直流电动机转速自动控制系统实验报告

设计报告正文

第一章直流电动机转速自动控制系统的组成原理1.1 广义对象的组成原理

1.1.1 被控对象直流电动机工作原理和被控制量

1、被控对象：电动机

被控量：电动机的转速

2、直流电动机的原理：基于电磁感应定律，即：运动导体切割磁力线，在导体中产生切割电势；或者说匝线链线圈的磁通发生变化，在线全中产生感应电势。

N极下到导体中的电流流出纸面，用Θ表示。

S极下到导体中的电流流出纸面，用?表示载流导体在磁场中受到电磁力的作用。如果导体在磁场中的长度为L，其中流过的电流为i,导体所在的磁通密度为B，那么导体受到的磁力的值为 F=BLI 式中，F的单位为牛顿（N）；B的单位为韦伯/米2（Wb/m2）;L的单位为米（m）；I的单位为安（A）；力F的方向用左手定则来确定。

1.1.2 功率放大器的组成原理

功放的作用是通过对控制信号的功率放大以产生足够的功率来驱动执行机构。功率放大器的工作原理就是利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率将电源转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数。应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流（或电压）是原来的β倍的大信号，这种现象成了功率放大。而场效应管则是栅极变化一毫伏，原极电流变化一安，就成称跨导为1，功率放大器就是利用这些作用来实现小信号来控制大信号，从而使多级放大器实现了大功率输出，并非真的将功率放大了。

1.1.3 测速元件工作原理

因此电刷两端的感应电势与电机的转速成正比，即电势值能表征转速的大小，因此直流测速发电机可以把转速信号转换成电视信号，从而用来测速。

测速装置由电机，光栅盘，等组成。

1.2广义对象数学模型的建立

1.2.1广义对象时间响应特性的测试

1.2.1.1测试实验原理图

G(s)=)()(s s N 输出量 G （s ）=Φ(s)

1Φ(s)

Φ(s)=）

输入量（s )(s N （可以消除干扰） 1.2.1.2测试过程与方法

时域法：通过测量对应特定输入信号的系统输出响应，来确定系统的传递函数。

按t1/t2的值估计结构形式

i. 当t1/t2<0.32可以用一阶惯性环节近似 G(S)=

1TS k +,T= 2.12t2t1+，附加e -ts (时间死区延迟) ii. 当0.32

++,

T1+T2=(t1+t2)/2.16,

T1·T2/（T1+T2）2=(1.74*t1/t2-0.55)

iii.

t1/t2=0.46,G(S)=K/(ToS+1)2，To= 4.36t2

t1+

iv. t1/t2>0.46,G(S)=K/(TS+1)n ，n=（t1/t2-11.075t1/t2+0.5）2

为整数 T=2.16n t2

t1+

1.2.1.3测试结果曲线

转速为2000转∕分时的曲线：

T1时刻三张截图:

T2时刻的三张截图:

直流电机工作结构及原理实验报告概要

第三章直流电机的原理及结构本章主要介绍直流电机的结构和基本工作原理、直流电机绕组的构成、直流电机的电枢反应、直流电机绕组的电动势和电磁转矩、直流发电机和直流电动机的功率转矩等内容。本章共有10节课，内容和时间分配如下： 1.掌握直流电机的结构及工作原理。（2节） 2.掌握直流电机绕组有关的结构。（2节） 3.掌握直流电机绕组的电枢反应。（1节） 4.掌握直流电机的电枢电动势和电磁转矩。（1节） 5.掌握直流发电机的基本方程式和运行特性、并励发电机的条件。( 2.5节) 6.掌握直流电动机的基本方程式和运行特性。( 1.5节) 第一节直流电机的基本工作原理一直流电机的用途直流电动机的优点： 1 调速范围广，易于平滑调节 2 过载、启动、制动转矩大 3 易于控制，可靠性高 4 调速时的能量损耗较小缺点: 换向困难，容量受到限制，不能做的很大。应用: 轧钢机、电车、电气铁道牵引、造纸、纺织拖动。直流发电机用作电解、电镀、电冶炼、充电、交流发电机励磁等的直流电源。二、直流电机的工作原理原理：任何电机的工作原理都是建立在电磁感应和电磁力这个基础上。为了讨论直流电机的工作原理，我们把复杂的直流电机结构简化为工作原理图。（一）直流发电机的工作原理 1．工作原理：导体在磁场中运动时，导体中会感应出电势e 。 e=Blv。 B:磁密l：导体长度；v：导体与磁场的相对速度。正方向：用右手定则判断。电势e正方向表示电位升高的方向，与U相反。如果同一元件上e和U正方向相同时，e= -U。

理解：电磁感应原理的变形（变化的磁通产生感应电动势） 2 发电机工作过程分析：两磁极直流发电机的工作原理图。（1）构成：磁场：图中N和S是一对静止的磁极，用以产生磁场，其磁感应强度沿圆周为正弦分布。励磁绕组——容量较小的发电机是用永久磁铁做磁极的。容量较大的发电机的磁场是由直流电流通过绕在磁极铁心上的绕组产生的。用来形成N极和S极的绕组称为励磁绕组，励磁绕组中的电流称为励磁电流If。电枢绕组：在N极和S极之间，有一个能绕轴旋转的圆柱形铁心，其上紧绕着一个线圈称为电枢绕组(图中只画出一匝线圈)，电枢绕组中的电流称为电枢电流Ia。换向器：电枢绕组两端分别接在两个相互绝缘而和绕组同轴旋转的半圆形铜片——换向片上，组成一个换向器。换向器上压着固定不动的炭质电刷。电枢：铁心、电枢绕组和换向器所组成的旋转部分称为电枢。

温度控制直流电动机转速系统设计报告

实训题目: 温度控制直流电动机转速学生姓名：崔敬通学号： 201223160126 专业：电子信息工程 2013年11月27日

1 引言直流电机具有良好的线性调速特性和控制性能，使其调速控制占主流地位。尽管交流变频电机、步进电机等在控制调速领域的应用比较广泛，但直流电机调速仍是大多数调速控制电机的最佳选择。89C55单片机支持C语言编程，可移植性好，速度快，已被广泛应用于机电一体化、工业控制、智能仪器仪表等领域。现应用89C51单片机对直流电机速度进行有效测试和控制，通过对直流电机转速脉冲和中断次数的计数，可实现根据输入值控制直流电机的转速。 2 设计任务与要求根据设计需要，通过测量原件把检测到的直流电机转速读入到89C55单片机中，再通过编程使读入的数值在显示器上显示出来。若检测到的电机转速等于设定值，则对直流电机的转速进行记录；若检测到的电机转速没有达到设定值，则通过加大数值或模数转换芯片使电机速度提升至设定值；若检测到电机转速超过设定值则通过模数转换芯片把电机速度降至设定值。通过这种实时检测和在线控制的方式使单片机能够对直流电机 2.1系统的设计要求及主要技术指标本论文要求使用单片机进行电路设计，同时单片机部分应带有显示功能。单片机对某个位置进行温度监控，当外部温度≥45℃时，电动机加速正转，当温度≥75℃时，电动机全速正转；当外部温度≤10℃时，电动机加速反转，当温度≤0℃时，电动机全速反转；当温度回到10℃～45℃之间时电动机逐渐停止转动。 2.2系统总体方案系统总体方案设计，如下图2.1

图2.1 系统总体方案图 2.3总体方案论述该系统采用AT89C55单片机为核心，通过DS18B20进行温度采集，送入单片机，经过软件编程进行温度的比较和范围划定，然后通过程序控制由单片机产生不同的PWM（脉冲宽度调制）信号，送给电机驱动芯片L298的使能端口，通过L298驱动芯片来控制直流电机的启动、速度、方向的变化；单片机将温度数据传送给LM016L显示温度。整个电路设计包括温度采集模块，单片机控制模块，温度显示模块，和电机及电机驱动模块。 3硬件电路设计 MCS-51系列单片机 Intel公司推出的8位单片机： 1976年推出的MCS-48系列：8039，8048等。

直流电机原理与控制方法

专业资料电机简要学习手册 2015-2-3

一、直流电机原理与控制方法 1直流电机简介直流电机（DM）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。直流电机由转子（电枢）、定子（励磁绕组或者永磁体）、换向器、电刷等部分构成，以其良好的调速性能以至于在矢量控制出现以前基本占据了电机控制领域的整座江山。但随着交流电机控制技术的发展，直流电机的弊端也逐渐显现，在很多领域都逐渐被交流电机所取代。但如今直流电机仍然占据着不可忽视的地位，广泛用于对调速要求较高的生产机械上，如轧钢机、电力牵引、挖掘机械、纺织机械，龙门刨床等等，所以对直流电机的了解和研究仍然意义重大。 2 直流电动机基本结构与工作原理 2.1 直流电机结构

如下图，是直流电机结构图，电枢绕组通过换向器流过直流电流与定子绕组磁场发生作用，产生转矩。定子按照励磁可分为直励，他励，复励。电枢产生的磁场会叠加在定子磁场上使得气隙主磁通产生一个偏角，称为电枢反应，通常加补偿绕组使磁通畸变得以修正。 2.2 直流电机工作原理如图所示给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和 cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如上图（b）所示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定

直流电机调试总结

对直流电动机调试的几点总结摘要长兴电厂#3、#4主油箱直流辅助油泵调试过程中出现重多问题。如：电机接线错误、直流接触器烧坏、电机不能达到额定转速等。文中详细介绍主油箱直流辅助油泵的调试过程以及内容。关键词低压厂用直流电动机调试 1概况长兴电厂二期工程安装两台300MW燃煤机组，每台机组有五台直流电动机，分别为两台小汽机直流油泵、发电机空侧直流密封油泵、发电机氢侧直流密封油泵、主油箱直流辅助油泵，就地控制箱是由浙江湘湖电器设备厂制造的。主油箱直流辅助油泵电机为西安西玛电机厂制造，型号Z2-71，额定功率30kW，额定电压220V，额定电流158.5A，额定转速3000r/min，积复励励磁方式。直流电动机的控制接线图见图1。控制方式分为DCS控制、就地控制二种，通过就地控制箱的“远方/就地”按钮SO1的位置来实现二种控制方式的选择。当就地控制箱的“远方/就地”按钮SO1在远方位置、开关状态在分闸位置时，DCS满足起动的条件，DCS发出合闸命令，同时DCS巡检保护信号、开关状态、以及运行电流是否正常。在起动过程中，电枢回路内串入限流电阻R1来限制起动电流，起动完成通过K53直流接触器来切除限流电阻R1。图1 直流电动机控制回路接线图

2调试过程直流电动机调试包括二次回路调试和电动机本体调试两部分。 2.1二次回路的调试 2.1.1检查接线对照接线图检查就地控制箱的实际接线是否正确。 2.1.2 测量绝缘电阻使用500V兆欧表分别测量控制回路、信号回路对地的绝缘电阻，绝缘电阻均不应小于1M 。 2.1.3二次回路通电试验合上直流配电屏上的电源开关，对就地控制箱送电。在就地控制箱上就地进行分、合闸操作，接触器应能正确动作，确认状态显示正确、保护无异常动作。然后在DCS上进行远方分、合闸操作，接触器应能正确动作，确认开关反馈状态显示正确、联锁逻辑回路正确，确认信号反馈、测量反馈显示正确。 2.2电动机本体试验 2.2.1 检查绕组绝缘电阻采用500V兆欧表测量绕组的冷态绝缘电阻，并励绕组、串励绕组、电枢绕组（实际上已包含换向绕组）对机壳及其相互间的绝缘电阻应分别进行测量。当电枢绕组与串励绕组或换向绕组在电机内部串联连接且不易解开时，可对串联回路一起进行测量。实测结果不应小于0.5MΩ。 2.2.2检查电机励磁绕组的极性用感应法检查串励绕组和并励绕组的极性。见图2，将1.5V～6V的干电池经开关接在并励绕组F1、F2上，在串励绕组C1、C2上接一个指针式直流微安表或毫伏表。电池和表计的同极性端接绕组的同极性端。若合上开关瞬间指针顺偏，断开开关瞬间指针反偏，则电动机为积复励（F1、C1同接电源正极或负极）；反之，为差复励。

直流伺服电机实验报告

实验六直流伺服电机实验一、实验设备及仪器被测电机铭牌参数： P N =185W ，U N =220V ，I N =1.1A ，使用设备规格(编号)： 1．MEL 系列电机系统教学实验台主控制屏（MEL-I 、MEL-IIA 、B ）； 2．电机导轨及测功机、转速转矩测量（MEL-13）； 3．直流并励电动机M03（作直流伺服电机）； 4．220V 直流可调稳压电源（位于实验台主控制屏的下部）； 5．三相可调电阻900Ω（MEL-03）； 6．三相可调电阻90Ω（MEL-04）； 7．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）；二、实验目的 1．通过实验测出直流伺服电动机的参数r a 、e κ、T κ。 2．掌握直流伺服电动机的机械特性和调节特性的测量方法。三、实验项目 1．用伏安法测出直流伺服电动机的电枢绕组电阻r a 。

2．保持U f=U fN=220V，分别测取U a =220V及U a＝110V的机械特性n=f(T)。3．保持U f=U fN=220V，分别测取T2＝0.8N.m及T2＝0的调节特性n=f(Ua)。4．测直流伺服电动机的机电时间常数。四、实验说明及操作步骤 1．用伏安法测电枢的直流电阻Ra

表中Ra=（R a1+R a2+R a3）/3; R aref=Ra*a ref θ θ + + 235 235 （3）计算基准工作温度时的电枢电阻由实验测得电枢绕组电阻值，此值为实际冷态电阻值，冷态温度为室温。按下式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值： R aref=Ra a ref θ θ + + 235 235

直流电动机设计方案

直流电动机设计方案第1章前沿 1.1 课题研究的背景及意义直流电动机以其良好的起动、制动性能，较宽范围内平滑调速的优点，在许多调速要求较高、要求快速正反向、以蓄电池为电源的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，虽然高性能交流调速技术得到了很快的发展，在某些领域交流调速系统已逐步取代直流调速系统。然而直流调速系统系统不仅在理论上和实践上都比较成熟，目前还在应用，比如轧钢机、电气机车等都还有用直流电机；而且从控制规律的角度来看，交流拖动控制系统的控制方式是建立在直流拖动控制系统的基础之上的，从某种意义上说有相似的地方。因此，掌握和了解直流拖动控制系统的控制规律和方法是非常必要的。从生产机械的要求的角度看，电力拖动控制系统分为调速系统、伺服系统、多电动机同步控制系统、张力控制系统等多种类型。而各种系统大多都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是电力拖动控制系统最基本的系统[1]。从直流电机在国民生产生活中所占位置的角度来看，直流电机目前依旧应用于工业生产中，并广泛应用于人们的生活中。因此直流电机的控制技术的发展很大程度上影响着国民经济的增长，影响着人们的生产生活水平，因此，对直流电机调速系统的研究还是很有必要的。 1.2 课题发展历程及趋势在很长的一段时间里直流电动机作为最主要的电力拖动工具，其应用已经渗透到人们的工作、学习、生活的各个方面。早期电动机调速控制器主要由模拟器件构成，由于模拟器件存在的固有缺点，比如存在温漂，零漂电压等，使系统控制精度和可靠性降低。后来，随着可编程控制器比如AT89C51，PLC等和IGBT、GTR等电力电子开关器件，传感器技术等的发展使得直流电机调速系统进入了数字控制的阶段，这使得直流电机调速系

直流电动机控制系统

煤炭工程学院课程设计题目：直流电动机转速控制系统专业班级：学生姓名：学号：指导教师：日期：

摘要当今社会，电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法、PID控制等，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器，光耦、可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制叫复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。电机在各行各业发挥着重要的作用,而电机转速是电机重要的性能指标之一,因而测量电机的转速和电机的调速,使它满足人们的各种需要,更显得重要，而且随着科技的发展,PWM调速成为电机调速的新方式。随着数字技术的迅速发展，微控制器在社会的各个领域得到了广泛的应用，由于数字系统有着模拟系统所没有的优势，如抗干扰性强、便于和PC机相联、系统易于升级维护。本设计是以单片机AT89S52和L298控制的直流电机脉宽调制调速系统。利用AT89S52芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。系统实现对电机的正转、反转、急停、加速、减速的控制，以及PWM的占空比在LCD上的实时显示。关键词：直流电机；AT89S52；PWM调速；L298

直流电机原理与控制方法

电机简要学习手册 2015-2-3

2 直流电动机基本结构与工作原理 2.1 直流电机结构如下图，是直流电机结构图，电枢绕组通过换向器流过直流电流与定子绕组磁场发生作用，产生转矩。定子按照励磁可分为直励，他励，复励。电枢产生的磁场会叠加在定子磁场上使得气隙主磁通产生一个偏角，称为电枢反应，通常加补偿绕组使磁通畸变得以修正。 2.2 直流电机工作原理如图所示给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和 cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如上图（b）所

示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。发电机的原理则是电机的逆过程：原动机提供转矩，利用法拉第电磁感应产生直流电流。如下图，比较清晰的说明了直流电动机的原理。 3直流电机重要特性如下图，更加清晰的揭示了直流电机电流电压与转速转矩之间的关系。我们可以得到直流电机的四个基本方程：

直流他励电动机实验报告记录

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电机学实验报告——直流他励电动机实验姓名：张春学号：2100401332

实验三直流他励电动机实验一、实验目的 1．掌握用实验方法测取直流他励电动机的工作特性和机械特性。 2．掌握直流他励电动机的调速方法。二、实验内容 1．工作特性和固有机械特性保持和不变，时，测取工作特性、、及固有机械特性。 2．调速特性（1）改变电枢电压调速保持电动机不变，常数，测取。（2）改变励磁电流调速保持，常数，时，测取。 3．观察能耗制动过程三、实验说明及操作步骤 1．他励直流电动机的工作特性和固有机械特性按图3-4接线，电阻选用挂箱上的阻值为、电流为的可调电阻，作为直流并励电动机的起动电阻，电阻选用挂箱上的阻值为的可调电阻. 并接上励磁电流表（mA）和电枢电流表（A）。

（1）打开设备开关和设置好各个按钮状态，将电动机励磁回路电阻调至阻值最小，电枢回路起动电阻调至阻值最大。（2）调节直流稳压电源上的“电压调节”旋钮，使电动机输入电压为，电动机电枢回路起动电阻调至最小值，增加电动机磁场调节电阻，使电动机转速达额定值。（3）调出电动机的额定运行点，确定电动机的额定励磁电流。（4）在保持，不变的条件下，逐次减小电动机的负载，在额定负载到空载范围内，测取电动机电枢电流，转速和输出转矩，共取组数据，记录于表3-1中。表中：电动机输入功率P1＝U a I a+U f I fn，输出功率P2=0.105nT2 效率表3-1 工作特性和固有机械特性实验数据实验数据 1.10 1.0 0.9 0.8 0.4 0.3 0. 2 16 638 169 3 171 17 34 1.18 1.08 0.9 7 0.8 6 0.4 0.2 8 0. 15 计算数 260 .96 238 .96 216 .96 194 .96 106 .96 84. 96 62.9 6 19818216514771.50.27.3

直流无刷电动机工作原理控制方法

直流无刷电动机工作原理控制方法 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

直流无刷电动机工作原理与控制方法序言由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故在当今国民经济各领域应用日益普及。一个多世纪以来，电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。其主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。由于传统的直流电动机均采用电刷以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火化、无线电干扰以及寿命短等弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，从而大大限制了它的应用范围，致使目前工农业生产上大多数均采用三相异步电动机。针对上述传统直流电动机的弊病，早在上世纪30年代就有人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的直流无刷电动机。经过了几十年的努力，直至上世纪60年代初终于实现了这一愿望。上世纪70年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现，以及高性能永磁材料的问世，均为直流无刷电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。三相直流无刷电动机的基本组成直流无刷永磁电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4,…）组成。图1所示为三相两极直流无刷电机结构，图1 三相两极直流无刷电机组成三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联结，A、B、C相绕组分别与功率开关管V1、V2、V3相接。位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相联结。

直流电动机转速控制

直流电动机转速控制王文玺（北京交通大学机械与电子控制工程学院，北京）摘要：通过对直流电动机控制系统的建模，再利用Matlab对建模后的系统进行分析，来加深对自动控制系统的理解。找到系统的输入、输出，理清经历各环节前后的信号变化，找出系统传递函数。关键词：直流电动机、Matlab、建模、传递函数 1、直流电动机动态数学模型建立 1.1直流电机数字PID闭环速度控制，系统实现无静差控制。这是一个完整的带PID算法的直流电动机控制系统。目标值为给定的期望值，期望值与被测输出结果形成的反馈做比较，得到误差信号。误差信号经过PID控制环节得到控制信号。继而经历驱动环节得到操作量，驱动量作用与对象即电动机然后得到输出信号即转速。转速通过传感器得到反馈信号。 1.2PID控制环节 1.3被控对象（直流电动机）的统一数学模型信号类型一次为，输入信号为电压，然后电流、电流、转矩、转速，反馈信号为电压。

各环节的比例函数为： 1.3.1额定励磁条件下，直流电机的电压平衡关系：（Ud为外加电压，E 为感应电势，R a为电枢电阻，La为电枢电感，i a为电枢电流。）拉氏变换后：（ra—L ／R ，为电枢时间常数） 1.3.2直流电机的转矩平衡关系及拉氏变换：（Te 为电磁转矩，Tl 为负载转矩，B为阻尼系数，J 为转动惯量，w为电机机械转速，rm=J／B，为机械时间常数） 1.3.3电动机传递函数可见直流电动机本身就是一个闭环系统，假设电机工作在空载状态，且机械时间常数远大于电枢时间常数，则电机传递函数可近似为： 1.4具体实例电枢控制直流电动机拖动惯性负载的原理图，涉及的参数有：电压U为输入，转速为输出，R、L为电枢回路电阻、电感，K 是电动机转矩系数，K 是反电动势系数，K 是电动机和负载折合到电动机轴上的黏性摩擦系数，．厂是电动机和负载折合到电动机轴上的转动惯量。已知：R一2．0 Q，L：==0．5 H ，K = Kb一0．015，Kf一0．2 Nms，J— o．02kg．m 。 ( 取电压U为输入，转速叫为输出，由已知条件和原理图，根据直流电机的运动方程可以求出电动机系统的数学模型为：

交直流调速实验报告201217040108电气一班文炜

昆明学院实验报告册专业：电气工程及其自动化班级：电气一班姓名：文炜学号： 201217040108 课程：电力传动控制系统昆明学院自动控制与机械工程学院

实验项目名称：开环调速系统的仿真实验实验时间：2015.6.14 同组人：实验报告评分：一、预习报告（实验课前了解实验目的，预习实验原理、实验步骤）： 1、实验目的（简述）：（1）掌握开环直流调速系统的原理；（2）掌握利用simulink 编程进行仿真的方法。 2、实验原理（简述）：直流电动机的转速方程为： a a e U RI n C -= Φ (1) 从转速方程可以看出，调节电枢供电电压U a 即可实现调速，这种调速方法的优点是既能连续平滑调速，又有较大的调速范围，且机械特性也很硬。开环直流调速系统的电气原理图如图1所示。三相晶闸管桥式整流电路经平波电抗器L 为直流电动机电枢供电，通过改变触发器移相控制信号U c ，可以调节晶闸管的触发角α，从而改变整流电路的输出电压平均值U d ，实现直流电动机的调速。 1-5 V-M 系统的结构示意图AC ~ 图1 -1开环直流调速系统电气原理图 3、实验步骤：（1）掌握直流电动机调压调速的原理。（2）分析三相桥式整流电路中触发角α与输出直流电压平均值之间的关系。（3）根据开环直流调速系统电气原理图，编制Simulink 实验程序，上机调试，记录结果。（4）分析实验结果，完成书面实验报告，并完成相应的思考题。二、实验数据（记录相应的表格或图表）： 1、实验数据表格： 1)设置模块参数 ①供电电源电压 ②电动机参数

励磁电阻：励磁电感在恒定磁场控制是可取“0”。电枢电阻：电枢电感由下式估算：电枢绕组和励磁绕组互感：因为所以电动机转动惯量 ③额定负载转矩 ④模型参考数见表1—1 图1-2直流电动机开环调速系统模型参数 2）设置仿真参数：仿真算法ode15a，仿真时间1.5S，电动机空载启动，启动0.5s后加额定负载T L=171.4N.m

直流电动机的PWM调压调速原理

直流电动机的PWM调压调速原理直流电动机转速N的表达式为：N=U-IR/Kφ 由上式可得，直流电动机的转速控制方法可分为两类：调节励磁磁通的励磁控制方法和调节电枢电压的电枢控制方法。其中励磁控制方法在低速时受磁极饱和的限制，在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制，并且励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以这种控制方法用得很少。现在，大多数应用场合都使用电枢控制方法。对电动机的驱动离不开半导体功率器件。在对直流电动机电枢电压的控制和驱动中，对半导体器件的使用上又可分为两种方式：线性放大驱动方式和开关驱动方式。线性放大驱动方式是使半导体功率器件工作在线性区。这种方式的优点是：控制原理简单，输出波动小，线性好，对邻近电路干扰小；但是功率器件在线性区工作时由于产生热量会消耗大部分电功率，效率和散热问题严重，因此这种方式只用于微小功率直流电动机的驱动。绝大多数直流电动机采用开关驱动方式。开关驱动方式是使半导体器件工作在开关状态，通过脉宽调制PWM 来控制电动机电枢电压，实现调速。在PWM调速时，占空比α是一个重要参数。以下3种方法都可以改变占空比的值。（1）定宽调频法这种方法是保持t1不变，只改变t2，这样使周期T（或频率）也随之改变。（2）调频调宽法这种方法是保持t2不变，只改变t1，这样使周期T（或频率）也随之改变。（3）定频调宽法这种方法是使周期T（或频率）保持不变，而同时改变t1和t2。前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期（或频率），当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此这两种方法用得很少。目前，在直流电动机的控制中，主要使用定频调宽法。直流电动机双极性驱动可逆PWM控制系统双极性驱动则是指在一个PWM周期里，作为在电枢两端的脉冲电压是正负交替的。双极性驱动电路有两种，一种称为T型，它由两个开关管组成，采用正负电源，相当于两个不可逆控制系统的组合。但由于T型双极性驱动中的开关管要承受较高的反向电压，因此只用在低压小功率直流电动机驱动。另一种称为H型。 H型双极性驱动一、显示接口模块方案一：液晶显示器也是一种常用的显示器件。它的优点是功耗低，寿命长，本身无老化问题，显示信息量大（可以显示字母和数字），在显示字符上没有限制。但价格高，接口电路较为复杂。其只在一些（袖珍型）设备上作为显示之用。

直流电动机控制系统设计

X X X X X学院题目：直流电动机控制系统学院 XXXXXX学院专业自动化班级 XX班姓名 XXX 学号 XXXXX 指导老师 XXX 2012年 12 月 25 日 1、设计题目：直流电动机控制系统 1、前言近年来，随着科技的进步，电力电子技术得到了迅速的发展，直流电机得到了越来越广泛的应用。直流它具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广;过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;需要能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，从而对直流电机的调速提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速，改变电枢电压调速等技术已远远不能满足要求，这时通过PWM方式控制直流电机调速的方法应运而生。采用传统的调速系统主要有以下缺陷：模拟电路容易随时间漂移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。而在用了PWM技术后，避免了以上的缺陷，实现了用数字方式来控制模拟信号，可以大幅度降低成本和功耗。另外，由于PWM 调速系统的开关频率较高,仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流电流,低速特性好；同样,由于开

关频率高,快速响应特性好,动态抗干扰能力强,可以获得很宽的频带;开关器件只工作在开关状态,主电路损耗小,装置效率高。PWM 具有很强的抗噪性，且有节约空间、比较经济等特点。 2、系统设计原理脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量，PWM控制技术的理论基础为：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为（1）式中 Ua——电枢供电电压（V）； Ia ——电枢电流（A）； Ф——励磁磁通（Wb）； Ra——电枢回路总电阻（Ω）； CE——电势系数，，p为电磁对数，a为电枢并联支路数，N为导体数。由式（1）可以看出，式中Ua、Ra、Ф三个参量都可以成为变量，只要改变其中一个参量，就可以改变电动机的转速，所以直流电动机有三种基本调速方法：(1)改变电枢回路总电阻Ra；；(2)改变电枢供电电压Ua；(3)改变励磁磁通Ф。 3、方案选择及论证 3.1、方案选择 3.1.1、改变电枢回路电阻调速可以通过改变电枢回路电阻来调速，此时转速特性公式为 n=U-【I(R+Rw)】/KeФ （2）式中Rw为电枢回路中的外接电阻（Ω）。当负载一定时，随着串入的外接电阻Rw的增大，电枢回路总电阻R= (Ra+Rw)增大，电动机转速就降低。Rw的改变可用接触器或主令开关切换来实现。这种调速方法为有级调速，转速变化率大，轻载下很难得到低速，

直流电机实验报告

直流电机实验报告学院：电气工程学院班级：电气1204班姓名：卞景季学号： 11291121 组号： 22

一，实验目的：掌握直流电机工作特性和机械特性的测定。二，实验内容及原理： 1，直流并励发电机 ① 转速特性：a e e a a a e a I n C R C U n I R E U n C E '0//βφφφ -?=-=+== 其中φe C U n /0=为理想空载转速，转速特性为φβe a C R /'=的直线（即斜率为β’的直线） ② 转矩特性 φa T e I C T =不计去磁，a T e I C T '=特性曲线为一过原点的直线。当考虑电枢反应时实际曲线偏离直线 Ia C T '，仍接近于一条直线。 ③ 机械特性 φ φφφa T T e e e a a a I C T C C RT C U n n C E R I E U =-=?=+='// 当U,R.Φ一定时能得出机械特性曲线。实验内容：直流电动机M 运行后，将电阻R 1调至零，I f2调至校正值，再调节负载电阻R 2、电枢电压及磁场电阻R f1，使M 的U=U N ，Ia=0.5I N ，I f ＝I fN 记下此时MG 的I F 值。 2）保持此时的I F 值（即T 2值）和I f ＝I fN 不变，逐次增加R 1的阻值，降低电枢两端的电压Ua ，使R 1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua ，转速n 和电枢电流Ia 。 3）共取数据8-9组，记录于表中（2）改变励磁电流的调速 1）直流电动机运行后，将M 的电枢串联电阻R 1和磁场调节电阻R f1调至零，将MG 的磁场调节电阻I f2调至校正值，再调节M 的电枢电源调压旋钮和MG 的负载，使电动机M 的U=U N ，Ia ＝0.5I N 记下此时的I F 值。

单片机课程设计完整版《PWM直流电动机调速控制系统》

单片机原理及应用课程设计报告设计题目：学院：专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：年月日目录

设计题目：PWM直流电机调速系统本文设计的PWM直流电机调速系统，主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED 液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式，PWM是脉冲宽度调制，通过51单片机改变占空比实现。通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，LED实现对测量数据（速度）的显示。电机转速利用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数，计算出电机的速度，实现了直流电机的反馈控制。关键词：直流电机调速；定时中断；电动机；波形；LED显示器；51单片机 1 设计要求及主要技术指标：基于MCS-51系列单片机AT89C52，设计一个单片机控制的直流电动机PWM调速控制装置。设计要求（1）在系统中扩展直流电动机控制驱动电路L298，驱动直流测速电动机。（2）使用定时器产生可控的PWM波，通过按键改变PWM占空比，控制直流电动机的转速。（3）设计一个4个按键的键盘。 K1:“启动/停止”。 K2：“正转/反转”。 K3：“加速”。 K4:“减速”。（4）手动控制。在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。在

手动状态下，每按一次键，电动机的转速按照约定的速率改变。（5）*测量并在LED显示器上显示电动机转速（rpm）. （6）实现数字PID调速功能。主要技术指标 (1）参考L298说明书，在系统中扩展直流电动机控制驱动电路。 (2)使用定时器产生可控PWM波，定时时间建议为250us。 (3）编写键盘控制程序，实现转向控制，并通过调整PWM波占空比，实现调速； (4）参考Protuse仿真效果图：图（1）图（1） 2 设计过程本文设计的直流PWM调速系统采用的是调压调速。系统主电路采用大功率GTR为开关器件、H桥单极式电路为功率放大电路的结构。PWM调制部分是在单片机开发平台之上，运用汇编语言编程控制。由定时器来产生宽度可调的矩形波。通过调节波形的宽度来控制H电路中的GTR通断时间，以达到调节电机速度的目的。增加了系统的灵活性和精确性，使整个PWM脉冲的产生过程得到了大大的简化。本设计以控制驱动电路L298为核心，L298是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。可驱动2个电机，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。本设计以AT89C52单片机为核心，如下图（2），AT89C52是一个低电压，高性能 8位，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（），器件采用的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。图（2）对直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。与开环控制相比,速度控制闭环系统的机械特性有以下优越性：闭环系统的机械特性与开环系统机械特性相比,其性能大大提高;理想空载转速相同时,闭环系统的静差（额定负载时电机转速降落与理想空载转速之比）要小得多;当要求的静差率相同时, 闭环调速系统的调速范

电机与拖动基础直流并励电动机实验报告

电机与拖动基础实验报告实验名称: 直流并励电动机实验成员:

一、实验目的 1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 2、掌握直流并励电动机的调速方法。二、实验项目 1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。 2、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。 3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。 1、工作特性和机械特性保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、η=f（I a）、n=f（T2）。 2、调速特性（1）改变电枢电压调速保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f（U a）。（2）改变励磁电流调速保持U=U N，T2=常数，测取n=f（I f）。（3）观察能耗制动过程三、实验方法 1、实验设备 2、屏上挂件排列顺序 D31、D42、D51、D31、D44

3、并励电动机的工作特性和机械特性 1）按图2-6接线。校正直流测功机 MG 按他励发电机连接，在此作为直流电动机M 的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。R f1选用D44的1800Ω阻值。R f2 选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R 1用D44的180Ω阻值。R 2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。图2－6 直流并励电动机接线图 2）将直流并励电动机M 的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电阻R 1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。 3）M 起动正常后，将其电枢串联电阻R 1调至零，调节电枢电源的电压为220V ，调节校正直流测功机的励磁电流I f2为校正值（50mA 或100 mA ），再调节其负载电阻R 2和电动机的磁场调节电阻R f1，使电动机达到额定值： U ＝U N ，I ＝I N ，n ＝n N 。此时M 的励磁电流I f 即为额定励磁电流I fN 。 4）保持U ＝U N ，I f =I fN ，I f2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。 + 电枢电源I S 励磁电源 I R 2

直流无刷电动机工作原理与控制方法

直流发电机实验报告

实验报告二实验名称：直流发电机实验实验目的：掌握用实验方法测定直流发电机的运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被试电机的有关性能。实验项目：1.他励发电机的空载特性：保持N n=n ，使I=0，测取0f U =f(I )。 2.他励发电机的外特性：保持N n=n ，使f fN I =I ，测取U=f(I)。 3.他励发电机的调节特性：保持N n=n ，使N U=U ，测取f I =f(I)。（一）填写实验设备表

（二）空载特性实验填写空载特性实验数据表格表2-1 n=n N=1600r/min （三）外特性实验填写外特性实验数据表格表2-2 n=n N=1600r/min I f2=I f2N （四）调整特性实验填写外特性实验数据表格表2-3 n=n N=1600r/min,U=U N=200V （五）问题讨论 1. 什么是发电机的运行特性？对于不同的特性曲线，在实验中哪些物理量应保持不变，而哪些物理量应测取？答：发电机的外部可测量有三个，即端电压U、负载电流I、励磁电流。当发电机正常稳态运行时，3个物理量中1个保持不变，另外2个之间的关系称为发电机的运行特性。所以，衡量直流发电机的性能，通常用其特性曲线来判定。包括空载特性、外特性、效率特性。的大小，端电压将跟着变化。这个变化关系曲线被称为直流发电机的空载特性曲线，该曲线可以看出电机运行点的磁路饱和程

度。流发电机的负载电流，端电压随负载电流变化的关系被称为直流发电机的外特性。 2. 做空载试验时，励磁电流为什么必须单方向调节？答：发电机空载试验，励磁电流不能为零，因为励磁电流如果是零的话，输出电压将无穷大，会击穿电机的绝缘层，所以励磁只能从小电流向大电流方向单方向调，防止励磁电流调到零。 3. 实验的体会和建议答：通过此次实验，我掌握了发电机的运行特性。发电机的转速由原动机决定，一般认为转速恒定。除了转速N外，发电机的外部可测量有三个，即端电压U、负载电流I、励磁电流。当发电机正常稳态运行时，3个物理量中1个保持不变，另外2个之间的关系称为发电机的运行特性。不同励磁方式之发电机的运行特性有所不同。