实验五 直流电机闭环调速控制
电机速度开环控制和闭环控制
实验三十三电机速度开环控制和闭环控制（自动控制理论—检测技术综合实验）一、实验原理1．直流电机速度的控制直流电机的速度控制可以采用电枢回路电压控制、励磁回路电流控制和电枢回路串电阻控制三种基本方法。
三种控制方式中，电枢电压控制方法应用最广，它用于额定转速以下的调速，而且效率较高。
本实验采用电枢控制方式，如图33-1 所示。
本实验装置为一套小功率直流电机机组装置。
连接于被控制电机的输出轴的是一台发电机，发电机输出端接电阻负载，调节电阻负载即可调节被控制电机的输出负载。
发电机输出电压E图33-1 直流电机速度的电枢控制方式兼作被控电机速度反馈电压。
2．开环控制和闭环控制由自动控制理论分析可知，负载的存在相当于在控制系统中加入了扰动。
扰动会导致输出（电机速度）偏离希望值。
闭环控制能有效地抑制扰动，稳定控制系统的输出。
闭环控制原理方框图如图33-2。
当积分环节串联在扰动作用的反馈通道（即扰动作用点之前）时，即成为针对阶跃扰动时的I 型系统，能消除阶跃信号扰动。
图33-2 直流电机速度的闭环控制原理方框图采用积分环节虽然能一定程度上消除系统的稳态误差，但是却对系统的动态性能（超调量、响应时间）和稳定性产生不利影响。
因此需要配合进行控制器的设计和校正（采用根轨迹设计方法或频域设计方法）。
此外，在扰动可以测量的情况下，采用顺馈控制也能有效地对扰动引起的跟踪误差 进行补偿，减轻反馈系统的负担，见图 33-3。
cDREG 1 G C图 33-3 反馈＋顺馈控制方式消除扰动引起的误差式中： G 1= G 1 (s ) 为控制器传递函数，也是扰动输入时的反馈通道传递函数；G 2 = G 2 (s ) 为被控对象（本实验中即被控直流电机）的传递函数； G c = G c (s ) 为顺馈控制通道传递函数； R 为指令输入，即希望的电机速度；C 为输出被控量，即被控电机的输出速度； E 为系统的稳态误差；D 为系统的扰动输入，即电机的负载。
51系列单片机直流电机闭环调速实验
一、实验名称：51系列单片机直流电机闭环调速实验 基于Protuse 仿真实验平台实现二、实验内容(实验原理介绍)： 1、直流电机调速原理图1所示电枢电压为V ，电枢电流I ，电枢回路总电阻为R ，电机常数C ，励磁磁通量Φ。
那么根据KVL 方程：电机转速φC IR V n -=,其中，对于极对数为P ，匝数为N ，电枢支路数为a 的电机来说：电机常数aPN C 60=，意味着电机确定后，该值是不变的。
而在V-IR 中，由于R 仅为绕组电阻，导致IR 非常小，所以V-IR ≈V 。
由此可见我们改变电枢电压，转速n 即可随之改变。
实现直流电机的闭环调速 实现原理如下图所示：2、测速软件设计Array图12 软件测速的方框图/****T1中断服务程序********单位时间（S）方波的个数*************/void time1_int(void) interrupt 3{count_speed++; if(count_speed == 20) { count_speed = 0;num_display = num_medium; num_medium = 0; }}3、PID 算法的数字实现由于DDC （Direct Digital Control ）系统是一种时间离散控制系统。
因此，为了用微机实现（式3-1-1）必须将其离散化，用数字形式的差分方程来代替连续系统的微分方程。
离散化的PID 表达式为：[]⎭⎬⎫⎩⎨⎧--++=∑=nj DIP n e n e T T j e T T n e K n P 0)1()()()()( （式3-1-2）式中，T ——采样周期；P n ()——第n 次采样时微机输出；e n ()——第n 次采样时的偏差值；e n ()-1——第n-1次采样时的偏差值；n ——采样序号，n =0，1，2，…。
通常把（式3-1-2）称为PID 的位置控制算式。
根据（式3-1-2）可以进一步推导出离散化的位置型PID 编程表达式，如（式3-1-3）：第K 次采样PID 的输出式为：P K P K P K P K P I D ()()()()=++（式3-1-3）其中，设[]⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--=-+=+===∑∑==)1()()()1()()()()()()()(00K E K E K K P K P K E K j e K K E K j E K K P K E K K P D DK j I I I I K j I I P P 式中，K TT K K T T K I I PD DP=----=----积分系数；微分系数。
直流电机闭环调速控制系统设计和实现
实验报告直流电机闭环调速控制系统设计和实现班级:姓名:学号:时间:指导老师:2012年6月一、实验目的1．了解闭环调速控制系统的构成。
2．熟悉PID 控制规律，并且用算法实现。
二、实验设备PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX 系统板一块三、实验原理根据上述系统方框图，硬件线路图可设计如下，图中画“○”的线需用户自行接好。
上图中，控制机算机的“DOUT0”表示386EX 的I/O 管脚P1.4，输出PWM 脉冲经驱动后控制直流电机，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259 的7 号中断，用作测速中断。
实验中，用系统的数字量输出端口“DOUT0”来模拟产生 PMW 脉宽调制信号，构成系统的控制量，经驱动电路驱动后控制电机运转。
霍尔测速元件输出的脉冲信号记录电机转速构成反馈量。
在参数给定情况下，经PID 运算，电机可在控制量作用下，按给定转速闭环运转。
系统定时器定时1ms，作为系统采样基准时钟；测速中断用于测量电机转速。
直流电机闭环调速控制系统实验的参考程序流程图如下：四、实验步骤1．参照图 6.1-3 的流程图，编写实验程序，编译、链接。
2．按图6.1-2 接线，检查无误后开启设备电源，将编译链接好的程序装载到控制机中。
3．打开专用图形界面，运行程序，观察电机转速，分析其响应特性。
4．若不满意，改变参数：积分分离值Iband、比例系数KPP、积分系数KII、微分系数 KDD 的值后再观察其响应特性，选择一组较好的控制参数并记录下来。
5．注意：在程序调试过程中，有可能随时停止程序运行，此时DOUT0 的状态应保持上次的状态。
当DOUT0 为1 时，直流电机将停止转动；当DOUT0 为0 时，直流电机将全速转动，如果长时间让直流电机全速转动，可能会导致电机单元出现故障，所以在停止程序运行时，最好将连接DOUT0的排线拔掉或按系统复位键.五、心得体会此次实验是直流电机闭环调速控制系统的设计和实现，通过这次实验，让我了解了闭环调速控制系统的基本构成。
直流电机调速部分实验说明
直流电机调速实训部分实验说明实验1、继电保护电路工作原理分析一、课堂组织1、检查学生出勤情况2、检查学生劳保用品穿戴情况二、授课内容（一）组成直流调速部分包括主回路三相全控桥、继电保护电路、电源电路、调节及保护电路、触发电路、隔离保护电路等组成。
（二）用途用于直流电动机降低电枢电压调速或转速电流双闭环调速，也可作为大功率直流电源使用。
（三）特点1、直流电动机改变电枢电压调速的特点改变电动机的电枢电压，电动机机械特性的硬度变化不大，转速稳定性好，可实现无级调速。
2、本系统特点电压单闭环，带电流截止负反馈或转速电流双闭环，输出电压连续可调，闭环机械特性硬度高，具有过载及主电路缺相保护，使电动机具有挖土机特性。
（四）继电保护电路工作原理1、继电保护原理图N控制电路给定回路故障指示H12、工作原理分析启动：⑴闭合SA1，KM2线圈得电，主触头闭合，将U、V、W和36、37、38接通，使同步及电源变压器得电，控制电路开始工作。
36#线得电和KM2辅助常开触头的闭合，为主电路给定回路的接通做好准备。
⑵闭合SA2，KM1线圈得电。
主触点接通三相电源与主变压器得电。
KM1的辅助常开触点闭合。
1 / 46①使控制电路接触器KM2线圈始终接通，保证主电路得电时，控制电路不能被切断。
②为给定回路的接通做好准备。
⑶按下SB2，给定回路接通，KA1得电自锁，进行完⑴、⑵、⑶后，启动完成。
停止：⑴按下SB1，切断给定回路。
⑵断开SA2，切断主电路。
⑶断开SA1，切断控制电路。
3、给定回路原理图（+15v）（-15v）KA11闭合后，+15v接通，KA11线圈不得电时，-15v接通。
（五）在继电保护电路中的一些问题1、与SA1并联的KM1辅助常开触点的作用是什么？当KM2得电后，KM1才能得电。
依靠KM1线圈前的KM2常开完成顺序控制。
但一旦KM1闭合后，KM2将无法断开，是由并联在SA1上的KM1触头实现的，其作用是保证控制电路得电后，主电路才能得电，而主电路没有断电时，控制电路不能断电，主电路得电而控制电路不工作，容易出现事故。
双闭环直流调速系统实验
实验一 实验二 实验三 实验四 实验五实验五实验五 双闭环直流调速系统实验双闭环直流调速系统实验一．实验目的一．实验目的⒈ 熟悉双闭环直流调速系统的组成、工作原理、调试方法。
⒉ 了解双闭环直流调速系统的静态和动态特性。
二．实验设备二．实验设备⒈ MCL –⒈ MCL – 31 31 31 低压控制电路及仪表。
低压控制电路及仪表。
低压控制电路及仪表。
⒉ MCL –⒉ MCL – 32 32 32 电源控制屏。
电源控制屏。
电源控制屏。
⒊ MCL –⒊ MCL – 33 33 33 触发电路及晶闸管主回路。
触发电路及晶闸管主回路。
触发电路及晶闸管主回路。
⒋ MEL –⒋ MEL – 0303 03 三相可调电阻器。
三相可调电阻器。
三相可调电阻器。
⒌ MEL –⒌ MEL – 11 11 11 电容箱。
电容箱。
电容箱。
⒍ 直流电动机–发电机–测速机组。
⒍ 直流电动机–发电机–测速机组。
⒎ 万用表。
⒎ 万用表。
⒏ 双踪示波器。
⒏ 双踪示波器。
三．三． 实验原理实验原理在双闭环直流调速系统中设置了两个调节器，转速调节器的输出当作电流调节器的输入，电流调节器的输出控制晶闸管整流器的 触发装置。
触发装置。
电流调节器在里面称作内环，转速调节器在外面称作外环，这样就形成转速、电流双闭环调速系统。
双闭环直流调速系统原理图如下图所示。
速系统原理图如下图所示。
为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器都采用采用 PI PI PI 调节器。
转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速跟随其给定电压变调节器。
转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速跟随其给定电压变化，稳态时实现转速无静差，对负载变化起抗扰作用，其输出限幅值决定电机允许的最大电流。
最大电流。
电流调节器电流调节器 使 电流紧紧跟随其电流紧紧跟随其 给定电压变化，对电网电压的波动起及时抗扰作用，在 转速动态过程中能够获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程， 当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。
直流电机闭环调速的原理
直流电机闭环调速的原理
直流电机闭环调速的原理:
1. 采用速度反馈来调节电机速度。
2. 设置一个给定速度值,和电机实际速度信号比较,得到速度偏差。
3. 速度偏差经过PID 控制器运算,输出调节相电压的控制量。
4. 相电压的大小决定电机端电动势和电流,进而调节电机速度。
5. 当速度偏差为零时,表示电机达到给定速度,完成闭环控制。
6. 采用磁powder制动或增益调节来改变速度稳定性。
7. 闭环控制使电机调速更准确,不受负载影响。
8. 典型的闭环控制方式有增量式PID 控制和位置式PID 控制。
9. 还可以采用模糊控制、神经网络控制等方式进行闭环调速。
10. 优化控制参数,设计控制器,可以实现高精度的闭环转速控制。
综上,闭环调速利用反馈实现给定速度的准确跟踪,是直流电机调速的有效方法。
直流电机闭环调速控制系统设计报告
目录 (1)一、课设任务……………………………………………………。
2 1。
1设计内容…………………………………………………。
.2 1。
2具体要求………………………………………………….。
2 1。
3程序调试建议……………………………………………。
2二、系统方案 (3)三、硬件设计……………………………………………………。
33.1数码管显示和行列式键盘电路...............................。
4 3。
2数模变换电路...................................................。
5 3。
3直流电机驱动电路.............................................。
6 3.4片选译码电路 (7)3。
5 RAM电路 (7)四、软件设计 (8)五、调试及结果 (19)六、心得体会……………………………………………………。
.19七、参考文献……………………………………………………。
20八、附录………………………………………………………….。
20直流电机闭环调速控制系统设计报告一、课设任务1．1设计内容：以实验室实验装置为设计对象，从中选择出合适的部分,构成一个直流电机恒转速控制系统,具有如下功能:1、可以通过按键设定直流电机转速（转 / 分钟,r/min)；2、可以实时显示电机转速,同时显示设定值(各用三位显示）；3、运行过程中改变负载可以维持设定的转速稳定后保持不变。
（稳态误差小于等于设定值的5％)4、开始时只显示设定值，采集值显示为0,按运行键后显示实时采集值与设定值，左边三位是设定值，右边三位是实时值；5、设置停止运行键，控制直流电机停止运行；6、其它扩展发挥功能。
1.2具体要求：1、根据功能要求从实验装置上选择合适电路构成系统，用protel软件画出原理图与控制系统结构图,分析系统工作过程；2、根据实验装置具体情况确定接线方法,从而确定各端口的口地址(D/A、键盘、显示等)；3、采用PID算法作为恒转速控制算法,对PID算法加以分析说明；4、按照系统工作过程要求编制程序,画出流程图与编写具体程序；5、调试运行,记录运行结果；6、书写课程设计报告，符合学院有关课程报告的要求。
直流电机PID闭环数字控制器设计实验报告
直流电机PID 闭环数字控制器设计姓名： 学院：实验内容：直流电机pid 闭环数字控制器设计 2015年 4月12日 实验地点： 实验目的：1．巩固闭环控制系统的基本概念。
2．了解闭环控制系统中反馈量的引入方法。
3．掌握PID 算法数字化的方法和编程及不同PID 算法的优缺点。
实验设备与软件： 1. labACT 实验台 2. MATLAB 软件 3. labACT 软件 实验原理： 1、PID 控制原理按偏差的比例、积分、微分控制(简称PID 控制)是过程控制中应用最广的一种控制规则。
由PID 控制规则构成的PID 调节器是一种线性调节器。
这种调节器将设定值U 与实际输出值Y 构成控制偏差(e=U —Y)的比例(P)、微分(D)、积分(I)的线性组合作为输出的控制量进行控制⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=⎰dt t de T dt t e T t e K t u t)()(1)()(di p (1) 式中，()u t ——调节器的输出信号；()e t ——调节器的偏差信号；p K ——调节器的比例系数；T ——调节器的积分时间常数；T ——调节器的微分时间常数。
下面介绍比例、积分、微分各自的作用。
比例调节作用：按比例反应系统的偏差，一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统不稳定。
积分调节作用：消除稳态误差。
有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。
积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti ，Ti 越小，积分作用就越强；反之，Ti 大则积分作用弱。
加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢，即积分作用使响应滞后。
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，能预见偏差变化的趋势，能产生超前的控制作用。
在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。
因此，可以改善系统的动态性能。
在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。
直流电机的闭环调速系统设计
直流电机的闭环调速系统设计一、设计要求利用PID控制器、光电传感器及F/V转换器设计直流电机的闭环调速系统。
二、应用器材PCB板一块、LM331、ST151各一块、LM324两块，小型直流电机、电阻、电容若干、导线若干；实验箱，稳压电源，万用表，烙铁，PC机；三、辅助软件MATLAB系统仿真软件，EWB；四、设计方案分析为了提高直流调速系统的动静态性能指标，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。
本次课程设计中我们采用单闭环调速系统。
原理框图如下：输出五、实验说明在本实验中，输入端加上一定范围的电压后，通过PID控制器以控制电机带动叶轮转动，光电传感器将电机叶轮的转速转变为频率信号输出，最后经F/V转换器将频率信号转变为反映电机转动的电压信号作为反馈。
给定不同的输入电压，电动机转速将有明显的变化。
六、硬件设计PID比例积分微分控制器一般用到的参数是：Kp，Ki, Kd，其转换关系如下：Kp=Kp, Ki=Kp/Ti, Kd=Td*KpPID调节器分析:1、PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。
PID调节器人们又常称为PID控制器，是比例P (Proportional)、积分I (Integral)、微分D (Differential《lm324引脚图》《lm324管脚图》《lm324原理图》LM324的分析：LM324为四运放集成电路，在PID调解器中得到了运用，它采用了14脚双列直插塑料进行封装。
内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。
电路功耗很小，lm324工作电压范围宽，可用正电源3～30V，或正负双电源±1．5V～±15V工作。
它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为O～Vcc。
它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。
每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。
直流电机闭环调速系统设计
《自动化系统综合实训》任务书――――题目：直流电机闭环调速系统设计一、实训的目的及任务1.实训的目的《自动化系统综合实训》作为自动化专业本科生的一门综合性实践性课程，应用已学的计算机、模拟数字电路、微控制器原理、传感器技术、可编程控制器技术、工业过程控制技术等知识，进行综合实践的训练，培养学生独立思考、独立解决问题的能力，努力开拓学生的知识面和创造力。
2.实训的任务本实践环节主要以51、HCS12微控制器和PIC为主要应用对象，学习速度、位置等系统的实验制作方法，熟悉实验制作和程序过程，并能以动态的形式进行实时显示，以便能较快适应测控一体化的技术应用需求。
二、实训的内容与要求学生独立的实验制作直流电机闭环调速系统，实现PWM调速、LED 显示设定速度和实际速度。
三、实训可提供的材料包括：霍尔元件、直流电动机、、按键开关、电路基板电阻电容若干、焊锡、核心实验板、FREESCALE 实验器材及软件等其他耗材。
使用仪器：稳压电源，万用表，实验工具箱（创新或电工实验室可提供）。
四、实训模式本课程为实训教学，以分组形式完成。
教师分阶段提出问题、解答学生的疑问，检查学生的进度和完成情况五、实训学时分配地点：中原路校区2#楼207室、211室。
时间：第19、20周。
六、实训成绩评定1．电路板制作及系统运行效果：70分2．实训报告：30分。
七、参考资料1 严隽永译．嵌入式微控制器．北京：机械工业出版社．20052 杨国田，白焰．68HC12微控制器原理、应用于开发技术．北京：电力出版社．20033何立民．微控制器应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社．20024胡汉才.MCS-51单片机原理与应用.北京：北京清华大学出版社，1997，75 常小玲．电气控制技术与可编程控制器．北京：机械工业出版社．2006，12审查意见：领导签字：2006年12月31日摘要直流电机在社会生产中有着广泛的应用，本文给出了一种基于摩托罗拉单片机的直流调速系统，HCS12是Motorola新推出的高性能16位微控制器，具有强大的功能。
直流电机双闭环调速--自动控制原理与系统
直流电机双闭环调速--⾃动控制原理与系统⼀、单闭环调速系统存在的问题①⽤⼀个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，②环内的任何扰动，只有等到转速出现偏差才能进⾏调节，因⽽转速动态降落⼤。
③电流截⽌负反馈环节限制起动电流，不能充分利⽤电动机的过载能⼒获得最快的动态响应，起动时间较长。
电流截⽌负反馈单闭环直流调速系统最佳理想起动过程最佳理想起动过程:在电机最⼤电流（转矩）受限制条件下，希望充分利⽤电机的允许过载能⼒，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许的最⼤值。
缺点：改进思路：为了获得近似理想的过渡过程，并克服⼏个信号综合在⼀个调节器输⼊端的缺点，最好的办法就是将主要的被调量转速与辅助被调量电流分来加以控制，⽤两个调节器分别调节转速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统。
⼆、转速、电流双闭环调速系统的组成双闭环调速系统其原理图双闭环直流调速系统双闭环直流调速系统静态结构图静态结构图系统特点（1）两个调节器，⼀环嵌套⼀环；速度环是外环，电流环是内环。
（2）两个PI调节器均设置有限幅；⼀旦PI调节器限幅（即饱和），其输出量为恒值，输⼊量的变化不再影响输出，除⾮有反极性的输⼊信号使调节器退出饱和；即饱和的调节器暂时隔断了输⼊和输出间的关系，相当于使该调节器处于断开。
⽽输出未达限幅时，调节器才起调节作⽤，使输⼊偏差电压在调节过程中趋于零，⽽在稳态时为零。
（3）电流检测采⽤三相交流电流互感器；（4）电流、转速均实现⽆静差。
由于转速与电流调节器采⽤PI调节器，所以系统处于稳态时，转速和电流均为⽆静差。
转速调节器ASR输⼊⽆偏差，实现转速⽆静差。
三、双闭环调速系统的静特性双闭环系统的静特性如图所⽰特点：1）n0-A 的特点①ASR不饱和。
②ACR不饱和。
或n0为理想空载转速。
此时转速n与负载电流⽆关，完全由给定电压所决定。
电流给定有如下关系??因ASR不饱和，，故。
n0A这段静特性从⼀直延伸到。
2）A—B段①ASR饱和。
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。
实验五直流电机闭环调速控制
实验五直流电机闭环调速控制2011级测控一班王婷婷2011134128一、实验目的1. 掌握用PID控制规律的直流调速系统的调试方法；2•了解PWM调制、直流电机驱动电路的工作原理。
二、实验设备计算机控制技术（二）、PCI数据采集卡（含上位机软件）三、实验原理直流电机在应用中有多种控制方式，在直流电机的调速控制系统中，主要采用电枢电压控制电机的转速与方向。
功率放大器是电机调速系统中的重要部件，它的性能及价格对系统都有重要的影响。
过去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大机或可控硅（晶闸管）。
现在基本上采用晶体管功率放大器。
PWM功率放大器与线性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流电机的静摩擦等优点。
PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理：1.PWM的工作原理图5-1 PWM的控制电路图5-1所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成芯片，其内部电路结构及各引脚如图5-2所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。
调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180度、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。
它适用于各开关电源、斩波器的控制。
2•功放电路直流电机PWM输出的信号一般比较小，不能直接去驱动直流电机，它必须经过功放后再接到直流电机的两端。
该实验装置中采用直流15V的直流电压功放电路驱动。
3.反馈接口在直流电机控制系统中，在直流电机的轴上贴有一块小磁钢，电机转动带动磁钢转动。
磁钢的下面中有一个霍尔元件，当磁钢转到时霍尔元件感应输出。
4•直流电机控制系统如图13-3所示，由霍耳传感器将电机的速度转换成电信号，经数据采集卡变换成数字量后送到计算机与给定值比较，所得的差值按照一定的规律（通常为PID ）运算，然后经数据采集卡输出控制量，供执行器来控制电机的转速和方向。
直流电动机闭环调速实验
University of South China电气传动技术实验报告1实验名称直流电动机闭环调速实验学院名称电气工程学院指导教师班级电力学号学生姓名一预习报告目的：1了解并掌握典型环节模拟电路构成方法。
2 熟悉各典型线性环节阶跃响应曲线。
3 了解参数变化对典型环节动态性能影响。
内容：1比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型2电流环调速系统的仿真模型3转速环调速系统的仿真模型二实验报告直流电动机：额定电压U N=220N,额定电流I dN=55A,额定转速n N=1000r/min,电动机电动势系数C e=0.192V·min/r。
假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数Ks=44,滞后的时间常数T s=0.00167s。
电枢回路总电阻R=1.0Ω,电枢回路电磁时间常数T l=0.00167s,电力拖动系统机电时间常数T m=0.075s。
转速反馈系数α=0.01V·min/r。
对应额定转速时的给定电压U*=10V。
双闭环调速系统中Ks=40,T s=0.0017s，T m=0.18s，T l=0.03s，T oi=0.002s,T on=0.01s,R=0Ω,C e=0.132V·min/r，α=0.00666V·min/r,β=0.05V·min/r。
一比例积分控制的无静差直流调速系统中PI调节器的值为： K P=0.56，1/τ=11.34无静差调速系统输出（Scope图像1）输出波形比例部分（Scope1图像2）对比图1和图2可以发现，只应用比例控制的话，系统响应速度快，但是静差率大，而添加积分环节后，系统既保留了比例环节的快速响应性，又具有了积分环节的无静差调速特性，使调速系统稳定性相对更高，动态响应速度也快。
当取=0.25，1/τ=3时，系统转的响应无超调，但调节时间很长。
如图无超调的仿真结果 3当=0.8，1/τ=15时，系统转速的响应的超调较大，但快速性较好。
直流电机调速系统实验
直流电机调速系统实验本章介绍直流调速系统的实验内容，其中包括晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定、单闭环晶闸管直流调速系统、双闭环晶闸管不可逆直流调速系统、逻辑无环流可逆直流调速系统、三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统、双闭环直流脉宽调速系统。
实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验一、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)掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。
二、实验所需挂件及附件序号型号备注1 DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。
2 DJK02 晶闸管主电路3 DJK02-1三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”,“正反桥功放” 等几个模块。
4 DJK04 电机调速控制实验 I 该挂件包含“给定”，“电流调节器”，“速度变换”，“电流反馈与过流保护”等几个模块。
5 DJK10 变压器实验该挂件包含“三相不控整流”和“心式变压器”等模块。
6 DD03-3电机导轨﹑光码盘测速系统及数显转速表7 DJ13-1 直流发电机8 DJ15 直流并励电动机9 D42 三相可调电阻10 数字存储示波器自备11 万用表自备三、实验线路及原理晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。
在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压U g作为触发器的移相控制电压U ct，改变U g的大小即可改变控制角α，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。
实验系统的组成原理图如图4-1所示。
四、实验内容(1)测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R。
(2)测定晶闸管直流调速系统主电路电感值L。
(3)测定直流电动机-直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD2。
(4)测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T d。
(5)测定直流电动机电势常数C e和转矩常数C M。
(6)测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M。
电机控制大作业直流电机双闭环调速
实验报告课程名称： 电机控指导老师： 年珩 成绩：实验名称： 直流电机双闭环调速 实验类型： ___同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得一、 实验目的和要求1、加深对直流电机双闭环PWM 调速模型的理解。
2、学会利用MATLAB 中的SIMULINK 工具进行建模仿真。
3、掌握PI 调节器的使用，分析其参数对电机运行性能的影响。
二、 实验内容1、描述Chopper-Fed DC Motor Drive 中每个模块的功能。
2、仿真结果分析：包括转速改变、转矩改变下电机运行性能，并解释相应现象。
3、转速PI 调节器参数对电机运行性能的影响。
4、电流调节器改用PI 调节器后，对电机运行调速结果的影响。
三、 主要仪器设备和仿真平台 1、MATLABR2013a2、Microsoft Officials Word 2013四、 实验步骤及分析1、直流电机双闭环调速各模块功能分析参考Matlab 自带的直流电机双闭环调速的SIMULINK 仿真模型：demo/simulink/simpowersystem/Power Electronics Models/Chopper-Fed DC Motor Drive专业：电气工程与自动化 姓名： 学号： 日期：地点：1.1转速给定模块转速给定有两种方式：一为恒定转速给定，二是阶跃的给定。
两种方式的选择通过单刀双掷开关实现。
恒转速给定可由以下窗口修改设置：Step Time为从初始状态到阶跃完成所需的时间，Initial Value为初始转速，Final Value为阶跃后最终转速，Sample Time为采样时间间隔。
即从图中可得出，当前转速给定为一个从120rad/s到160rad/s的阶跃过程，直到阶跃过程结束耗时0.4s。
直流电机闭环调速
第1章前言1.1 课题的研究意义现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，尤其是在石油、化工、电力、冶金、轻工、核能等工业生产中对电动机的控制更是起着举足轻重的作用。
因此调速系统成为当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一种系统。
随着生产工艺、产品质量要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速，而且，当今控制系统已进入了计算机时代，在许多领域已实现了智能化控制。
对传统的过程工业而言，利用先进的自动化硬件及软件组成工业过程自动化调速系统，大大提高了生产过程的安全性、可靠性、稳定性。
提高了产品产量和质量、提高了劳动生产率，企业的综合经济效益，同时，也大大促进了综合国力的增强。
对可调速的传动系统，可分为直流调速和交流调速。
直流调速系统凭借优良的调速特性，调速平滑、范围宽、精度高、过载能力大、动态性能好、易于控制以及良好的起、制动性能等优点，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，所以在电气传动中获得了广泛应用。
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。
本次设计是基于51系列单片机对直流电动机单闭环调速系统进行设计，能实现对直流电动机转速控制的功能，实现控制目的同时还配有显示装置，能实时反映当下直流电机的转速值，以优化整个系统的完整性。
通过这次设计，可以使我对51系列单片机的应用和直流电机闭环调节系统进行进一步的学习，增强知识的整合度使相关知识融汇贯通，为以后的工作奠定一定的知识基础。
1.2 直流电机调速的发展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。
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实验五直流电机闭环调速控制
2011级测控一班王婷婷 2011134128
一、实验目的
1．掌握用PID控制规律的直流调速系统的调试方法；
2．了解PWM调制、直流电机驱动电路的工作原理。
二、实验设备
计算机控制技术（二）、PCI数据采集卡（含上位机软件）
三、实验原理
直流电机在应用中有多种控制方式，在直流电机的调速控制系统中，主要采用电枢电压控制电机的转速与方向。
功率放大器是电机调速系统中的重要部件，它的性能及价格对系统都有重要的影响。
过去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大机或可控硅（晶闸管）。
现在基本上采用晶体管功率放大器。
PWM功率放大器与线性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流电机的静摩擦等优点。
PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理：
1.PWM的工作原理
图5-1 PWM的控制电路
图5-1所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成芯片，其内部电路结构及各引脚如图5-2所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。
调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180度、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。
它适用于各开关电源、斩波器的控制。
2．功放电路
直流电机PWM输出的信号一般比较小，不能直接去驱动直流电机，它必须经过功放后再接到直流电机的两端。
该实验装置中采用直流15V的直流电压功放电路驱动。
3．反馈接口
在直流电机控制系统中，在直流电机的轴上贴有一块小磁钢，电机转动带动磁钢转动。
磁钢的下面中有一个霍尔元件，当磁钢转到时霍尔元件感应输出。
4．直流电机控制系统如图13-3所示，由霍耳传感器将电机的速度转换成电信号，经数据采集卡变换成数字量后送到计算机与给定值比较，所得的差值按照一定的规律（通常为PID）运算，然后经数据采集卡输出控制量，供执行器来控制电机的转速和方向。
图5-2 SG3525内部结构
图5-3 直流电机控制系统
四、实验步骤
1．实验接线
1.1 用导线将直流电机单元中输出部分的“+”、“－”分别接到直流电机的“+”、“－”。
1.2 用导线将直流电机单元0～5V的“+”输入端接到数据采集卡的“DA1”的输出端，同时将UO的“+”(霍耳输出)输出端接到数据采集卡的“AD1”处；
1.3 打开实验平台的电源总开关，并打开ZK-5上的电源开关。
2．脚本程序运行
2.1启动计算机，打开实验室网络管理系统软件，点击PCI数据采集卡，运行实验软件；
2.2 顺序点击虚拟示波器界面上的“”按钮和工具栏上的“”按钮(脚本编程器)；
2.3在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击“打开”按钮，并在“计算机控制技术应用算法”文件夹下选中“直流电机”脚本程序并打开，阅读、理解该程序，然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“步长设置”，将脚本算法的运行步长设为50ms；
2.3点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“启动”；观察直流电机的运行情况。
2.4 当直流电机的转速稳定在设定值后，再点击“脚本编辑器”窗口上“停止”按钮，重新配置三组P、I、D的参数，并再次运行算法程序，观察直流电机的运行情况并保存相关程序和霍尔输出的图形；
注：图形在参考程序之后
2.5 实验结束后，关闭脚本编辑器窗口，退出实验软件。
五、实验报告要求
1．画出直流电机控制系统的方框图。
2．简单分析P、I、D控制参数对直流电机运行的影响。
P:比例环节
I:积分环节
D:微分环节
控制系统由于引入了比例—积分—微分控制器后，由于引入了一个位于坐标原点的极点，可以使系统无差度曾加1，同时，由于引入了两个负实数零点，与PI控制器比较，除了保持系统稳定性能的优点外，在提高系统动态性能方面具有更大的优越性。
六、参考程序
dim pv,sv,ei,K,Ti,Td,q0,q1,q2,mx,pvx,op
sub Initialize(arg) '初始化函数
WriteData 0 ,1
mx=0
pvx=0
end sub
sub TakeOneStep (arg) '算法运行函数
pv = GetFS '电机的控制的转速，该转速在20～35左右
TTTRACE "转速=%f",pv
sv=35
K=2
Ti=2
Td=0
Ts=0.05 '采集周期50ms
ei=(sv-pv )/20
TTRACE "ei=%f", ei
q0=K*ei '比例项
if Ti=0 then
mx=0
q1=0
else
mx=K*Ts*ei/Ti '当前积分项
end if
q2=K*Td*(pvx-pv)/Ts '微分项
q1=q1+mx
if q1>3.5 then
q1=3.5
end if
if q1<-3.5 then '当前积分限幅，以防积分饱和
q1=-3.5
end if
pvx=pv
op=q0+q1+q2 '当前输出值
if op<=1 then '输出值限幅
op=1
end if
if op>=3.5 then
op=3.5
end if
WriteData op ,1
TTRACE "op=%f", op
end sub
sub Finalize (arg) '退出函数
WriteData 0 ,1
end sub
K=2;Ti=2;Td=0
Op:1.000000 ei:-0.013047 转速：35.260931
K=2;Ti=2;Td=1;
Op:2.941634 ci:0.099112 转速：36.982249
K=2;Ti=3;Td=1; op:1.00000 ci:0.199132 转速：31.017370
K=1;Ti=2;Td=1; op:2.844704 ei:0.251199 转速：29.976019。