直流电机转速测控实验

直流电机转速测控实验

一、实验目的

1. 掌握电机转速的测量原理；学会根据被测环境、对象不同选择合适的传感器测量转速；

2. 掌握电机转速控制的原理；学会用计算机和传感器组成转速测控系统。

二、实验原理

图1所示为计算机直流电机转速测控系统原理图。

图1 计算机测控直流电机转速原理框图

根据被测环境和对象选择不同转速传感器（光电、霍尔、磁电）实现直流电机转速的测量及控制。

三. 实验仪器和设备

1. CSY－5000型传感器测控技术实训公共平台；

2. 环形带综合测控实验台；

3. 数据采集模板及测控软件(LabVIEW试用版)；

4. 12V直流电机调节驱动挂箱；

5. 光电式、霍尔式、磁电式转速传感器各一件；

6. PC机及RS232通讯接口。

四．实验预习要求

1.查阅资料，了解旋转轴转速测量的常用方法；

2.掌握采用光电式、霍尔式、磁电式传感器测量转速的原理及特点；

3.理解计算机测控直流电机转速的系统工作原理；

4.熟悉CSY-5000型传感器测控技术实训平台的硬件配置。

五. 实验步骤及内容

第一部分：转速测量

1、在关闭公共平台主机箱电源开关的前提下，连接数据采集模板电源线、RS232通讯线；

2、根据你选用的转速传感器，按转速传感器附录图1、图2、图3示意图安装接线；（注意光电、霍尔传感器为+5V供电，磁电传感器为+15V供电）

3、主机箱上0～12V可调电源与电压表（电压表量程选择20V档）及环形带综合测控实验台电机（环形带综合测控实验台背面）接口并接（注意接口的相应极性）；

4、检查接线无误后，首先将主机箱上0～12V可调旋钮逆时针方向缓慢调节到底（起始输出电压最小）；然后桌面“环形带综合测试软件”（或者启动计算机中的测试软件目录“SensorTest.vi”），双击打开，显示图2环形带综合测试程序软件界面；再打开主机箱电源开关给测量系统供电。

图2 环形带综合测试软件界面

5、在计算机的环形带综合测试程序软件界面采单栏下方栏点击运行按钮，串口通讯正常后选择测试软件中“手动转速控制与测量”选项，软件界面显示为图3转速测量选择传感器类型界面；在界面下方选择“传感器类型”为现在做测量转速实验相对应的转速传感器。

6、顺时针缓慢调节主机箱0～12V可调电源启动环形带电机转动，软件界面显示为图3转速测量值及转速测量曲线图。

7、将主机箱上频率／转速表的按钮开关设置在频率档显示电机转动频率。光电、霍尔转速传感器（可以在转速档测量转速）测量的转速u=频率表显示值×10（转／分钟）；磁电传感器测量的转速u=频率表显示值×2（转／分钟）（为什么？）。

图3 转速测量选择传感器类型界面图

8、调节主机箱0～12V(△V=0.5V或1V)可调电源（改变电机电枢电压，利用公共平台上的电压表读数），人工记录电压V对应的电机转速n，在直角坐标上作出电机转速特性曲线即V —n曲线。

9、利用计算机测定电机控制电压与转速间关系

点击“测定电压转速关系”按钮，按钮由灰绿色变为亮绿色；在测定这个关系曲线时，为了更准确测定转速，程序设置了在输出控制电压后延时5秒测定转速，需要耐心等待，试验曲线会自动生成；

10、实验完毕关闭电源。

第二部分直流电机转速控制

1、在关闭电源的前提下，按图4示意安装接线。

图4 计算机控制电机转速安装接线示意图

2、检查接线(传动器引线标志；正、负极性等)无误后，打开主机箱的电源开关。然后，桌面“环形带综合测试软件”（或者打开电脑上测试软件目录下“….\环形带测控对象

\SensorTest.vi”）双击打开；电脑显示环形带综合测试软件界面如图2。在界面采单栏下

方栏点击运行按钮进行数据采集模板与电脑通讯(软件界面中设置了连接超时，即如果

在10秒内，硬件联通有问题，会提示超时，如超时，则请检查串口连接、数据采集模板电

源连线是否正常；如果未显示超时，则软件已经与数据模板通讯成功)，通讯正常后可进行

实验。

3、计算机自动控制(PID自动调节电机转速)：

在图3 界面中选择“PID转速控制”选项，界面变成图5界面。改变界面中左侧的设

定转速值，观察转速调节过程(界面中控制曲线)；改变界面中下方的PID控制参数（点击界

面下方P、I、D输入框、进行修改），观察转速控制波形图，并注意观察控制输出电压曲线

与设定转速、实际转速之间的关系；

本实验中P、I、D参数默认为经验值，实际上并不是最优的参数；可参考此默认值进

行进一步的优化，以获得系统最佳的控制效果；再观察转速控制波形图，并注意观察控制输

出电压曲线与设定转速、实际转速之间的关系；

图5 计算机自动控制调节电机转速界面

4、实验完毕，关闭所有电源。

六. 实验报告要求

1. 简述实验目的和原理。

2. 拷贝实验系统运行界面（“Ctrl+PrintScreen”），插入到Word格式的实验报告中

（“Ctrl+V”），保存实验界面结果。

3. 保存实验数据

在图形上点击鼠标右键，选择“导出”，导出数据至Excel；在Excel表中全选(“Ctrl+A” ),拷贝(“Ctrl+C” ),插入到Word格式的实验报告中（“Ctrl+V”），完成并上交实验报告。

七. 思考题

1.比较磁电转速传感器、透射式光电转速传感器、霍尔转速传感器的应用差异和特点。

2. 若采用实验台提供的反射式光电传感器或涡流式传感器能实现转速测量吗？试画出其测量原理图并简述测量原理。

3.简述直流电机PID控制的原理。

附录：转速传感器及系统接线简介

一、透射型光电转速传感器

附图1是透射型光电传感器测转速的原理框图：本透射型光电传感器(光电断续器也称光耦)的端部二内侧分别装有发光管和光电接收管，发光管发出的光源透过转盘上的通孔后

由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动一周光通过6次，光电