176

3 0.7 99 11.175 1.136

4 0.9 9

5 11.1475 1.436

5 0.9 94 11.175 1.656

6 1 90 11.1475 1.616

7 1.1 88 11.1475 1.876

8 1.2 83 11.12 1.816

9 1.3 82 11.12 1.996

10 1.3 80 11.1475 2.036

11 1.5 77 11.12 2.276

12 1.5 75 11.12 2.036

13 1.7 72 11.0925 2.376

14 2 63 11.0925 2.736

15 2.1 60 11.0925 2.816

16 2.2 60 11.0925 2.976

17 2.3 55 11.0375 3.016

18 2.6 47 11.065 3.536

19 2.8 43 11.065 3.716

20 3.1 33 11.065 4.036

表2 实际数据

根据实验原理和上述数据，利用matlab工具，选用最小二乘法中的多项式拟