实验二 不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究
单闭环不可逆直流调速系统仿真实验设计
课程设计单闭环不可逆直流调速系统仿真实验设计指导教师:学院:专业：班级:姓名：学号：目录任务书 (3)概述 (4)原理 (5)建模与参数设置 (12)仿真结果及分析 (16)参考文献 (17)附图 (18)任务书单闭环不可逆直流调速系统仿真实验设计1．画出系统的仿真模型2．主电路的建模和模型的参数设置（1）三相对称交流电压源的建模和参数设置（2）晶闸管整流的建模和参数设置（3）平波电抗器的建模和参数设置（4）直流电动机的建模和参数设置（5）同步脉冲触发器的建模和参数设置3．控制电路的建模和参数设置4．系统的仿真参数设置5．系统的仿真,仿真结果的输出及结果分析6．打印说明书（B5），并交软盘（一组)一张。
注意事项:1．系统建模时，将其分成主电路和控制电路两部分分别进行2．在进行参数设置时，晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等的参数设计原则如下：如果针对某个具体参数设置，则对话框的有关参数应取装置的实际值；如果不针对某歌剧厅的装置的一般情况，可先去这些装置的参数默认值进行仿真。
若仿真结果不理想，则通过仿真实验，不断进行参数优化，最后确定其参数。
3．给定信号的变化范围、调节器的参数的反馈检测环节的反馈系数等可调参数的设置，其一般方法是通过仿真试验，不断进行参数优化.4．仿真时间根据实际需要而定，以能够仿真出完整的波形为前提.5．仿真算法的选择：通过仿真实践，从仿真能否进行、仿真的速度、仿真的精度等方面进行选择。
为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环系统。
对调速指标要求不高的场合,采用单闭环系统，按反馈的方式不同分为转速反馈、电流反馈、电压反馈、本次设计中采用的为单闭环不可逆直流调速系统。
转速单闭环系统原理如图1所示，图中将反映转速变化的电压信号作为反馈信号,经速度变换后接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Uct，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，以改变三象全控整流电路的输出电压，这就构成了速度反馈闭环系统。
第七章 电气传动实验 (1)
第七章电气传动控制系统实验第一节晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一、实验目的：1、熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。
2、掌握掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。
二、实验设备1、教学实验台主控制屏1个2、负载组件1套3、电机导轨及测速发电机1台4、直流电动机1台5、双踪示波器 1台6、万用表 1台三、背景知识直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。
因此，为了保持由浅入深的教学顺序，应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。
晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。
本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Uc作为触发器的移相控制电压，改变Uc的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。
工作原理图如图7-1所示。
图7-1晶闸管直流调速系统工作原理图四、实验注意事项、实验内容与实验步骤注：（1）由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。
（2）为防止电枢过大电流冲击，每次增加U g须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。
（3）电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。
1、电枢回路电阻R的测定电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻R a，平波电抗器的直流电阻R L和整流装置的内阻R n，即R=R a+R L+R n。
为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如图7-2所示。
图7-2 晶闸管直流调速系统电阻R测试线路图（1）将变阻器R d接入被测系统的主电路，并调节电阻负载至最大。
测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。
（2）低压单元的G给定电位器RP1逆时针调到底，使U ct=0。
《运动控制系统》实验指导书[新][152023]
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一、运动控制系统实验项目一览表实验室名称：电机拖动实验室课程名称：运动控制系统适用专业：电气工程及自动化、自动化实验总学时：16设课方式：课程实验（“课程实验”或“独立设课”二选一）是否为网络实验：否（“是”或“否”二选一）实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试一．实验目的1．熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。
2．掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。
二．实验内容2．电平检测器的调试3．反号器的调试4．逻辑控制器的调试三．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏。
2．NMCL—31A组件3．NMCL—18组件4．双踪示波器5．万用表四．实验方法1．速度调节器（ASR）的调试按图1-5接线，DZS(零速封锁器)的扭子开关扳向“解除”。
注意：正常使用时应“封锁”，以防停机时突然启动。
（1）调整输出正、负限幅值“5”、“6”端接可调电容，使ASR调节器为PI调节器，加入一定的输入电压（由NMCL—31的给定提供，以下同），调整正、负限幅电位器RP1、RP2，使输出正负值等于 5V。
（2）测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“5”、“6”端短接），使ASR调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。
（3）观察PI特性拆除“5”、“6”端短接线接入5~7uf电容，（必须按下选择开关，绝不能开路），突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。
反馈电容由外接电容箱改变数值。
2．电流调节器（ACR）的调试按图1-5接线。
（1）调整输出正,负限幅值“9”、“10”端接可调电容，使调节器为PI调节器，加入一定的输入电压，调整正，负限幅电位器，使输出正负最大值大于 6V。
（2）测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“9”、“10”端短接），使调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。
运动控制实验
第二章运动控制（一）实验实验三不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究一．实验目的1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。
2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。
3．学习反馈控制系统的调试技术。
二．实验系统组成及工作原理采用闭环调速系统，可以提高系统的动静态性能指标。
转速单闭环直流调速系统是常用的一种形式。
实验图3一1所示是转速单闭环直流调速系统的实验线路图。
实验图3一1转速单闭环直流调速系统图中电动机的电枢回路由晶闸管组成的三相桥式全控整流电路V供电，通过与电动机同轴刚性连接的测速发电机TG检测电动机的转速，并经转速反馈环节FBS分压后取出合经速度调节器ASR综合调节，ASR的适的转速反馈信号U n，此电压与转速给定信号U*n输出作为移相触发器GT的控制电压U ct，由此组成转速单闭环直流调速系统。
图中DZS 为零速封锁器，当转速给定电压U*和转速反馈电压U n均为零时，DZS的输出信号使转速n调节器ASR锁零，以防止调节器零漂而使电动机产生爬行。
三、实验设备及仪器1．MCL—II型电机控制教学实验台主控制屏。
2．MCL—20组件。
3．MCL—03组件。
4．MEL—11电容箱。
5．MEL—03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）6．电机导轨及测速发电机、直流发电机MO l7．直流电动机M03。
8．双踪示波器。
四．实验内容1．移相触发电路的调试（主电路未通电）（a）用示波器观察MCL—20的脉冲观察孔，应有双脉冲，且间隔均匀，幅值相同；观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1V-2V的双脉冲。
（b）触发电路输出脉冲应在30º~90º范围内可调。
可通过对偏移电压调节单位器及ASR输出电压的调整实现。
例如：使ASR输出为0V，调节偏移电压，实现α=90º：再保持偏移电压不变，调节ASR的限幅电位器RP1，使α =30º。
毕业设计(论文)-单闭环不可逆直流调速系统的静态指标和稳定性[管理资料]
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郑州大学西亚斯国际学院本科毕业设计题目：单闭环不可逆直流调速系统的静态指标和稳定性指导教师：职称：副教授学生姓名：学号：专业：自动化班级：一班院（系）：电子信息工程学院电子工程系完成时间：2009年4月25日闭环不可逆直流调速系统的稳定性和静态分析摘要本文主要研究直流电机闭环控制系统的静态特性和稳定性，在研究过程中，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，用作控制整流桥的触发电路，触发脉冲ct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。
本设计的目的主要是在实验的基础上来研究和分析闭环控制的性能指标，进而和开环控制进行比较。
为了更具体的分析系统的性能指标，将解析法与实验法相结合建立闭环控制的数字模型。
在这个基础上对系统的稳态误差，超调量和调节时间进行分析；然后通过实验对闭环系统的稳态误差，超调量和调节时间进行了验证；证明本系统完全符合实验要求。
并且验证了闭环系统比开环系统稳定这一事实。
在实验过程中，速度调节器采用了比例积分调节，消除了在比例调节器因阶跃输入产生的稳态误差，从而达到精确控制的目的。
关键词直流电机调速/速度反馈/闭环控制/稳定性Closed-Loop DC Speed Control System irreversible stability andstatic analysisAbstractThis paper studies the closed-loop DC motor control system of static characteristics and stability, in the course of the study, changes in speed feedback voltage signal as a signal received by the speed of the speed of transformation input regulator and given by the voltage comparison After amplification, the phase shifter control voltage , rectifier bridge to control the trigger circuit, the trigger pulse by the amplifier is added after the thyristor between the gate and cathode to change the “three-phase full-controlled rectifier" the output voltage This constitutes a negative feedback closed-loop system speed.The main purpose of this design is the basis of experimental research and analysis of closed-loop control performance indicators and then compares the open-loop control. To be more specific analysis of performance indicators, will be analytical method combined with the experimental establishment of closed-loop control of the digital model. On this basis the system of steady-state error, overshoot and settling time for analysis; and then the closed-loop system through experiments on the steady-state error, overshoot and settling time are verified; prove that the system is fully in line with the experimental requirements. And verify the closed-loop system stability than open-loop system that fact. In the experimental process, the speed regulator using a proportional-integral regulation, eliminating the regulator in the proportion of step input generated by steady-state error, so as to achieve the purpose of precise control.Key words DC motor speed control / speed feedback / closed-loop control / stability目录摘要 (I)Abstract........................................................................................................... I I 1. 绪论 .. (1) (1)直流调速系统的调速方法 (1)直流调速系统的供电方式 (2) (2)2 单闭环不可逆直流调速系统各部分介绍 (4)晶闸管的介绍 (4)开环与闭环的静特性分析比较 (6)2. 3 调节器 (8)3 单闭环不可逆直流调速系统的研究 (11)直流调速系统的设计要求 (11) (11) (12) (15)调速系统的静态指标 (16)动态指标 (18)4试验数据分析与结果 (19) (19) (21) (22)5结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)1. 绪论1957年，晶闸管（俗称可控硅整流元件，简称可控硅）问世，到了60年代，已生产出成套的晶闸管整流装置，使变流技术产生根本性的变革，开始进入晶闸管时代。
实验报告
生产实习实验报告（交直流调速、PLC）同组人：于潮115212牛少雄115362李子康115326张振宇096026实验三不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究一．实验目的1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。
2．研究直流调速系统中速度调节器ASR 的工作及其对系统静特性的影响。
3．学习反馈控制系统的调试技术。
二．预习要求1．了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。
2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。
三．实验线路及原理见图1-7。
四．实验设备及仪表1．教学实验台主控制屏。
2．NMCL—33 组件3．NMEL—03 组件4．NMCL—18 组件5．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机M01 6．直流电动机M03 7．双踪示波器8．万用表五．注意事项1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。
2．接入ASR 构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR 的RP3 电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数小，同时，ASR 的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。
3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。
4．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。
5．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。
6．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。
7．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。
六．实验内容1．移相触发电路的调试（主电路未通电）（a）用示波器观察NMCL—33 的双脉冲观察孔，应有双脉冲，且间隔均匀，幅值相同；观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1V～2V 的双脉冲。
（b）触发电路输出脉冲应在30°～90°范围内可调。
可通过对偏移电压调节单位器及ASR输出电压的调整实现。
例如：使ASR 输出为0V，调节偏移电压，实现α=90°；再保持偏移电压不变，调节ASR 的限幅电位器RP1，使α=30°。
单闭环直流调速系统的动态分析
促进工业自动化技术的发展
对单闭环直流调速系统的深入研究，有助于推动工业自动化技术的进步，提升我国工业的国际竞争力 。
单闭环直流调速系统
02
概述
系统组成和工作原理
系统组成
单闭环直流调速系统主要由转速控制器、功率放大器和直流电机等组成。
结论与展望
06
研究成果总结
01 建立了单闭环直流调速系统的数学模型，并 对其动态性能进行了深入分析。
02
提出了基于PI调节器的控制策略，有效提高 了系统的动态响应速度和稳定性。
03
通过实验验证了所提控制策略的有效性，并 与其他方法进行了对比分析。
04
分析了系统在不同工况下的性能表现，为实 际应用提供了理论依据。
数据存储
将处理后的数据妥善保存，以便后续仿真模型建立与 验证使用。
仿真模型建立与验证
数学模型建立
根据单闭环直流调速系统的原理，建立系统的数学模型， 如传递函数、状态方程等。
01
仿真软件选择
选择合适的仿真软件，如Simulink、 Matlab等，建立仿真模型。
02
03
模型验证
将实验数据代入仿真模型中进行验证， 比较仿真结果与实验结果的差异，评 估模型的准确性和可靠性。
直流电机调速的重要性
直流电机调速在工业自动化控制系统 中具有重要作用，能够实现精确的速 度控制和快速响应，提高生产效率和 产品质量。
目的和意义
研究单闭环直流调速系统的动态性能
通过对单闭环直流调速系统的动态分析，了解其响应速度、稳定性、抗干扰能力等方面的性能表现， 为实际应用提供理论依据。
实验三-单闭环不可逆直流调速系统实验
实验三-单闭环不可逆直流调速系统实验一、实验目的本实验旨在通过实验研究单闭环不可逆直流调速系统的基本原理、调速特性和调速方法，掌握闭环调速的基本思想和方法，熟悉DC电机的调速控制原理和方法。
二、实验原理在单闭环不可逆直流调速系统中，电机的速度调节采用PID控制方式，通过控制电机的电源电压来实现调速。
具体的原理如下：1.电机的动作原理：当电枢通电后，电枢周围会产生一个磁场，同时在电枢内产生一个磁场，这两个磁场互相作用产生力矩，从而将电枢带动转动。
2.电机的调速控制：通过改变电机的电源电压来实现对电机的调速控制，电源电压越高，电机的转速越快，电源电压越低，电机的转速越慢。
而电源电压的改变通常是通过PWM调制实现的。
3.PID算法：PID控制算法采用比例、积分、微分三种控制信号结合的方式实现对电机转速的控制。
比例控制用于实时调整电机转速，积分控制用于修正电机转速下降过程中的偏差，微分控制用于提高系统的动态响应速度。
三、实验步骤1.将实验电路图搭建好，并连接好电源、电机、PWM信号发生器等模块。
2.对电机进行标定：通过对电机的空载转速和负载转速进行测量，确定电机传动系数和最大负载系数。
3.进行调速实验：通过修改PWM信号发生器的占空比来改变输入电压，从而实现对电机速度的控制。
同时通过示波器和万用表实时对电流、转速、电压等参数进行测量与记录。
4.使用PID算法对电机进行调速控制，对比比例控制、积分控制、微分控制和PID控制四种方法的效果和优缺点。
四、实验结果与分析实验中我们对电机的标定得到了电机的传动系数约为0.0134，最大负载系数为0.39。
在进行调速实验时，我们可以明显地感受到PWM信号发生器占空比的改变会对电机的转速产生影响。
同时通过测量和记录不同占空比下的电流、转速、电压等参数，我们可以得到调速系统的调速特性曲线。
通过加入PID算法，我们可以明显地感受到PID控制的稳定性和动态性，相比其他三种控制方法，PID控制能够更快速地达到稳定状态，同时产生的超调也更小。
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。
单闭环直流调速系统的仿真研究【基于MATLAB软件的仿真】《论文》
单闭环直流调速系统的仿真研究【基于MATLAB软件的仿真】《论文》1引言调速方法通常有机械的、电气的、液压的、气动的几种，仅就机械与电气调速方法而言，也可采用电气与机械配合的方法来实现速度的调节。
电气调速有许多优点，如可简化机械变速机构，提高传动效率，操作简单，易于获得无极调速，便于实现远距离控制和自动控制，因此，在生产机械中广泛采用电气方法调速。
1.1直流调速系统的概述由于直流电动机具有极好的运动性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。
就目前来看，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。
在我国许多工业部门，如海洋钻探、纺织、轧钢、矿山、采掘、金属加工、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动的场合，仍然广泛采用直流调速系统。
而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。
随着GTO晶闸管、GTR、P-MOSFET、IGBT和MCT等全控型功率器件的问世，这些有自断能力的器件逐步取代了原来普通晶闸管系统所必须的换向电路，简化了电路的结构，提高了效率和工作频率，降低了噪声，缩小了电力电子装置的体积和重量。
谐波成分大、功率因素差的相控变流器逐步被斩波器或脉冲宽度调制器所代替，明显的扩大了电动机控制的调速范围，提高了调速精度，改善了快速性、效率和功率因素。
PWM电源终将取代晶闸管相控式可控功率电源，成为电源的主流。
随着信息、控制与系统学科以及电力电子的发展，电力拖动系统获得了迅猛发展，从旋转交流机组到水银整流器静止交流装置、晶闸管整流装置，再到众多集成电力模块。
目前完全数字化的控制装置已成功应用于生产，以微机作为控制系统的核心部件，并具有控制、检测、监视、故障诊断及故障处理等多功能电气传动系统正处在形成和不断完善之中。
1.2本章小结本章介绍了直流调速系统的研究前景及其优点。
实验二 单闭环不可逆直流调速系统实验
实验三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。
图5-7 转速单闭环系统原理图图5-8 电流单闭环系统原理图在电压单闭环中，将反映电压变化的电压隔离器输出电压信号作为反馈信号加到“电压调节器”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，从而构成了电压负反馈闭环系统。
《电力拖动自动控制系统》实验讲义(2)
实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一、实验学时：3学时二、实验类型：验证性三、开出要求：必修四、实验目的：1．了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情况。
2．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。
3．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。
五、实验原理：晶闸管直流调速系统由晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。
本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压，改变U g的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。
六、实验条件：1．教学实验台主控制屏MCL-32T。
2．MCL—33组件3．MEL—03组件4．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）5．直流电动机M036．双踪示波器7．万用表七、实验步骤：（一）安全讲解实验指导人员讲解自动控制系统实验的基本要求，安全操作和注意事项。
介绍实验设备的使用方法。
（二）操作步骤1．电枢回路电阻R的测定电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻R a，平波电抗器的直流电阻R L和整流装置的内阻R n，即R=R a+R L+R n为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如图1-1所示。
将变阻器R D（可采用两只900Ω电阻并联）接入被测系统的主电路，并调节电阻负载至最大。
测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。
NMCL-31的给定电位器RP1逆时针调到底，使U ct=0。
调节偏移电压电位器RP2，使Ud=0。
合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W端有电压输出，调节U g使整流装置输出电压U d=（30~70） U ed（可为110V），然后调整R D使电枢电流为（80~90）%I ed ，读取电流表A 和电压表V 的数值为I 1,U 1，则此时整流装置的理想空载电压为U do =I 1R+U 1调节R D ，使电流表A 的读数为40% I ed 。
运动控制系统试验报告单闭环直流调速系统
运动控制系统试验报告——单闭环直流调速系统学号:0504220110 姓名:杨娟一.实验目的:通过实验了解单闭环直流调速系统的结构和工作原理，通过系统调试深入领会系统的动静态特性， 并掌握控制系统的调试方法。
二.实验内容及结果:1) 转速负反馈的单闭环直流调速系统。
转速负反馈单闭环调速系统的静特性为:其中 为闭环系统的开环放大系数 要求输入信号U n *为阶跃信号，初值为0，终值为30，阶跃起始时刻为0时刻；负载电流为斜坡信号，斜率为1，起始时间为0，初始输出为0。
仿真时间不小于20秒。
设计转速调节器的参数，使得该闭环直流调速系统为有静差系统，理想空载转速为800r/min ，并计算其在I d =15时的闭环系统静态转速降落。
即n ocl=800r/min ，又图中给出了Ks=30，*n U =30V ，a=0.02，Ce=0.127，代入方程得到参数Kp=0.2419。
其结构图及仿真的静特性。
如下： n a 0.02XY GraphUn*R 3PID Controller 1PID Ks 30IdAdd 1/Ce1/0.127转速负反馈的单闭环直流调速系统的稳态结构图 转速负反馈单速度闭环调速系统的静特性 如图所示，电动机转速随着负载电流的增加线性下降，正好满足静特性方程的特点。
当负载电流 Id=15时，代入静特性方程得静态转速降落为Δn cl=165.4r/min2) 电压负反馈的单闭环直流调速系统电压负反馈单闭环调速系统的静特性为:其中K=γKpKs 为闭环系统的开环放大系数。
clcl ed e *ns p e s p e d *n s p Δn n K C RI K C U K K α/C K K C R I U K K n -=+-+=+-=0)1()1()1(es p C αK K K =eda e d pe e n s p C I RK C I RK C U K K n -+-+=)1()1(*输入信号参数与上面的一样，同时理想空载转速n ocl=800r/min ，又图中给出了Ks=30，*n U =30V ，γ=0.157，Ce=0.127，代入方程得到参数Kp=0.2419。
不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究实验报告
实验报告课程名称电力拖动自动控制实验实验名称不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究一．实验目的2．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。
3．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。
三．实验系统组成和工作原理晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。
本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压，改变U g的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。
1.调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性i d（A）0.080.200.400.601U d（V）237209204201194n（r/min）160013691293122511002.带转速负反馈有静差工作的系统静特性3.调速系统在带转速负反馈时的无静差闭环工作的静特性波形分析、比较通过3个图，可以看出，调速系统在调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性最软，调速系统在带转速负反馈时的无静差闭环工作的静特性最硬，转速基本保持不变。
思考题1.系统开环，G给定直接连Uct，ASR不工作；有静差闭环时，ASR给Uct，内部积分部分短接，此时ASR工作在不饱和状态，随着id增大，电机转速减小，负反馈使得Ud0增大，电机的电枢电压随着id改变，使得机械特性一直在改变，从而使得系统的机械特性变硬；无静差闭环是将内部串入积分环节（电容），此时ASR还是工作在不饱和状态，与有静差闭环类似，由于消除了静差，转速基本稳定在额定转速，系统的机械特性为一条平行x轴直线。
2 有反馈调速系统给定电压要大些，ASR内部有一些分压，通过ASR之后的U会小于开环情况。
同时反馈环中会有一些其他扰动，使得Ug变小，所以加大G给定使空载转速保持n02反馈强度大，偏差大，使得Ug变大，系统调整强度大。
4 逐渐增大负载的情况下，偏差电压应该增大，Ug增大，此时为负反馈。
实验二 不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究
实验二不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究一．实验目的1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。
2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。
3．学习反馈控制系统的调试技术。
二．预习要求1．了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。
2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。
三．实验线路及原理见图6-7。
四．实验设备及仪表1．MCL系列教学实验台主控制屏。
2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。
3．MCL—33(A)组件或MCL—53组件。
4．MEL-11挂箱5．MEL—03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。
6．电机导轨及测速发电机、直流发电机M01（或电机导轨及测功机、MEL—13组件）。
7．直流电动机M03。
8．双踪示波器。
五．注意事项1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。
2．接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。
3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。
4．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。
5．电源开关闭合时，过流保护发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1即可正常工作。
6．系统开环连接时，不允许突加给定信号U g起动电机。
7．起动电机时，需把MEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。
8．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。
9．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。
六．实验内容1．移相触发电路的调试（主电路未通电）（a）用示波器观察MCL—33（或MCL—53，以下同）的双脉冲观察孔，应有双脉冲，且间隔均匀，幅值相同；观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1V～2V的双脉冲。
实验二_单闭环不可逆直流调速系统实验
单闭环不可一、实验目的逆直流调速系统实验（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）掌握晶甲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（包挂单闭环系统和多闭环系统）。
对调速指标要求不高的场合，采用直流调速系统，而对调速指标要求较高的则采用多闭环系统。
按反馈的方式不同可分为转速负反馈、电流反馈、电压反馈等。
在单闭环系统中，转速负反馈单闭环使用较多。
转速负反馈单闭环系统原理如图5.11所示。
图中将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度反馈”后接到“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Ua，用作控制整流桥的“触发电路”。
触发脉冲经功放后加到晶甲管的门极的阴极之间，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。
电动机的转速随给定电压的变化，电动机最高转速由电流调节器的输出限幅所决定。
若电流调节器采用比列（p）调节，对阶跃输入由稳态误差，则需将调解器换成比列积分（pi）调节。
这时若“给定”电压恒定，闭环系统对速度变化起到了让制作用，当电动机负责或电源电压波动时，电动机的转速能稳定在一定的范围内变化。
电流反馈单闭环系统原理图如图5.12所示，图中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”电压比较，经放大后，得到移相控制电压Uct，控制整流电桥的“触发电路”，关改变“三相全控整流”的电压输出，从各构成了电压反馈闭环系统。
电动机的最高转速也有电流调节器的输出限幅所决定。
同样，若电流调节器采用比例（P）调节，则对阶跃输入由稳态误差，要消除该误差可将调节器换成比例积分(PI)调节。
当”给定”电压恒定时，闭环系统对电枢电压电流变化起到了抑制作用，当电动机负载或电源电压波动时，电动机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。
[vip专享]《电力拖动自动控制系统》实验讲义(2)
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W
2．电枢回路电感 L 的测定 电枢电路总电感包括电机的电枢
N
2
A M
直流电动机M03 图1-2 电枢回路电感L的测定
电感 La，平波电抗器电感 LL 和整流变压器漏感 LB，由于 LB 数值很小，可忽略，故电枢回
路的等效总电感为
L=La+LL
电感的数值可用交流伏安法测定。电动机应加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如
常情况，应立即切断电源，排除故障后方可继续实验。
9．保持实验室环境整洁，实验结束后将实验器材及仪器摆放整齐。
（二）实验报告要求
1．作出实验所得各种曲线，计算有关参数。
2．由 Ks=f(Uct)特性,分析晶闸管装置的非线性现象。
3. 小结实验体会。
6
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）
PK（W ）
MK（ N m
GD2 (N m2 )
4．主电路电磁时间常数的测定
采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数 Tl，电枢回路突加给定电压时，电流 id 按
指数规律上升
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实验二-双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验
实验二双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验一．实验目的1．了解双闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及各主要单元部件的原理。
2．熟悉MCL—Ⅱ电机控制教学实验台主控制屏的结构及调试方法。
3．熟悉MCL-01, MCL-02，MCL-03 的结构及调试方法4．掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。
二．实验内容1．MCL-01 的调试。
2．各控制单元调试3．测定电流反馈系数ß，转速反馈系数α。
4．测定开环机械特性及闭环静特性。
5．闭环控制特性的测定。
6．观察，记录系统动态波形。
三．实验系统组成及工作原理仅有速度反馈的调速系统在调速过程中，当速度给定发生突变时，整流桥的输出电压很大，这可能引起电机电枢电流剧增，可能会使晶闸管损坏。
此外电流的急剧变化也会导致直流电机换向恶化，并引起电机转矩的剧变，对传动系统产生猛力的冲击，这是不允许的，在调速系统中还必须采取限制电流冲击的措施，现在普遍采用再加一级电流反馈构成双闭环调速系统。
图2-1 所示的是双闭环直流调速系统。
系统包括两个反馈控制环节，内环是电流控制环，外环是速度控制环。
内环由电流调节器、晶闸管移相触发器、晶闸管整流器和电动机电枢回路所构成。
电流调节器的给定信号与电流反馈信号相比较，其差值送入电流调节器，由调节器的输出通过移相触发器控制整流桥的输出电压。
在这个电压作用下电机的电流及转矩将相应地发生变化。
当电流调节器的给定信号大于电流反馈信号时，其差值为正，经过调节器控制整流桥的移相角，使整流桥输出电压升高，电枢电流增大。
反之，给定信号小于电流反馈信号时，使整流桥输出电压降低，电枢电流减小。
它力图使电枢电流与电流给定值相等。
外环是速度环，其中有一个速度调节器，在调节器的输入端送入一个速度给定信号，由它规定电机运行的转速，另一个速度反馈信号来自与电机同轴的测速发动机，这个速度给定信号和实际转速反馈信号之差输入到速度调节器，由速度调节器的输出信号作电流调节器输入送到电流调节器，通过电流调节环的控制作用调节电机的电枢电流和转矩，使电机转速发生变化，最后达到转速的给定值。
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实验二不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究
一．实验目的
1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。
2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。
3．学习反馈控制系统的调试技术。
二．预习要求
1．了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。
2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。
三．实验线路及原理
见图6-7。
四．实验设备及仪表
1．MCL系列教学实验台主控制屏。
2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。
3．MCL—33(A)组件或MCL—53组件。
4．MEL-11挂箱
5．MEL—03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。
6．电机导轨及测速发电机、直流发电机M01（或电机导轨及测功机、MEL—13组件）。
7．直流电动机M03。
8．双踪示波器。
五．注意事项
1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。
2．接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。
3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。
4．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。
5．电源开关闭合时，过流保护发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1即可正常工作。
6．系统开环连接时，不允许突加给定信号U g起动电机。
7．起动电机时，需把MEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。
8．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。
9．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。
六．实验内容
1．移相触发电路的调试（主电路未通电）
（a）用示波器观察MCL—33（或MCL—53，以下同）的双脉冲观察孔，应有双脉冲，且间隔均匀，幅值相同；观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1V～2V的双脉冲。
（b）触发电路输出脉冲应在30°～90°范围内可调。
可通过对偏移电压调节单位器及ASR输出电压的调整实现。
例如：使ASR输出为0V，调节偏移电压，实现α=90°；再保持偏移电压不变，调节ASR的限幅电位器RP1，使α=30°。
2．求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性。
a．断开ASR的“3”至U ct的连接线，G（给定）直接加至U ct，且Ug调至零，直流电机励磁电源开关闭合。
b．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输出，使U uv、Uvw、Uwu=200V。
注：如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。
以下均同。
c．调节给定电压U g，使直流电机空载转速n0=1500转/分，调节测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻），在空载至额定负载的范围内测取7～8点，读取整流装置输出电压U d，
3．带转速负反馈有静差工作的系统静特性
a．断开G（给定）和U ct的连接线，ASR的输出接至U ct，把ASR的“5”、“6”点短接。
b．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节U uv，U vw，U wu为200伏。
c．调节给定电压U g至2V，调整转速变换器RP电位器，使被测电动机空载转速n0=1500转/分，调节ASR的调节电容以及反馈电位器RP3，使电机稳定运行。
调节测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻），在空载至额定负载范围内测取7～8
4．测取调速系统在带转速负反馈时的无静差闭环工作的静特性
a．断开ASR的“5”、“6”短接线，“5”、“6”端接MEL—11电容器，可预置7μF，使ASR成为PI（比例—积分）调节器。
b．调节给定电压U g，使电机空载转速n0=1500转/分。
在额定至空载范围内测取7～8
七．实验报告
绘制实验所得静特性，并进行分析、比较。
八．思考题
1．系统在开环、有静差闭环与无静差闭环工作时，速度调节器ASR各工作在什么状态？实验时应如何接线？
2．要得到相同的空载转速n0，亦即要得到整流装置相同的输出电压U，对于有反馈与无反馈调速系统哪个情况下给定电压要大些？为什么？
3．在有转速负反馈的调速系统中，为得到相同的空载转速n0，转速反馈的强度对U g 有什么影响？为什么？
4．如何确定转速反馈的极性与把转速反馈正确地接入系统中？又如何调节转速反馈的强度，在线路中调节什么元件能实现？。