实验一 直流电机调速系统的数学模型

实验一直流电机调速系统的数学模型

一、实验目的

1．通过实验掌握直流电机PWM开环调速控制方法。

2．掌握PWM功率放大H桥芯片LMD18200T的应用方法。

3．掌握开关电源PWM控制芯片SG3525A在直流调速系统中的应用。

4．掌握直流调速系统的数字模型的建立方法。

二、实验线路

实验线路如图1所示，所发的元件按图1所示焊接好，检查核对无误后，接上30V电源，在U4的2脚处断开与运放U3的连接，U4的2脚接一10K的电位器，称为PR1（图1中没画），电位器电源电压为5V，电位器的滑动端接U4的2脚，即Uc接电位器PR1的中点，调节该电位器PR1即可改变Uc的大小，实现直流电机的开环速度控制。

图1 实验电路

三、实验内容

1 PWM环节数学模型测定调节PR使SG3525A的13脚输出的PWM波形占空比为50%，测量SG3525A 2脚的输入电压及PWM环节的输出电压，填入表1。改变PR，按不同的占空比测量2脚的电压和PWM环节输出电压，填入表1。

表1 PWM 环节数学模型测试表

空比比 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% Vc(2pin) V

2电机参数的测量

1） 电势常数C E Φ的测定 用另一台电动机牵引被测电机运在额定转速，

测出电机的电势Ea ，则

电势常数：C E Φ=N

a n E 。 （1） 2）电机转矩常数C m Φ 转矩常数可由C E Φ求出：Φ=

ΦE m C C π30。 （2）

3）飞轮矩GD 2的测定 已知电机的运动方程为： dt

dn GD T T l e 3752=- （3） 电机接可调稳压电源，测速发电机接数字示波器的Y 轴输入，调节稳压电源电压使电机运行在额定转速附近，测量此时的空载电流I O 。断开电源使电机自由行使，测出电机的下降时间t ∆(若为指数下降曲线，则按其初始斜率求下降时间t ∆)，则电机的飞轮矩可由下式求出：

GD 2 =t

n

I C o m ∆∆Φ375 （4） 4）电枢电阻的测定 电机电枢接可调稳压电源，卡住电机轴不让转动，调节稳压电源使电机电流为额定电流，测出一组V 1，I 1 。电机轴转动一定位置，重复测量得另一组数据，V 2，I 2 。

测出4、5组数据。则电枢电阻a R 为：

a R =n

Rn R R ++21 （5） 5）电源内阻的测定 在H 桥输出端接电压表，电流表和可调负载电阻，

调节控制电压U C 使PWM 电路输出为额定电压的2

1，调节负载电阻使电流为额定电流I N ，保持控制电压不变，调节负载电阻，使负载约为额定电流的0.8倍，测

出电流I 1，测出电压为V 2，则按下式可算出电源的等效内阻：

R pwm =2

112I I V V -- （6） 6）电枢电感的测定 自耦变压器输出与电机联接在如图所示。交流电流应大于额定值，测得电压，电流分别为U 和I ，则电枢电感a L 为：

a L =f

R I U a π222-⎪⎭⎫ ⎝⎛ （7）

7）电磁时间常数l T 的确定 电磁时间常数l T 的表达式为：

l T =

R

L （8） R ：为回路的总电阻

8）机电时间常数m T 的确定 机电时间常数m T 的表达式为： m T =2

2375Φm e C C R GD （9） 3 开环静差率测量 PWM 变换器输出端按上电机，改变控制电压U c ,使电机在额定转速下运行，保持U c 不变，电机带额定负载时，测出电机转速，由下式计算

开环静差率。

S op =0

n n N ∆ （10） 4 PWM 变换器环节的传递函数

1）以Uc 为横轴，U M 为纵坐标，描出各点。并将各点用直线相连，求出该直线的斜率k PWM =C

D U U ∆∆，即为PWM 环节的比例系数。用频率计或示波器测出PWM 的频率f ，求出周期T 。则PWM 环节的传递函数可用图2表示：

图2 PWM 变换器环节的传递函数

2）根据测出的控制系统传递函数，画出速度控制系统开环传递函数结构图。 5实验感想

通过实验我们了解了什么？掌握了哪些？

U C U D

12+S T k PWM