实验三-单闭环不可逆直流调速系统实验

信息工程学院１1级应用电子技术(4)班吴晓强 3111０02７

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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“速度变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放

,用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放大后，得到移相控制电压U

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3-1 转速单闭环系统原理图

图3-2 电流单闭环系统原理图

四、实验内容

(1) ＤJK04上的基本单元的调试。

(2） U

ｃｔ

不变时直流电动机开环特性的测定。

(３) U

ｄ不变时直流电动机开环特性的测定。

(4）转速单闭环直流调速系统。

(5) 电流单闭环直流调速系统。

五、实验方法

(１) DJK02和ＤJＫ02－１上的“触发电路”调试

①打开ＤJK0１总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关,观察输入的三相电网电压是否平衡。

②将DJＫ０1“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。

③用10芯的扁平电缆,将ＤＪK0２的“三相同步信号输出”端和DＪK0２-1“三相同步信号输入”端相连,打开ＤＪK０2-１电源开关,拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。

④观察Ａ、B、C三相的锯齿波,并调节A、Ｂ、C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧),使三相锯齿波斜率尽可能一致。

⑤将ＤJK0４上的“给定”输出U

g 直接与DJＫ02－１上的移相控制电压U

相接，

将给定开关S

２拨到接地位置（即U

ｃt

=0），调节DJK02-1上的偏移电压电位器，

用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔”VＴ1的输出波形，使α＝12０°。

（２) U

cｔ

不变时的直流电机开环外特性的测定

①按接线图分别将主回路和控制回路接好线。DJＫ02-1上的移相控制电压U

由

DJK04上的“给定”输出U

ｇ直接接入，直流发电机接负载电阻Ｒ,L

ｄ

用ＤJK02上

200mＨ，将给定的输出调到零。

②先闭合励磁电源开关,按下DJK01“电源控制屏”启动按钮，使主电路输出三相交流电源,然后从零开始逐渐增加“给定”电压U

ｇ

，使电动机慢慢启动并使转速 n 达到１20０ｒpm。

③改变负载电阻R的阻值,使电机的电枢电流从Ｉ

eｄ直至空载。即可测出在Ｕ

ｃt

（3)U d不变时直流电机开环外特性的测定

①控制电压U ct由DＪK04的“给定”U g直接接入,直流发电机接负载电阻R，L d用DＪK02上200mH,将给定的输出调到零。

②按下DJK01“电源控制屏”启动按钮,然后从零开始逐渐增加给定电压U g,使电动机启动并达到１200rｐm。

③改变负载电阻Ｒ,使电动机的电枢电流从空载直至Iｅｄ。用电压表监视三相全控整流输出的直流电压U d,在实验中始终保持Uｄ不变(通过不断的调节DＪK04上“给定”电压Ｕｇ来实现)，测出在U d不变时直流电动机的开环外特性n＝ｆ(I d),并记录于下表中:

(４)基本单元部件调试

①移相控制电压Ｕｃt 调节范围的确定

直接将ＤJK04“给定”电压U g 接入DJK02－1移相控制电压U ｃt 的输入端，“三相全控整流”输出接电阻负载R ，用示波器观察U d 的波形。当给定电压U ｇ由零调大时,U d 将随给定电压的增大而增大,当U g 超过某一数值Ｕg ＇时,U d 的波形会出现缺相现象,这时U ｄ反而随U ｇ的增大而减少。一般可确定移相控制电压的最大允许值为U ctma ｘ＝0．９U g ＇,即U g 的允许调节范围为0～U ctmax 。如果我们把输出限幅定为U c ｔma ｘ的话，则“三相全控整流”输出范围就被限定,不会工作到极限值状态,

②调节器的调整

Ａ、调节器的调零

将DJ Ｋ0４中“速度调节器”所有输入端接地,再将DJK08中的可调电阻4０K 接到“速度调节器”的“4”、“5”两端,用导线将“5”、“6”短接，使“电流调节器”成为P (比例)调节器。调节面板上的调零电位器RP ３，用万用表的毫伏档测量电流调节器“７”端的输出,使调节器的输出电压尽可能接近于零。

将ＤJK04中“电流调节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻１3Ｋ接到“速度调节器”的“8”、“9”两端,用导线将“9”、“１０”短接，使“电流调节器”成为P(比例)调节器。调节面板上的调零电位器ＲP3,用万用表的毫伏档测量电流调节器的“１1”端,使调节器的输出电压尽可能接近于零。

B 、正负限幅值的调整

把“速度调节器”的“5”、“6”短接线去掉,将DJ Ｋ08中的可调电容０．４7ｕF 接入“５”、“6”两端，使调节器成为PI （比例积分)调节器，然后将DJK04的给定输出端接到转速调节器的“３”端，当加一定的正给定时，调整负限幅电位器RP ２,使之输出电压为最小值即可,当调节器输入端加负给定时,调整正限幅电位器RP １,使速度调节器的输出正限幅为U ｃtmax 。

把“电流调节器”的“8”、“9”短接线去掉,将D ＪK08中的可调电容0.4７u Ｆ接入“8”、“9”两端，使调节器成为ＰI （比例积分)调节器,然后将DJ Ｋ0４的给定输出端接到电流调节器的“4”端，当加正给定时，调整负限幅电位器RP2，使之输出电压为最小值即可,当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器ＲP1，使电流调节器的输出正限幅为U ctmax 。

Ｃ、电流反馈系数的整定

直接将“给定”电压U g 接入DJ Ｋ02-1移相控制电压U c ｔ的输入端,整流桥输出接电阻负载R,负载电阻放在最大值,输出给定调到零。按下启动按钮,从零增加给定，使输出电压升高,当U d =2２０Ｖ时,减小负载的阻值，调节“电流反馈与过流保护”上的电流反馈电位器RP1，使得负载电流Ｉd =ｌ.３A 时，“2”端Ｉf 的的电流反馈电压Ｕfi =6V ，这时的电流反馈系数β＝ U fi /I ｄ= 4.615V/A 。

D 、转速反馈系数的整定

直接将“给定”电压U g 接ＤJK02-1上的移相控制电压Ｕc ｔ的输入端，“三相全控整流”电路接直流电动机负载，L ｄ用D ＪK02上的２00ｍH,输出给定调到零。

按下启动按钮,接通励磁电源，从零逐渐增加给定，使电机提速到 n

=150Orpm 时,调节“速度变换”上转速反馈电位器ＲP1，使得该转速时反馈电压U fn =-6Ｖ，这时的转速反馈系数α ＝U f ｎ／n ＝0.０04V/(ｒpm)。 (5) 转速单闭环直流调速系统

①按图3-1接线，在本实验中,DJK ０4的“给定”电压U ｇ为负给定，转速反馈为正电压，将“速度调节器”接成P(比例）调节器或ＰI(比例积分）调节器。直流发电机接负载电阻R,Ｌd 用DJK02上２00ｍH ，给定输出调到零。

②直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压Ｕg ,使电动机的转速接近n=ｌ２00rpm 。

③由小到大调节直流发电机负载Ｒ，测出电动机的电枢电流Ｉd ，和电机的n(rpm ）１２00 11９9 1198 １２０0 １2０2 120０ 1１９9 I d (A) 0．１ 0.2 0.4 0.6 0.８ 1．0 1.2 ①按图5-8接线,在本实验中，给定U g 为负给定，电流反馈为正电压,将“电流调节器”接成比例（P ）调节器或P Ｉ(比例积分)调节器。直流发电机接负载电阻R,Ｌd 用D ＪK02上２00ｍH ，将给定输出调到零。

②直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压U ｇ，使电动机转速接近ｎ＝ｌ20０rpm 。

③由小到大调节直流发电机负载Ｒ，测定相应的I d 和n ，直至最大允许电流n （rpm) 1２00 1100 １０00 900 800 5０0 300 I d （Ａ) 0.33 0.33 0.３3 0．33 0.３３ 0.33 0.３3 六、实验结果

(1) 由实验数据，可画出U c ｔ不变时直流电动机开环机械特性:

(２) 由实验数据，可画出转速单闭环直流调速系统的机械特性：

(3) 由实验数据，可画出电流单闭环直流调速系统的机械特性：

(4) 比较以上各种机械特性,并做出解释。

答:在开环系统中，当负载电流增大时，电枢压降也增大，故转速也降下来；闭环系统装有反馈装置，转速稍有降落,反馈电压就会降低,通过比较和放大,提高电力电子装置的输出电压Ud，转速有所回升。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。可见，闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性。

七、思考题

(ｌ) P调节器和PI调节器在直流调速系统中的作用有什么不同?

答:Ｐ调节器的反馈控制闭环调速系统是有静差的调速系统,采用PI调节器的闭环调速系统则是无静差调速系统。

（２）实验中，如何确定转速反馈的极性并把转速反馈正确地接入系统中？调节什么元件能改变转速反馈的强度?

答：通过测量转速反馈电压可以确定其极性，为确保正确接入系统形成负反馈，应保证给定与转速反馈电压极性相反。调节“转速变换”上转速反馈电位器RP1,能改变反馈的强度。

（3）改变“调节器I”及“调节器II”的电阻、电容参数,对系统有什么影响？答:通过改变“调节器Ｉ”及“调节器II”的电阻、电容参数,可改变ＰI的大小,从而改变系统的响应时间和稳态误差。

八、实验心得

?通过本次实验,理解了单闭环直流调速系统的组成及各主要单元部件的原理,掌握了晶闸管直流调速系统的一般调试过程，同时对闭环反馈系统的基本特征有了一定的认识和了解。

直流伺服电机调速系统(三闭环)要点

摘要本设计以微型计算机8097为主控器，采用PID算法设计三环全数字式控制器。在本次设计中选择霍尔元件做为电流检测传感器，将检测到的弱电信号通过运算放大器LF356组成的两级放大电路放大滤波后，输入8097内部的A/D转换电路转换进而得到电流反馈量；光电脉冲发生器作为速度检测传感器以及位置传感器，通过光电隔离器PC900和GAL16V8的分频鉴相得到速反馈量，同时与8097内部的计数器和计数器8254结合以可逆计数方式得到位置反馈量；通过软件设置电流环、速度环和位置环的工作方式。此外，采用串口通信使伺服系统与上位微型计算机实现通信联系以发送各种运行指令，最终实现微型计算机对电流环、速度环和位置环的控制。关键词：微型计算机，8097，HIS，8254，PID ABSTRACT This design adopts the micro-computer 8097 as the main component, and chooses the PID algorithm to design. Hall element as a current detection sensor will get weak signals in the design. Then the weak signals will be amplified and filtered through the amplifier circuit which constructed by LF356 , and imports 8097-internal A/D converter circuit to switch so that get the feedback signal of current .As speed detection sensors and position sensors, the optical pulse generator through the optical isolator PC900 and GAL16V8 to division frequency and phase in order to get the feedback signal of speed .Combined with the 8097 internal counter and the counter 8254 we can get feedback signal of position relying on reversible counting. In this design, we adopt software to set the operation mode of current loop, velocity loop and position loop work. In addition, we used the serial communication to set up the communications between system and upper monitor in order to send a variety of operating instructions, and ultimately system achieved control of the current loop, velocity loop and position loop. KEY WORDS：Microcomputer，8097，HIS，8254，PID

转速单闭环直流调速系统设计

郑州航空工业管理学院电力拖动自动控制系统课程设计 07 级电气工程及其自动化专业 0706073 班级题目转速单闭环的直流拖动系统姓名学号指导教师孙标二ОО十年月日

电力拖动自动控制系统课程设计一、设计目的加深对电力拖动自动控制系统理论知识的理解和对这些理论的实际应用能力，提高对实际问题的分析和解决能力，以达到理论学习的目的,并培养学生应用计算机辅助设计的能力。二、设计任务设计一个转速单闭环的直流拖动系统

题目：单闭环不可逆直流调速系统设计 1 技术指标电动机参数：PN=3KW, n N=1500rpm, UN=220V,IN=17.5A,Ra=1.25 。主回路总电阻R=2.5，电磁时间常数Tl=0.017s，机电时间常数Tm=0.075s。三相桥式整流电路，Ks=40。测速反馈系数=0.07。调速指标：D=30，S=10%。 2 设计要求（1）闭环系统稳定（2）在给定和扰动信号作用下，稳态误差为零。 3 设计任务（1）绘制原系统的动态结构图；（2）调节器设计；（3）绘制校正后系统的动态结构图；（4）撰写、打印设计说明书。 4 设计说明书设计说明书严格按**大学毕业设计格式书写,全部打印.另外,设计说明书应包括以下内容: (1)中文摘要 (2)英文摘要

目录第一章中文摘要 ································································································ - 1 -第二章英文摘要 ············································································错误!未定义书签。第三章课程设计的目的和意义·············································································· - 1 -1．电力拖动简介 ··························································································· - 1 - 2.课程设计的目的和意义·················································································· - 2 -第四章课程设计内容·························································································· - 2 -第五章方案确定 ································································································ - 3 - 5.1方案比较的论证 ······················································································ - 3 - 5.1.1总体方案的论证比较········································································ - 3 - 5.1.2主电路方案的论证比较····································································· - 4 - 5.1.3控制电路方案的论证比较·································································· - 6 -第六章主电路设计····························································································· - 7 - 6.1主电路工作设备选择 ················································································ - 7 -第七章控制电路设计·························································································· - 8 -第八章结论 ·····································································································- 11 -第九章参考文献 ·······························································································- 11 -

三闭环

三闭环直流调速统的建模与仿真

三闭环直流调速系统的设计一、三闭环直流调速系统总体设计方案三闭环直流调速主电路由双闭环直流调速系统改进而得。当采用双闭环直流调速系统时，在电流上升阶段，电流急剧上升，变化率很大，会在直流电动机中产生严重后果，如产生很高的附加电动势及机械传动机构产生强烈的冲击。为解决这一矛盾，在电流环内设置一个电流变化率环，构成转速、电流、电流变化率的三环系统。转速调节器ASR设置输出限幅，以限制最大启动电流。根据系统运行的需要，当给定电压* U后，ASR输出饱和，电机以最大的允许电流起动， n 同时由于电流变化率ADR环的作用，使电流上升斜率有一定限制，当达到给定的速度后转速超调，ASR退饱和，电机电枢电流缓慢下降。这样，经三个调节器的调节作用，使系统很快达到稳定。在带电流变化率内环的三环调速系统中，ASR的输出仍是ACR的给定信号，并用其限幅值限制最大电流；ACR的输出不是直接控制触发电路，而是作为电流变化率调节器ADR的给定输入，ADR的负反馈信号由电流检测通过微分环节LD得到，ACR的输出限幅值则限制最大的电流变化率。最后，由第三个调节器ADR的输出限幅值决定触发脉冲的最小控制角。带电流变化率内环的三环调速系统原理图二、电流变化率环的设计

电流调节器使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。对电网电压的波动起及时抗扰的作用。在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。电流变化率环的闭环传递函数为 ) 111(12d di +++++= S K S K S K K W di s l di s l i di di cld τβ 式中，di K = R K d di di s ρττβ ； d τ为ADR 的积分时间常数； ρ为ADR 时间常数调整器的分压比； di τ电流微分时间常数； odi T 电流微分滤波时间常数。在该设计中电流变化率调节器ADR 选用PI 调节器,取电流微分滤波时间常数 odi T 为0.002 S;电路中PI 调节器的电阻R 0取为1K,调节器的电容d C 取为47uF, ADR 时间常数调整器的分压比ρ取0.5，得到积分调节器为 S 10；仿真后发现效果不好，就添加了比例调节器，放大系数取1，得到ADR 的PI 调节器的传递函数为S S 10 +; 一般取电流微分时间常数di τ为0.01，电流检测反馈di β为0.05，所以 1 002.00005.01 += +S S s T s T odi di di β； *

单闭环直流调速系统

第十七单元晶闸管直流调速系统第二节单闭环直流调速系统一、转速负反馈直流调速系统转速负反馈直流调速系统的原理如图l7-40所示。转速负反馈直流调速系统由转速给定、转速调节器ASR 、触发器CF 、晶闸管变流器U 、测速发电机TG 等组成。直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。经分压器分压取出与转速n 成正比的转速反馈电压Ufn 。转速给定电压Ugn 与Ufn 比较，其偏差电压ΔU=Ugn-Ufn 送转速调节器ASR 输入端。 ASR 输出电压作为触发器移相控制电压Uc ，从而控制晶闸管变流器输出电压Ud 。本闭环调速系统只有一个转速反馈环，故称为单闭环调速系统。 1．转速负反馈调速系统工作原理及其静特性设系统在负载T L 时，电动机以给定转速n1稳定运行，此时电枢电流为Id1，对应转速反馈电压为Ufn1，晶闸管变流器输出电压为Udl 。 n n I C R R C U C R R I U n d e d e d e d d d ?+=+-=+-=0)(φ φφ 当电动机负载T L 增加时，电枢电流Id 也增加，电枢回路压降增加，电动机转速下降，则Ufn 也相应下降，而转速给定电压Ugn 不变，ΔU=Ugn-Ufn 增加。转速调节器ASR 输出电压Uc 增加，使控制角α减小，晶闸管整流装置输出电压Ud 增加，于是电动机转速便相应自动回升，其调节过程可简述为： T L ↑→Id ↑→Id(R ∑+Rd)↑→n ↓→Ufn ↓→△U ↑→Uc ↑→α↓→Ud ↑→n ↑。图17-41所示为闭环系统静特性和开环机械特性的关系。

图中①②③④曲线是不同Ud之下的开环机械特性。假设当负载电流为Id1时，电动机运行在曲线①机械特性的A点上。当负载电流增加为Id2时，在开环系统中由于Ugn不变，晶闸管变流器输出电压Ud 也不会变，但由于电枢电流Id增加，电枢回路压降增加，电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至B’点，转速只能相应下降。但在闭环系统中有转速反馈装置，转速稍有降落，转速反馈电压Ufn就相应减小，使偏差电压△U增加，通过转速调节器ASR自动调节，提高晶闸管变流器的输出电压Ud0由Ud01变为Ud02，使系统工作在随线②机械特性上，使电动机转速有所回升，最后稳定在曲线②机械特性的B点上。同理随着负载电流增加为Id3，Id4，经过转速负反馈闭环系统自动调节作用，相应工作在曲线③④机械特性上，稳定在曲线③④机械特性的C，D点上。将A，B，C，D点连接起来的ABCD直线就是闭环系统的静特性。由图可见，静特性的硬度比开环机械特性硬，转速降Δn要小。闭环系统静特性和开环机械特性虽然都表示电动机的转速-电流(或转矩)关系，但两者是不同的，闭环静特性是表示闭环系统电动机转速与电流(或转矩)的静态关系，它只是闭环系统调节作用的结果，是在每条机械特性上取一个相应的工作点，只能表示静态关系，不能反映动态过程。当负载突然增加时，如图所示由Idl突增到Id2时，转速n先从A点沿着①曲线开环机械特性下降，然后随着Ud01升高为Ud02，转速n再回升到B点稳定运行，整个动态过程不是沿着静特性AB直线变化的。 2．转速负反馈有静差调速系统及其静特性分析对调速系统来说，转速给定电压不变时，除了上面分析负载变化所引起的电动机转速变化外，还有其他许多扰动会引起电动机转速的变化，例如交流电源电压的变化、电动机励磁电流的变化等，所有这些扰动和负载变化一样都会影响到转速变化。对于转速负反馈调速系统来说，可以被转速检测装置检测出来，再通过闭环反馈控制减小它们对转速的影响。也就是说在闭环系统中，对包围在系统前向通道中的各种扰动(如负载变化、交流电压波动、电动机励磁电流的变化等)对被调量(如转速)的影响都有强烈的抑制作用。但是对于转速负反馈调速系统来说，转速给定电压Ugn的波动和测速发电机的励磁变化引起的转速反馈电压Ufn变化，闭环系统对这种给定量和检测装置的扰动将无能为力。为了使系统有较高的调速精度，必须提高转速给定电源和转速检测装置的精度。

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：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/min 2) 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。 cl cl e d e * n s p e s p e d *n s p Δn n K C R I K C U K K α/C K K C R I U K K n -=+- +=+-=0)1()1()1(e s p C α K K K =e d a e d pe e n s p C I R K C I R K C U K K n -+-+=)1()1(*

原版单闭环直流调速系统

单闭环直流调速系统的设计与仿真单回路的直流调速系统的设计和仿真内容摘要：在对调速性能有较高要求的领域，如果直流电动机开环系统稳态性能不满足要求，可利用速度负反馈提高稳态精度，而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的，为了消除系统的静差，可利用积分调节器代替比例调节器。通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、晶闸管触发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分析，比较原始系统和校正后系统的差别，得出直流电机调速系统的最优模型。然后用此理论去设计一个实际的调速系统，并用MATLAB仿真进行正确性的验证。关键词：稳态性能稳定性开环闭环负反馈静差 The design and simulation of Single loop dc speed control system Abstract :In the higher demand for performance of speed, if the open loop dc system's steady performance does not meet the requirements, can use speed inverse feedback to improve steadystate precision, but although the speed inverse feedback system adopts proportion regulator,it still have off, in order to eliminate static, can use integral regulator to replace proportion regulator. Based on the theoretical analysis of the single closed loop system which is made up of controllable power, the regulator which is made up of operational amplifier, a rectifier triggered by thyristor , motor model and tachogenerators module, compare the difference of the open loop system and the closed loop system,the original system and the this paper compares the theory of open loop system and the closed-loop system, the difference of primitive system and calibrated system, conclude the optimal model of the dc motor speed control system. Then use this theory to design a practical control system, and verify the validity with MATLAB simulation. Key words: steady-statebehaviour stability open loop Close-loop feedback offset

不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究

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—31A组件 3．NMCL—33组件 4．NMEL—03组件 5．NMCL—18组件 6．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机M01 7．直流电动机M03 8．双踪示波器 9．万用表五．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．系统开环连接时，不允许突加给定信号U g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°。 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U g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。 c．调节给定电压U g，使直流电机空载转速n0=1500转/分，调节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，输出电流i d以及被测

matlab完整版(三相闭环).

三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统 1. 系统仿真应用软件及其简介三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统仿真应用的软件是MATLAB 7.0。 MATLAB是为了在科学研究和工程应用中，克服一般语言对大量数学运算，尤其是涉及矩阵运算时编制程序复杂、调试麻烦等困难，美国Math Works公司于1967年构思并开发了矩阵实验室（Matri Laboratory’，MATLAB）软件包。经过不断的更新和扩充，该公司于1984年推出了MATLAB的正式版，特别是1992年推出具有跨时代意义的MATLAB 4.0版，并于1993年推出其微机版，以配合当时日益流行的Microsoft Windows 操作系统一起使用。截止到2005年，该公司先后推出了MATLAB 4.x，MATLAB 5.x，MATLAB 6.x，MATLAB 7.xD等版本，该软件的应用范围越来越广。常见的MATLAB工具箱有以下几种。 Control System Toolbox——控制系统工具箱 Communication Toolbox——通讯工具箱 Financial Toolbox——财政金融工具箱 System Identification Toolbox——系统辨识工具箱 Fuzzy Logic Toolbox——模糊逻辑工具箱 Higher-Order Spectral Analysis Toolbox——高阶谱分析工具箱 Image Processing Toolbox——图象处理工具箱 computer vision system toolbox----计算机视觉工具箱 LMI Control Toolbox——线性矩阵不等式工具箱 Model predictive Control Toolbox——模型预测控制工具箱 μ-Analysis and Synthesis Toolbox——μ分析工具箱 Neural Network Toolbox——神经网络工具箱 Optimization Toolbox——优化工具箱 Partial Differential Toolbox——偏微分方程工具箱 Robust Control Toolbox——鲁棒控制工具箱 Signal Processing Toolbox——信号处理工具箱 Spline Toolbox——样条工具箱 Statistics Toolbox——统计工具箱 Symbolic Math Toolbox——符号数学工具箱 Simulink Toolbox——动态仿真工具箱 Wavele Toolbox——小波工具箱 DSP system toolbox-----DSP处理工具箱这里只重点介绍MATLAB在本系统中Simulink的仿真环境。

实验1：不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究(B5参考格式)

《运动控制系统》实验报告姓名：专业班级：学号：同组人：实验一不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究一、实验目的 1、了解转速单闭环直流调速系统的组成。 2、加深理解转速负反馈在系统中的作用。 3、研究直流调速系统中速度调节器ASR 的工作原理及其对系统静特性的影响。 4、测定晶闸管--电动机调速系统的机械特性和转速单闭环调速系统的静特性。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。图1-1所示是不可逆转速单闭环直流调速系统的实验原理图。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联接的测速发电机TG 检测电动机的转速，并经转速反馈环节FBS 分压后取出合适的转速反馈信号U n ，此电压与转速给定信号U n *经速度调节器ASR 综合调节，ASR 的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。在本系统中ASR 采用比例—积分调节器，属于无静差调速系统。图中DZS 为零速封锁器，当转速给定电压U n *和转速反馈电压U n 均为零时，DZS 的输出信号使转速调节器ASR 锁零，以防止调节器零漂而使电动机产生爬行。 RP 给定图1-1 不可逆转速单闭环直流调速系统

三、实验注意事项 1. 直流电动机M03参数为：P N =185W ，U N =220V ，I N =1.1A ，n =1500r/min 。 2. 直流电动机工作前，必须先加上直流激励。 3. 系统开环以及单闭环起动时，必须空载，且不允许突加给定信号U g 起动电机，每次起动时必须慢慢增加给定，以免产生过大的冲击电流，更不允许通过突合主回路电源开关SW 起动电机。 4. 测定系统开环机械特性和闭环静特性时，须注意电枢电流不能超过电机额定值1A 。 5. 单闭环连接时，一定要注意给定和反馈电压极性。四、实验内容 1、晶闸管--电动机系统开环机械特性及控制特性的测定（1）连接晶闸管—电动机系统为开环控制，不必使用转速调节器ASR ，可将给定电压U g （开环时给定电压称为U g ，闭环后给定电压称为U n *）直接接到触发单元GT 的输入端（U ct ），电动机和测功机分别加额定励磁。（2）测定开环系统控制特性时，须先使电动机空载（测功机负载回路开路），慢慢加给定电压U g ，使电动机转速慢慢上升至额定转速1500r/min ，在0~1500r/min 之间记录几组（3）测定开环机械特性时，须先使电动机空载（测功机负载回路开路），慢慢加给定电压U g ，使电动机转速慢慢上升至额定转速1500r/min ，然后合上负载开关SL ，改变负载变阻器R g 的阻值，使主回路电流达到额定电流I N ，此时即为额定工作点（n =n N =1500r/min ，I d =I N =1A ）。然后减小负载变阻器R g 阻值，使主回路负载从额定负载减少至空载，记录几组转速 n 和负载转矩T 的数据，并在图1-3所示坐标系中画出开环机械特性曲线。 U g e 图1-2 开环控制特性曲线图1-3 开环机械特性曲线

单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告

比例积分控制的单闭环直流调速系统仿真一、实验目的 1．熟练使用MATLAB 下的SIMULINK 仿真软件。 2．通过改变比例系数K P 以及积分时间常数τ的值来研究K P 和τ对比例积分控制的直流调速系统的影响。二、实验内容 1．调节器的工程设计 2．仿真模型建立 3．系统仿真分析三、实验要求建立仿真模型，对参数进行调整，从示波器观察仿真曲线，对比分析参数变化对系统稳定性，快速性等的影响。四、实验原理图4-1 带转速反馈的闭环直流调速系统原理图调速范围和静差率是一对互相制约的性能指标，如果既要提高调速范围，又要降低静差率，唯一的方法采用反馈控制技术，构成转速闭环的控制系统。转速闭环控制可以减小转速降落，降低静差率，扩大调速范围。在直流调速系统中，将转速作为反馈量引进系统，与给定量进行比较，用比较后的偏差值进行系统控

制，可以有效的抑制甚至消除扰动造成的影响。当t=0时突加输入U in时，由于比例部分的作用，输出量立即响应，突跳到U ex(t)=K P U in，实现了快速响应；随后U ex(t)按积分规律增长，U ex(t)=K P U in+ (t/τ)U in。在t=t1时，输入突降为0，U in=0，U ex(t)=(t1/τ)U in，使电力电子变换器的稳态输出电压足以克服负载电流压降，实现稳态转速无静差。五、实验各环节的参数及K P和1/τ的参数的确定各环节的参数：直流电动机：额定电压U N=220V，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= min/r。假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数K s=44，滞后时间常数T s=。电枢回路总电阻R=Ω，电枢回路电磁时间常数T l=电力拖动系统机电时间常数 T m=。转速反馈系数α= min/r。对应额定转速时的给定电压U n?=10V。稳态性能指标D=20，s 5% 。 K P和1/τ的参数的确定： PI调节器的传递函数为 W PI(s)=K Pτs+1 τs =K P τ1s+1 τ1s 其中，τ1=K Pτ。（1）确定时间常数 1）整流装置滞后时间常数T s=0.00167s；2）转速滤波时间常数T on=0.001s；

晶闸管直流调速系统实验

第一章DJDK-1 型电力电子技术及电机控制实验装置简介 1-1 控制屏介绍及操作说明一、特点 (1)实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合，故结构紧凑、使用方便、功能齐全、综合性能好，能在一套装置上完成《电力电子技术》、《自动控制系统》、《直流调速系统》、《交流调速系统》、《电机控制》及《控制理论》等课程所开设的主要实验项目。 (2)实验装置占地面积小，节约实验室用地，无需设置电源控制屏、电缆沟、水泥墩等，可减少基建投资；实验装置只需三相四线的电源即可投入使用，实验室建设周期短、见效快。 (3)实验机组容量小，耗电小，配置齐全；装置使用的电机经过特殊设计,其参数特性能模拟3KW左右的通用实验机组。 (4)装置布局合理，外形美观，面板示意图明确、清晰、直观；实验连接线采用强、弱电分开的手枪式插头，两者不能互插，避免强电接入弱电设备，造成该设备损坏；电路连接方式安全、可靠、迅速、简便；除电源控制屏和挂件外，还设置有实验桌，桌面上可放置机组、示波器等实验仪器，操作舒适、方便。电机采用导轨式安装，更换机组简捷、方便；实验台底部安装有轮子和不锈钢固定调节机构，便于移动和固定。 (5)控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，切实有效保护操作者的人身安全，为开放性的实验室创造了前提条件。 (6)挂件面板分为三种接线孔，强电、弱电及波形观测孔，三者有明显的区别，不能互插。 (7)实验线路选择紧跟教材的变化，完全配合教学内容，满足教学大纲要求。图1-1 DJDK-1 电力电子技术及电机控制实验装置外形图

二、技术参数 (1)输入电压三相四线制 380V±10% 50±1Hz (2)工作环境环境温度范围为-5～40℃，相对湿度≤75%，海拔≤1000m (3)装置容量：≤1.5kVA (4)电机输出功率:≤200W (5)外形尺寸：长×宽×高=1870㎜×730㎜×1600㎜ 1-2 DJK01电源控制屏电源控制屏主要为实验提供各种电源，如三相交流电源、直流励磁电源等；同时为实验提供所需的仪表，如直流电压、电流表，交流电压、电流表。屏上还设有定时器兼报警记录仪，供教师考核学生实验之用；在控制屏正面的大凹槽内，设有两根不锈钢管，可挂置实验所需挂件，凹槽底部设有12芯、10芯、4芯、3芯等插座，从这些插座提供有源挂件的电源；在控制屏两边设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座，此外还设有供实验台照明用的40W 日光灯。图1-2 主控制屏面板图 1、三相电网电压指示三相电网电压指示主要用于检测输入的电网电压是否有缺相的情况，操作交流电压表下面的切换开关，观测三相电网各线间电压是否平衡。 2、定时器兼报警记录仪平时作为时钟使用，具有设定实验时间、定时报警和切断电源等功能，它还可以自动记录由于接线操作错误所导致的告警次数。（具体操作方法详见DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置使用说明书） 3、电源控制部分它的主要功能是控制电源控制屏的各项功能，它由电源总开关、启动按钮及停止按钮组成。当打开电源总开关时，红灯亮；当按下启动按钮后，红灯灭，绿灯亮，此时控制屏的三相主电路及励磁电源都有电压输出。

单闭环直流调速系统

单闭环直流调速系统一、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 1．THKKL-6型控制理论及计算机控制技术实验箱； 2．PC机1台(含软件“THKKL-6”、“Keil uVision3”及“Easy 51Pro”)； 3．51单片机下载线 4．USB数据线；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1 PWM的控制电路上图所示为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13-2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。

题目：单闭环不可逆直流调速系统设计

目录第一章中文摘要 ·························································································································- 1 -第二章英文摘要 ·····························································································错误！未定义书签。第三章课程设计的目的和意义 ··································································································- 1 -1．电力拖动简介····················································································································- 1 - 2.课程设计的目的和意义 ·······································································································- 2 -第四章课程设计内容··················································································································- 2 -第五章方案确定 ·························································································································- 3 - 5.1方案比较的论证·············································································································- 3 - 5.1.1总体方案的论证比较···························································································- 3 - 5.1.2主电路方案的论证比较·······················································································- 4 - 5.1.3控制电路方案的论证比较 ···················································································- 6 -第六章主电路设计 ·····················································································································- 7 - 6.1主电路工作设备选择 ·····································································································- 7 -第七章控制电路设计··················································································································- 8 -第八章结论······························································································································· - 11 -第九章参考文献 ······················································································································· - 11 -

东南大学自控实验报告实验三闭环电压控制系统研究

东南大学《自动控制原理》实验报告实验名称：实验三闭环电压控制系统研究院（系）：专业：姓名：学号：实验室： 416 实验组别：同组人员：实验时间：年 11月 24日评定成绩：审阅教师：

实验三闭环电压控制系统研究一、实验目的：（1）经过实例展示，认识自动控制系统的组成、功能及自动控制原理课程所要解决的问题。（2）会正确实现闭环负反馈。（3）经过开、闭环实验数据说明闭环控制效果。二、实验原理：（1）利用各种实际物理装置（如电子装置、机械装置、化工装置等）在数学上的“相似性”，将各种实际物理装置从感兴趣的角度经过简化、并抽象成相同的数学形式。我们在设计控制系统时，不必研究每一种实际装置，而用几种“等价”的数学形式来表示、研究和设计。又由于人本身的自然属性，人对数学而言，不能直接感受它的自然物理属性，这给我们分析和设计带来了困难。因此，我们又用替代、模拟、仿真的形式把数学形式再变成“模拟实物”来研究。这样，就能够“秀才不出门，遍知天下事”。实际上，在后面的课程里，不同专业的学生将面对不同的实际物理对象，而“模拟实物”的实验方式能够做到举一反三，我们就是用下列“模拟实物”——电路系统，替代各种实际物理对象。（2）自动控制的根本是闭环，尽管有的系统不能直接感受到它的

闭环形式，如步进电机控制，专家系统等，从大局看，还是闭环。闭环控制能够带来想象不到的好处，本实验就是用开环和闭环在负载扰动下的实验数据，说明闭环控制效果。自动控制系统性能的优劣，其原因之一就是取决调节器的结构和算法的设计（本课程主要用串联调节、状态反馈），本实验为了简洁，采用单闭环、比例调节器K。经过实验证明：不同的K，对系性能产生不同的影响，以说明正确设计调节器算法的重要性。（3）为了使实验有代表性，本实验采用三阶（高阶）系统。这样，当调节器K值过大时，控制系统会产生典型的现象——振荡。本实验也能够认为是一个真实的电压控制系统。三、实验设备： THBDC-1实验平台四、实验线路图：五、实验步骤：（1）如图接线，建议使用运算放大器U8、U10、U9、U11、U13。