数控机床实验报告--单轴电机运动控制
数控机床实验报告
——单轴电机运动控制实验
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一 实验目的
理解运动控制系统加、减速控制的基本原理及其常见实现方式（T 曲线模式、S 曲线模式），理解电子齿轮的相关概念和应用范围，掌握实现单轴运动各种运动模式的方法和设置参数的含义
二 实验设备
1. 四轴运动开发平台
2. GT-400-SV 卡一块
3. PC 机一台
三 实验步骤
3.1 S曲线模式运行实验
1. 打开运动控制平台实验软件，点击界面下方“单轴电机实验”按钮，进入单轴运动控制实验界面；
2. 在电机选择栏中，选择“1轴”为当前轴，电机控制模式设置为“模拟电压”，表示控制信号为模拟电压；
3. 在控制模式选项卡中点击“S 曲线模式”，设置S 曲线模式参数如下：
加加速度 0.0001 Pls/ST^3
加速度 0.03 Pls/ST^2
速度 10 Pls/ST
目标位置 60000 pulse
4. 点击开启轴按钮，使电机伺服上电，确认参数设置无误后，点击运行按钮，此时观察到运动控制平台上电机开始运动；
5. 单轴运动停止后，观察界面左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移曲线，曲线如下图（图1）所示。
6. 改变加加速度的参数值，设置参数如下：
加加速度 0.001 Pls/ST^3
加速度 0.03 Pls/ST^2
速度 10 Pls/ST
目标位置 60000 pulse
7. 开启轴，运行电机，界面左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移曲线如下图（图2）
所示。
8. 改变加速度的参数值，设置参数如下：
加加速度 0.0001 Pls/ST^3
加速度 0.2 Pls/ST^2
速度 10 Pls/ST
目标位置 60000 pulse
9. 开启轴，运行电机，界面左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移曲线如下图（图3）
所示。
图1 S 曲线模式（加加速度0.0001 加速度0.03）
图2 S 曲线模式（加加速度0.001 加速度0.03）
图3 S 曲线模式（加加速度0.0001 加速度0.2）
10. 比较并分析不同参数设置对S 曲线运动模式的影响。
① 改变加加速度，比较图1与图2，速度-时间曲线中，当加加速度越大时，加速和减速的时间越短，加速度-时间曲线的峰值越大，速度突变越明显，越容易发生刚性冲击。 ② 改变加速度，比较图1与图3，其实看不到明显区别，分析原因为：加加速度与加速度的取值不合适，无法看出改变加速度对S 曲线的影响。经理论分析发现：图3由于加加速度设置过小，加速度设置过大，还没达到设置得加速度值就得做减加速运动。所以改变加速度的值，理论上对S 曲线的影响是改变匀加速或匀减速运动段的时间。
3.2 T曲线模式运行实验
1. 保持其他设置不变，在控制模式选项卡中点击“T 曲线模式”，进入T 曲线运动模式，设
置T 曲线模式的参数如下：
加速度 0.01 Pls/ST^2
速度 8 Pls/ST
目标位置 60000 pulse
2. 确认参数设置无误后，点击运行按钮，单轴开始以T 曲线模式运动。
3. 单轴运动停止后，观察界面左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移曲线，曲线如下
图（图4）所示。
4. 改变加速度的值，运行电机，参数设置如下：
加速度 0.1 Pls/ST^2
速度 8 Pls/ST
目标位置 60000 pulse
5. 单轴运动停止后，观察界面左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移曲线，曲线如下
图（图5）所示。
6. 改变加速度的值，运行电机，参数设置如下：
加速度 0.1 Pls/ST^2
速度 16 Pls/ST
目标位置 60000 pulse
7. 单轴运动停止后，观察界面左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移曲线，曲线如下
图（图6）所示。
图4 T 曲线模式（加速度0.01 速度8）
图5 T 曲线模式（加速度0.1 速度8）
图6 T 曲线模式（加速度0.1 加速度16）
8. 比较并分析不同参数设置对T 曲线运动模式的影响。
① 改变加速度，比较图4与图5，速度-时间曲线中，当加速度越大时，到达所设速度的时间越短，速度突变越明显，越容易发生刚性冲击。
② 改变速度，比较图5与图6，位移-时间曲线中，当速度越大时，到达目标位置的时间越短；速度-时间曲线中，当速度越大时，速度峰值越大，速度突变越大，刚性冲击越大。
③ 不论加速度和速度参数设置如何，T 曲线的加速度-时间曲线中均出现突变，即T
曲
线存在柔性冲击。
3.3 速度模式运行实验
1. 在控制模式选项卡中点击“速度模式”，设置速度模式的参数如下：
加速度 0.02 Pls/ST^2
速度 8 Pls/ST
2. 点击开启轴按钮，使电机伺服上电；确认参数设置无误后，点击运行按钮，电机开始转
动。
3. 点击停止按钮，停止电机运动，观察界面左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移曲
线，曲线如下图（图7）所示。
4. 改变加速度的值，运行电机，参数设置如下：
加速度 0.2 Pls/ST^2
速度 8 Pls/ST
5. 点击停止按钮后，停止电机运动，观察界面左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移
曲线，曲线如下图（图8）所示。
6. 改变加速度的值，运行电机，参数设置如下：
加速度 0.2 Pls/ST^2
速度 16 Pls/ST
7. 点击停止按钮后，停止电机运动，观察界面左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移
曲线，曲线如下图（图9）所示。
图7 速度模式（加速度0.02 速度8）
图8 速度模式（加速度0.2 速度8）
图9 速度模式（加速度0.2 加速度16）
8. 比较并分析不同参数设置对T 曲线运动模式的影响。
① 改变加速度，比较图7与图8，速度-时间曲线中，当加速度越大时，到达所设速度的时间越短，速度突变越明显，越容易发生刚性冲击。
② 改变速度，比较图8与图9，加速度-时间曲线中，当速度越大时，加速度突变越大，柔性冲击越大
③ 不论加速度和速度参数设置如何，速度模式曲线的加速度-时间曲线中均出现突变，即速度模式曲线存在柔性冲击。
3.4 电子齿轮模式运行实验
1. 在电机选择栏中，选择“1 轴”为当前轴，此轴将自动设置为电子齿轮中的从动轴。
2. 在控制模式选项卡中点击“电子齿轮模式”，设置电子齿轮模式参数，参数设置完毕后点
击“确定”，参数设置如下：
主动轴号 2轴
电子齿轮比 -1
3. 在电机选择栏中，选择电子齿轮中设置的主动轴“2 轴”为当前轴。
4. 在控制模式选项卡中电机“S 曲线模式”，设置主动轴2轴的S 曲线模式运动参数，参数
值如下：
加加速度 0.0005 Pls/ST^3
加速度 0.2 Pls/ST^2
速度 5 Pls/ST
目标位置 30000 pulse
5. 点击开启轴按钮，使伺服电机上电，确认参数设置无误后，点击运行按钮。
6. 观察并记录运动控制平台上各轴的运动。
7. 分别改变电子齿轮传动比和主动轴，重复以上步骤，观察并记录运动控制平台上各轴的
运动。
8. 记录的运动情况如下表（表1）所示。
四 实验总结
① T曲线和S 曲线加减速模式的特点和应用场合。
答： T 曲线特点是：匀加速直线运动-匀速-匀减速直线运动，由于在匀加速进入匀速
的瞬间，加速度存在突变，在匀速到匀减速的瞬间也是，所以T 曲线模式存在柔性冲击。因为速度的过渡不够平滑，运动精度低，所以T 曲线模式的加减速方法一般用于起停、进退刀等辅助运动中。
S 曲线模式的特点是：加加速-加速-减加速-匀速-加减速-减速-减减速，由于速度平滑变化，所以不存在柔性冲击。由于S 曲线模式变化平滑，不存在柔性冲击，运动精度高，但是算法比较复杂，一般用于高速、高精度的加工中。
② 速度控制模式的特点和应用场合。
答： 交流伺服电机有3种控制模式，包括：位置模式、速度模式和转矩模式，位置控制模式下需要使用上位机来进行上位运算及控制，运算量较大；速度和转矩模式下运算量较小，可以脱离上位机，只利用伺服驱动器来进行模拟量控制。所以，实现伺服电机的速度，一般采用速度控制模式。
③ 两轴电子齿轮运行模式与两轴插补运行的异同。
答： 两轴电子齿轮是速度比控制，而两轴插补运行是位置控制。