直流伺服电机实验报告材料.doc

word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 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、实验测试结果与数据处理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)110621033994955946190788883982108011771275137214263156016601755184719432033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)110621033994955946190788883982108011771275137214263156016601755184719432033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合方法拟合电机的机械特性曲线、电流-电压特性曲线、电流-转速特性曲线、电流-转矩特性曲线、电机输入功率曲线、电机输出功率曲线和电机的效率曲线 〔1〕拟合机械特性曲线 根据原理，机械特性曲线应是一条直线，所以选用最小二乘一次拟合多项式来拟合机械特性曲线，拟合得到的图形如如下图1所示：图1：机械特性 〔2〕拟合电流-电压特性曲线图2：电流-电压特性曲线 从图2可以看出，尽管原理上电枢电压应该大小恒定，但是实际上，电枢电压会随着负载的逐渐增大而缓慢下降。

〔3〕拟合电流-转速特性曲线图3：电流-转速特性 〔4〕拟合电流-扭矩特性曲线图4：电流-扭矩特性 〔5〕拟合输入功率曲线 首先，根据公式计算输入功率： (1-8)因为实验过程的变化量是负载，而电机稳定运行时，电磁转矩与负载转矩大小相等，所以选用电磁转矩作为x轴绘制功率曲线并用最小二乘二次多项式拟合功率曲线，结果如如下图所示：图5：输入功率曲线〔6〕拟合输出功率曲线 首先，根据公式计算输出功率： (1-9)同理，以电磁转矩作为x轴，并用最小二乘二次多项式拟合功率曲线，结果如如下图所示：图6：输出功率曲线〔7〕拟合输出功率曲线 首先，根据公式计算功率比： (1-10)同理，以电磁转矩作为x轴，并用最小二乘三次多项式拟合功率比曲线，结果如如下图所示：图7：功率比变化曲线2、直流电机的调速特性测量结果 按照上述测量步骤，得到空载情况下，直流电机在3V额定电压下的稳定转速为107r/min最低稳定转速为84 r/min,电压2.5V信号输出电压3v测量电压测量电流实际电压最高转速107r/min3、直流电机的动态特性测量结果在给定电压型号为5V，负载0.8时，直流电机转速动态响应曲线如图8 图8 在给定电压型号为5V，负载1.4时，直流电机转速动态响应曲线如图9 图9在给定电压型号为5V，负载为空载时，直流电机转速动态响应曲线如图10图10 / 。