实验一直流电机调速系统的数学模型

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非线性大作业—直流电动机调速系统的建模与控制系统的设计

其中，n为矩阵A的维数，称为系统的能控性判别矩阵。
3、PBH秩判据
线性定常系统（1）为完全能控的充分必要条件是，对矩阵A的所有特征值均成立，（）或等价地表示为，也即（SI-A）和B是左互质的。
4、PBH特征向量判据
线性定常系统（1）为完全能控的充分必要条件是A不能有与B的所有列相正交的非零左特征向量。也即对A的任一特征值，使同时满足，的特征向量。
所谓最优控制，就是根据建立的系统的数学模型，选择一个容许的控制规律，在一定的条件下，使得控制系统在完成所要求的控制任务时，使某一指定的性能指标达到最优值、极小值或极大值。本文利用线性二次型最优调节器(LQR）方法对移动高架吊车进行最优控制。控制目的是使移动高架吊车能在不平衡点达到平衡，并且能够经受一定的外加干扰[8]。
能控性的直观讨论：
从状态空间的角度进行讨论：输入和输出构成系统外部变量,状态为系统内部变量。能控性主要看其状态是否可由输入影响。每一个状态变量的运动都可由输入来影响和控制,由任意的始点到达原点,为能控,反之为不完全能控。具体来说就是指外加控制作用u(t) 对受控系统的状态变量x(t)和输出变量y(t)的支配能力，它回答了u(t)能否使x(t)和y(t)作任意转移的问题。
3.1.2能控性判据
我们利用线性系统的能控性判据来判断其能控性。
设线性定常系统状态方程为：
（1）
1、格拉姆矩阵判据
线性定常系统（1）为完全能控的充分必要条件是，存在时刻，使如下定义的格拉姆（Gram）矩阵为非奇异。
其中，该判据的证明用到了范数理论中的矩阵范数，在此不再赘述。
2、秩判据
线性定常系统（1）为完全控的充分必要条件是，
2 直流电动机调速系统数学模型的建立

直流电机调速matlab仿真报告

直流电机调速matlab仿真报告以直流电机调速Matlab仿真报告为标题引言：直流电机是一种常见的电动机，广泛应用于工业、交通、家电等领域。

在实际应用中，电机的调速控制是一项关键技术，可以使电机在不同工况下实现恒定转速或变速运行。

本文将利用Matlab软件进行直流电机调速的仿真实验，旨在通过仿真结果分析不同调速控制策略的优劣，并提供一种基于Matlab的直流电机调速方法。

一、直流电机调速原理直流电机的调速原理基于电压与转速之间的关系。

电机的转速与输入电压成正比，即在给定电压下，电机转速可以通过调整电压大小来实现调速。

常用的直流电机调速方法有电压调速、电流调速和PWM调速等。

二、Matlab仿真实验设置本次仿真实验将以直流电机调速为目标，基于Matlab软件进行实验设置。

首先，需要建立电机的数学模型，包括电机的转速、电流和电压等参数。

其次，选择合适的调速控制策略，如PID控制、模糊控制或神经网络控制等。

最后，通过调节电压输入，观察电机的转速响应和稳定性。

三、PID控制调速实验1. 实验目的本实验旨在通过PID控制器对直流电机进行调速控制，并分析不同PID参数对控制效果的影响。

2. 实验步骤(1) 建立直流电机的数学模型；(2) 设计PID控制器，包括比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd；(3) 利用Matlab软件进行仿真，设定电机的目标转速和初始转速；(4) 通过调节PID参数，观察电机的转速响应和稳定性。

3. 实验结果与分析根据实验设置，我们分别对比了不同PID参数值下的电机转速响应曲线。

结果显示，在合适的PID参数设置下，电机能够实现快速响应和稳定控制。

但是，过大或过小的PID参数值都会导致转速超调或调速不稳定的问题。

四、模糊控制调速实验1. 实验目的本实验旨在通过模糊控制器对直流电机进行调速控制，并分析不同模糊规则和输入输出的影响。

2. 实验步骤(1) 建立直流电机的数学模型；(2) 设计模糊控制器，包括模糊规则、输入变量和输出变量；(3) 利用Matlab软件进行仿真，设定电机的目标转速和初始转速；(4) 通过调节模糊规则和输入输出变量，观察电机的转速响应和稳定性。

直流电动机开环调速系统仿真

直流电动机开环调速系统仿真随着电动机在工业、交通等领域的广泛应用，开发一种高效可靠的电动机控制系统对于提高整个工业的精度和效率至关重要。

其中，直流电动机开环调速系统是电动机控制系统中的一种基础环节，其使得直流电动机能够以合适的速度运行，完成工作任务。

一、调速系统的基本原理1. 直流电动机的基本结构与原理直流电动机由定子、转子、刷子、通电电源四个基本部分组成，其中，定子上包覆绕组，绕组所带的电流受到直流电源的控制，与转子上的永磁体受到的作用力相互作用，产生电动力和电磁力，从而使转子旋转。

2. 直流电动机的调速根据直流电动机的转矩-速度特性曲线可知，直流电动机的转速与电极数、电流和电磁力等因素密切相关。

因此，通过控制直流电动机的电流大小，可以达到调节直流电动机转速的目的。

直流电动机开环调速系统主要由电动机本体、电流传感器、减速器以及驱动器等基本组成部分组成。

其中，电流传感器用于检测电动机电流的大小，而驱动器则输出一定的电压或电流，控制直流电动机的运行。

二、仿真实现1. 基本仿真模型基于MATLAB/Simulink软件建立的直流电动机开环调速系统仿真模型主要由瞬时电压、转速检测、控制逻辑、直流电机、直流电阻负载以及电流检测等组成，实时进行电磁转矩的计算，最终得到直流电机的运动状态，从而实现调速功能。

2. 仿真分析通过此仿真模型，我们可以得到直流电动机的运行状态，理解不同负载下的转矩-转速特性曲线以及电流在不同转速下的变化，从而通过调节电流、电压等参数，以达到理想的调速效果。

三、结论直流电动机的开环调速系统是一个重要的电动机控制系统组成部分，其能够有效地提高电动机的自动控制能力，大大提升了直流电动机的工作效率和精度。

本文通过介绍直流电动机调速系统的基本原理和仿真实现，为电动机控制系统研究和开发提供了参考和借鉴，对推动整个行业智能化和自动化发展具有重要意义。

基于MATLAB的数字PID直流电机调速系统

基于MATLAB的数字PID直流电机调速系统本文主要研究基于MATLAB的数字PID直流电机调速系统。

直流电机是工业生产中常用的电机，其调速系统对于保证生产效率和质量至关重要。

因此，研究直流电机调速系统的控制方法和参数设计具有重要意义。

本文将首先介绍直流电机的数学模型和调速系统的工作原理，然后探讨常规PID控制器的设计方法和参数控制原理，最后通过MATLAB仿真实验来研究数字PID控制器的设计和应用。

2 直流电机调速系统的数学模型直流电机是一种常见的电动机，其数学模型可以用电路方程和动力学方程来描述。

电路方程描述了电机的电气特性，动力学方程描述了电机的机械特性。

通过这两个方程可以得到直流电机的数学模型，为后续的控制器设计提供基础。

3 直流电机调速系统的工作原理直流电机调速系统是通过控制电机的电压和电流来改变电机的转速。

其中，电压和电流的控制可以通过PWM技术实现。

此外，还可以通过变换电机的电极连接方式来改变电机的转速。

直流电机调速系统的工作原理是控制电机的电压和电流，从而控制电机的转速。

4 常规PID控制器的设计方法和参数控制原理常规PID控制器是一种常见的控制器，其控制原理是通过比较实际输出值和期望输出值来调整控制器的参数，从而实现控制目标。

常规PID控制器的参数包括比例系数、积分系数和微分系数，这些参数的选取对于控制器的性能有重要影响。

常规PID控制器的设计方法是通过试错法和经验公式来确定参数值。

5 数字PID控制器的设计和应用数字PID控制器是一种数字化的PID控制器，其优点是精度高、可靠性强、适应性好。

数字PID控制器的设计方法是通过MATLAB仿真实验来确定控制器的参数值。

数字PID控制器在直流电机调速系统中的应用可以提高系统的控制精度和稳定性。

6 结论本文主要研究了基于MATLAB的数字PID直流电机调速系统，介绍了直流电机的数学模型和调速系统的工作原理，探讨了常规PID控制器的设计方法和参数控制原理，最后研究了数字PID控制器的设计和应用。

永磁无刷直流电机的数学模型

永磁⽆刷直流电机的数学模型⽆刷直流电机绕组中产⽣的感应电动势与电机转速匝数成正⽐，电枢绕组串联公式为其中，E为⽆刷直流电机电枢感应线电动势（V）；p为电机的极对数；α为极弧系数；W为电枢绕组每相串联的匝数；φ为每极磁通（Wb）；n为转速（r／min）。

在反电动势E和极对数p已经确定的情况下，为使电机具有较⼤的调速范围，就须限制电枢绕组的匝数W。

因此，磁悬浮飞轮电机绕组电感和电阻都⾮常⼩，使得电机在运⾏过程中，相电流可能存在不连续状态。

假定电机定⼦三相完全对称，空间上互差120°电⾓度；三相绕组电阻、电感参数完全相同；转⼦永磁体产⽣的⽓隙磁场为⽅波，三相绕组反电动势为梯形波；忽略定⼦绕组电枢反应的影响；电机⽓隙磁导均匀，磁路不饱和，不计涡流损耗；电枢绕组间互感忽略。

公式中，Va、Vb、Vc和Vn分别为三相端电压和中点电压（V），R和E为三相电枢绕组电阻（Ω）和电感（H），Ea、Eb和Ec为三相反电动势（V），ia、ib．和ic为三相绕组电流（A）。

可将⽆刷直流电机每相绕组等效为电阻、电感和反电动势串联。

⽆刷直流电机绕组采⽤三相星形结构，数学模型⽅程如式(2-2)所⽰：在电机运⾏过程中，电磁转矩的表达式为电机的机械运动⽅程为式中，Te和TL分别为电磁转矩和负载转矩（Nm）；J为转⼦的转动惯量（kg·2m）；f为阻尼系数（N·m·s）。

电机设计反电动势为梯形波，其平顶宽度为120°电⾓度，梯形波的幅值与电机的转速成正⽐。

其中，反电动势系数乃e由以下公式计算为电机转⼦每运⾏60°电⾓度进⾏⼀次换相，因此在每个电⾓度周期中，三相绕组反电动势有6个状态。

电机运⾏过程中瞬态功耗的公式为其中，Ω为电机⾓速度，P为功耗。

永磁⽆刷直流电机的控制可分为三相半控、三相全控两种。

三相半控电路的特点简单，－个可控硅控制⼀相的通断，每个绕组只通电1／3的时间，另外2／3时间处于断开状态，没有得到充分的利⽤。

直流电动机调速实验报告

直流电动机调速实验报告摘要：本次实验通过对直流电动机调速系统的设计与搭建，探索了采用不同控制方法对电动机进行调速的效果与特性。

通过实验验证，得出了电流调速和电压调速方法在直流电动机调速中的应用特点和优缺点。

一、引言直流电动机是一种广泛应用于工业生产中的电动机，其具有调速范围广、响应快、工作可靠等特点。

直流电动机调速是工业自动控制系统中的常见问题，其调速性能直接影响到生产设备的工作效率和质量。

因此，对直流电动机调速系统进行研究与实验具有重要的意义。

二、实验目的1.熟悉直流电动机的基本结构和工作原理；2.掌握电流调速和电压调速在直流电动机调速中的应用特点；3.进行实验验证，分析电流调速和电压调速的优缺点。

三、实验原理直流电动机的调速方法主要包括电流调速和电压调速两种。

电流调速通过改变电机的输入电流来调节电机的转速，而电压调速则是通过改变电机的输入电压来调节电机的转速。

电流调速适用于负载变化较大的场合，而电压调速适用于负载稳定的场合。

四、实验设备与材料1.直流电动机；2.调速器；3.控制器；4.多用表；5.实验电路板等。

五、实验步骤1.搭建电流调速实验电路，连接电动机、调速器和控制器；2.按照实验要求调节控制器的参数；3.打开电源，设置控制器的输入信号；4.在实验过程中记录电机的转速、电流和输出功率等参数；5.将实验数据整理并进行分析。

六、实验结果与讨论根据实验数据，绘制了电流调速和电压调速的转速-负载特性曲线。

分析实验数据发现，电流调速方法在负载变化较大时，保持了较稳定的转速，且响应速度较快。

而电压调速方法在负载较稳定时能够保持较好的速度稳定性，但对于负载变化较大的情况，则转速会有较大波动。

七、结论通过本次实验研究发现，电流调速和电压调速方法在直流电动机调速中具有不同的应用特点和优缺点。

电流调速适用于负载变化较大的场合，能够保持转速的稳定性和响应速度；而电压调速适用于负载较稳定的场合，能够保持较好的转速稳定性。

直流调速电机实验报告

一、实验目的1. 理解直流调速电机的工作原理和调速方法。

2. 掌握直流调速电机的调速性能指标及其测试方法。

3. 熟悉直流调速电机的驱动电路和控制系统。

4. 培养实验操作技能和数据分析能力。

二、实验仪器与设备1. 直流调速电机：一台2. 可调直流电源：一台3. 电机转速测量仪：一台4. 电流表：一台5. 电压表：一台6. 实验台：一套三、实验原理直流调速电机是通过改变电枢电压或励磁电流来调节电机转速的。

本实验采用改变电枢电压的方式来实现调速。

四、实验内容与步骤1. 实验一：直流调速电机调速性能测试（1）连接实验电路，确保接线正确无误。

（2）将可调直流电源输出电压调至一定值，启动电机。

（3）使用电机转速测量仪测量电机转速。

（4）改变可调直流电源输出电压，重复步骤（3），记录不同电压下的电机转速。

（5）绘制电机转速与电压的关系曲线。

2. 实验二：直流调速电机驱动电路与控制系统测试（1）连接实验电路，确保接线正确无误。

（2）启动电机，观察电机正反转及转速。

（3）调整驱动电路中的PWM波占空比，观察电机转速变化。

（4）改变PWM波频率，观察电机转速变化。

（5）绘制电机转速与PWM波占空比、频率的关系曲线。

五、实验结果与分析1. 实验一结果分析根据实验一的数据，绘制电机转速与电压的关系曲线。

分析曲线，得出以下结论：（1）电机转速与电枢电压成正比关系。

（2）电机转速存在最大值和最小值，分别为电机空载转速和堵转转速。

2. 实验二结果分析根据实验二的数据，绘制电机转速与PWM波占空比、频率的关系曲线。

分析曲线，得出以下结论：（1）电机转速与PWM波占空比成正比关系。

（2）电机转速与PWM波频率成反比关系。

（3）PWM波频率过高或过低都会导致电机转速不稳定。

六、实验总结1. 通过本次实验，掌握了直流调速电机的工作原理和调速方法。

2. 熟悉了直流调速电机的调速性能指标及其测试方法。

3. 掌握了直流调速电机的驱动电路和控制系统。

“双闭环控制直流电动机调速系统”数字仿真实验

“双闭环控制直流电动机调速系统”数字仿真实验24、SIMULINK建模我们借助SIMULINK，根据上节理论计算得到的参数，可得双闭环调速系统的动态结构图如下所示：图7 双闭环调速系统的动态结构图（1）系统动态结构的simulink建模①启动计算机，进入MATLAB系统检查计算机电源是否已经连接，插座开关是否打开，确定计算机已接通，按下计算机电压按钮，打开显示器开关，启动计算机。

打开Windows开始菜单，选择程序，选择MATAB6.5.1，选择并点击MATAB6.5.1，启动MATAB程序，如图8，点击后得到下图9：图8选择MATAB程序图9 MATAB6.5.1界面点击smulink 中的continuous,选择transfor Fc n（传递函数）就可以编辑系统的传递函数模型了，如图10。

图10 smulink界面②系统设置选择smulink界面左上角的白色图标既建立了一个新的simulink模型，系统地仿真与验证将在这个新模型中完成，可以看到在simulink目录下还有很多的子目录，里面有许多我们这个仿真实验中要用的模块，这里不再一一介绍，自介绍最重要的传递函数模块的设置，其他所需模块参数的摄制过程与之类似。

将transfor Fc n（传递函数）模块用鼠标左键拖入新模型后双击transfor Fc n（传递函数）模块得到图11，开始编辑此模块的属性。

图11参数表与模型建立参数对话栏第一和第二项就是我们需要设置的传递函数的分子与分母，如我们需要设置电流环的控制器的传递函数：0.01810.0181()0.2920.0180.062ACR s s W s s s++=⋅=，这在对话栏的第一栏写如：[0.018 1]，第二栏为：[0.062 0]。

点击OK ，参数设置完成。

如图12。

图12传递函数参数设置设置完所有模块的参数后将模块连接起来既得到图7所示的系统仿真模型。

在这里需要注意的是，当我们按照理论设计的仿真模型得到的实验波形与理想的波形有很大的出入。

PWM直流电机调速实验报告

2.对象模块（PWM电机调速模块）工作原理
直流电机PWM调速模块由测速电路和PWM调速电路两部分组成。模块的电源由接口总线引入。本模块使用的电机为5V直流电机。
1）电机测速部分
①直流电机测速原理介绍
电机测速部分由光电开关完成，电机带动一个周边均匀分布圆孔的金属圆盘，当电机转动时，圆盘跟着一起转动。光源发出的光通过圆孔照射到光电器件上，当圆孔随着电机轴转动时，光电开关可以输出和圆孔数目相同的脉冲，从而测得转速。
3.观察直流电机转速，一段时间后控制在程序设定的值30转/S的左右。
三、实验原理图
四、实验原理
1.PWM的调速原理
PWM调速是通过改变输出脉冲的占空比，从而改变电机转速的一种调速方法。PWM调速分为单极性和双极性两种。在单极性方式下，电机的转动方向不变，改变的只是转速；而在双极性方式下，电机的转动方向和转速都是可变的。本实验是单极性控制，其基本原理如下：
shortdelay(PWMH);
PWM=0;//turn off电机
shortdelay(PWML);
}
}
五、实验结论及讨论
本实验成功实现了直流电机转速的控制，转速设定值为30r/s，通过数码管显示出当前转速，和设定值，利用脉宽调制原理对电机转速进行间接控制。
本实验实现了通过PWM方法使输出电压改变从而改变直流电机转速的目标，并且电机的转速可以显示出来。因此，本实验既达到了动态调节电机转速，又实现了实时检测电机运转情况。
机电一体化实验报告
题目：
PWM直流电机调速实验
学生姓名：
学号：
指导教师：
张友旺
学院：
机电工程学院
专业班级：
机械1604班
日期2019年12月

直流电机调速系统实验

第一章直流电机调速系统实验实验一单闭环不可逆直流调速系统实验一、实验目的(1)了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。

(2)掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。

(3)认识闭环反馈控制系统的基本特性。

二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。

对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。

按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。

在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。

在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“转速变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压U ct，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。

电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。

这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。

在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压U ct，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。

电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。

同样，电流调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。

当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。

直流电动机双闭环调速系统MATLAB仿真实验报告

直流电动机双闭环调速系统MATLAB仿真实验报告
实验目的：
本实验旨在设计并实现直流电动机的双闭环调速系统，并使用MATLAB进行仿真实验，验证系统的性能和稳定性。

实验原理：
直流电动机调速系统是通过改变电机的输入电压来实现调速的。

双闭环调速系统采用了速度环和电流环两个闭环控制器，其中速度环的输入为期望转速和实际转速的误差，输出为电机的电流设定值；电流环的输入为速度环输出的电流设定值和实际电流的误差，输出为电机的输入电压。

实验步骤：
1.建立直流电动机的数学模型。

2.设计速度环控制器。

3.设计电流环控制器。

4.进行系统仿真实验。

实验结果：
经过仿真实验，得到了直流电动机双闭环调速系统的性能指标，包括上升时间、峰值过渡性能和稳态误差等。

同时，还绘制了调速曲线和相应的控制输入曲线，分析了调速系统的性能和稳定性。

实验结论：
通过对直流电动机双闭环调速系统的仿真实验，验证了系统的性能和
稳定性。

实验结果表明，所设计的双闭环控制器能够实现快速且稳定的直
流电动机调速，满足了实际工程应用的需求。

实验心得：
本实验通过使用MATLAB进行仿真实验，深入理解了直流电动机的双
闭环调速系统原理和实现方式。

通过实验，我不仅熟悉了MATLAB的使用，还掌握了直流电动机的调速方法和控制器设计的原则。

同时，实验中遇到
了一些问题，比如系统的超调过大等，通过调整控制器参数和优化系统结
构等方法，最终解决了这些问题。

通过本次实验，我对直流电动机调速系
统有了更加深入的理解，为之后的工程应用打下了坚实的基础。

直流电机PWM调速系统的设计与仿真

直流电机PWM调速系统的设计与仿真一、引言直流电机是电力传动中最常用的一种电动机，具有调速范围广、响应快、结构简单等优点。

而PWM（脉宽调制）技术是一种有效的电机调速方法，可以通过改变占空比控制电机的转速。

本文将介绍直流电机PWM调速系统的设计与仿真，包括建模分析、控制策略、电路设计和仿真实验等内容。

二、建模分析1.直流电机的模型直流电机的数学模型包括电动势方程和电机转矩方程。

电动势方程描述电机的输出电动势与供电电压之间的关系，转矩方程描述电机的输出转矩与电机转速之间的关系。

2.PWM调速系统的控制策略PWM调速系统的控制策略主要包括PID控制和模糊控制两种方法。

PID控制是一种经典的控制方法，通过比较实际输出与期望输出，计算出控制量来调整系统。

模糊控制则是一种基于模糊逻辑的控制方法，通过模糊推理，将输入量映射为输出量。

三、电路设计1.电机驱动电路设计电机驱动电路主要由电流传感器、逆变器和滤波器组成。

电流传感器用于测量电机的电流，逆变器将直流电压转换为交流电压，滤波器用于消除电压中的高频噪声。

2.控制电路设计控制电路主要由控制器、比较器和PWM信号发生器组成。

控制器接收电机转速的反馈信号，并与期望转速进行比较，计算出控制量。

比较器将控制量与三角波进行比较，生成PWM信号。

PWM信号发生器将PWM信号转换为对应的脉宽调制信号。

四、仿真实验1.系统建模与参数设置根据直流电机的模型，建立MATLAB/Simulink仿真模型，并根据实际参数设置电机的转矩常数、转矩常数、电机阻抗等参数。

2.控制策略实现使用PID控制和模糊控制两种方法实现PWM调速系统的控制策略。

通过调节控制参数，比较不同控制方法在系统响应速度和稳定性上的差异。

3.仿真实验结果分析通过仿真实验，分析系统的静态误差、动态响应和稳定性等性能指标。

比较不同控制方法的优缺点，选择合适的控制方法。

五、结论本文介绍了直流电机PWM调速系统的设计与仿真，包括建模分析、控制策略、电路设计和仿真实验等内容。

直流电动机闭环调速实验

直流电动机闭环调速实验本实验主要是利用闭环控制思想来完成直流电动机的调速实验。

直流电动机是工业生产中最常见的驱动装置之一，其广泛应用于动力和万向传动领域，因而其调速功能也显得特别重要。

本实验所采用的直流电动机主要是通过调整直流电源的电压来实现调速的，闭环调速实验主要包括系统建模、控制参数的选择、控制效果的评估等内容。

一、实验原理直流电动机是一种较为简单的电机。

在工作过程中，它的转速与电源电压有很大的关系。

电源电压越高，电机的转速越快；反之，电源电压越低，电机的转速也越慢。

因此，通过改变直流电源的电压，就可以实现直流电动机的调速。

这种方法叫做电压调速。

但是，这种方法的调速精度无法满足需要，因此采用闭环控制调速，可以更加精准地调节直流电动机的转速。

2. 直流电动机闭环控制原理闭环控制是一种基于反馈的控制方法，控制器通过传感器获得输出反馈信号，从而实现对系统控制的精准调节。

在直流电动机的闭环调速中，可以通过安装转速传感器来获得电动机输出的转速信号，控制器则根据转速信号对输出电压进行调节，从而控制电机的转速。

二、实验设备直流电动机、电源、转速传感器、PID调节器、数字万用表、示波器。

三、实验步骤1. 点动实验点动实验是为了检测电机正反转和控制信号的传输情况。

在实验开始之前，先将转速传感器安装在电机上，并将调节器与传感器相连。

将电机接通电源，观察电机是否正常运转。

然后，用调节器控制电机正反转，观察电机运动方向是否正确。

最后，观察调节器的数值是否能够正常反映电机运转的转速。

2. 建立数学模型在实验过程中，需要对电机系统进行建模。

首先，采用传递函数的方法对电机系统进行建模，建立电机系统的传递函数，然后对传递函数进行调整，从而得到合适的控制器参数。

3. 选择控制参数根据实验结果，选择合适的控制参数。

在本实验中，采用PID控制器来完成闭环控制。

将调节器设定为PID控制模式，并分别测试不同比例系数、积分系数和微分系数下的调节效果，选择合适的控制参数。

直流电机调速_实训报告

一、引言直流电机因其结构简单、运行可靠、调速方便等优点，广泛应用于各种工业和家用电器中。

为了更好地掌握直流电机的调速原理和实现方法，我们进行了直流电机调速实训。

本报告将详细介绍实训过程、实验结果及分析。

二、实训目的1. 理解直流电机的调速原理和实现方法；2. 掌握直流电机调速电路的设计与搭建；3. 学会使用示波器、万用表等仪器对电路进行测试和分析；4. 提高动手实践能力和工程意识。

三、实训内容1. 直流电机调速原理直流电机调速主要采用调压、调阻和PWM调制三种方法。

本实训采用调压方法，通过改变输入电压来控制电机的转速。

2. 直流电机调速电路设计（1）电路组成：电源、直流电机、调速电路、负载、保护电路等。

（2）调速电路设计：采用继电器和电位器组成的分压电路，通过改变电位器阻值来调整输入电压。

3. 仪器使用（1）示波器：用于观察电压、电流等信号波形。

（2）万用表：用于测量电压、电流、电阻等参数。

四、实训步骤1. 搭建直流电机调速电路。

2. 连接电源，启动电机。

3. 调整电位器，观察电机转速变化。

4. 使用示波器观察电压、电流等信号波形。

5. 使用万用表测量电压、电流、电阻等参数。

6. 记录实验数据，分析实验结果。

五、实验结果与分析1. 实验数据（1）输入电压：0V、2V、4V、6V、8V。

（2）电机转速：0r/min、300r/min、600r/min、900r/min、1200r/min。

（3）电流：0A、1A、2A、3A、4A。

2. 实验结果分析（1）电机转速与输入电压的关系：随着输入电压的增加，电机转速逐渐升高。

（2）电流与输入电压的关系：随着输入电压的增加，电流逐渐增大。

（3）电机转速与电流的关系：电机转速与电流成正比。

六、结论1. 通过本次实训，我们掌握了直流电机调速原理和实现方法。

2. 通过搭建直流电机调速电路，实现了对电机转速的调节。

3. 通过使用示波器和万用表等仪器，我们对电路进行了测试和分析，验证了实验结果的准确性。

双闭环直流调速系统的建模与仿真实验研究

双闭环直流调速系统的建模与仿真实验研究双闭环直流调速系统是现代控制领域的重要研究内容之一、它采用了两个闭环控制回路，可以实现对电机的速度和电流进行精确控制。

本文将对双闭环直流调速系统的建模方法和仿真实验进行研究，以期提高调速系统的控制性能。

首先，需要建立双闭环直流调速系统的数学模型。

该模型包括机械部分、电磁部分和电气部分。

机械部分主要是电机的动力学方程，包括转速、负载转矩和机械转动惯量等参数。

电磁部分包括电机的电磁方程和电磁转矩。

电气部分则包括电机的电流方程和电压方程。

将这些方程组合在一起，可以得到双闭环直流调速系统的数学模型。

接下来，可以利用MATLAB/Simulink等仿真软件进行系统仿真实验。

仿真实验的目的是验证建立的数学模型的准确性，并进行控制性能的评估。

首先，可以进行开环控制的仿真实验。

开环控制时，将输入期望速度信号，通过电流控制器输出加到电机输入端，然后通过机械部分的动力学模型计算出电机轴的转速。

仿真实验中，可以调节电流控制器的参数，观察实际转速与期望转速之间的误差。

通过不断调整电流控制器的参数，使得转速误差最小，从而得到最佳的开环控制参数。

然后，可以进行闭环控制的仿真实验。

闭环控制中，需要加入速度反馈回路，将实际转速信号与期望转速信号进行比较，并通过调节电流控制器输出的电流信号来实现转速的闭环控制。

在仿真实验中，可以观察调整速度环和电流环的参数对闭环控制性能的影响。

通过不断优化参数，使得系统的响应速度更快、稳定性更好。

最后，可以进行扰动实验。

扰动实验是为了评估系统在外部扰动下的鲁棒性能。

通过加入外部扰动信号，观察系统对扰动的抑制能力。

可以进行不同程度和频率的扰动实验，评估系统对扰动的抑制能力，并通过调整控制器参数来提高系统的抗扰能力。

通过以上的建模与仿真实验研究，可以得到双闭环直流调速系统的数学模型，并且评估调速系统的控制性能。

这对于实际工程控制中的双闭环直流调速系统设计和调试具有重要意义，可以帮助工程师更好地设计和优化控制系统，提高系统的性能和稳定性。

直流电动机四大方程调速方法和动态模型

n U IR K eΦ
30 π
C e。
Tl
L R
2
Tm
GD R 375 C e C m
U d0 RI d E
Te C m I d E Cen
Te T L
n0 n
2
n— 转速（r/min） U— 电枢电压（V） I— 电枢电流（A）；；； R— 电枢回路总电阻（） — 励磁磁通（Wb）；； Ke— 由电机结构决定的电动势常数。 2 直流调速方法
直流调速电源
G-M 系统工作原理
G-M 系统特性
1.1 三种常用的可控直流电源旋转变流机组静止式可控整流器直流斩波器或脉宽调制变换器据前，调压调速是直流调速系统的主要方法，而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源。本节介绍三种常用的可控直流电源。 1.1.1 旋转变流机组（for G-M 系统） --用交流电动机和直流发电机组成机组，获得可调的直流电压图 1-1 旋转变流机组和由它供电的直流调速系统（G-M 系统）原理图由原动机（柴油机、交流异步或同步电动机）拖动直流发电机 G 实现变流，由 G 给需要调速的直流电动机 M 供电。调节 G 的励磁电流 if 即可改变其输出电压 U，从而调节电动机的转速 n 。这样的调速系统简称 G-M 系统，国际上通称 Ward-Leonard 系统。图 1-2 G-M 系统中电动机可逆运行的机械特性 1.1.2 静止式可控整流器（for V-M 系统） ——用静止式的可控整流器获得可调的直流电压。图 1-3 晶闸管-电动机调速系统（V-M 系统）原理图晶闸管-电动机调速系统（简称 V-M 系统，又称静止的 Ward-Leonard 系统），图中 VT 是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置 GT 的控制电压 Uc 来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压 Ud ，从而实现平滑调速。晶闸管整流装置经济可靠性有很大提高，技术性能有较大优越性。晶闸管可控整流器的功率放大倍数在 104 以上，其门极电流可以直接用晶体管来控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器。控制作用的快速性，大大提高系统的动态性能。变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级可逆由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。