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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。
步进电机的开环控制和闭环控制一、步进电机的开环掌握1、步进电机开环伺服系统的一般构成图1 步进电机开环伺服系统步进电动机的电枢通断电次数和各相通电挨次打算了输出角位移和运动方向，掌握脉冲安排频率可实现步进电动机的速度掌握。
因此，步进电机掌握系统一般采纳开环掌握方式。
图为开环步进电动机掌握系统框图，系统主要由掌握器、功率放大器、步进电动机等组成。
2、步进电机的掌握器1、步进电机的硬件掌握步进电动机在—个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要掌握肯定的脉冲数，即可精确掌握步进电动机转过的相应的角度。
但步进电动机的各绕组必需按肯定的挨次通电才能正确工作，这种使电动机绕组的通断电挨次按输入脉冲的掌握而循环变化的过程称为环形脉冲安排。
实现环形安排的方法有两种。
一种是计算机软件安排，采纳查表或计算的方法使计算机的三个输出引脚依次输出满意速度和方向要求的环形安排脉冲信号。
这种方法能充分利用计算机软件资源，以削减硬件成本，尤其是多相电动机的脉冲安排更显示出它的优点。
但由于软件运行会占用计算机的运行时间，因而会使插补运算的总时间增加，从而影响步进电动机的运行速度。
另一种是硬件环形安排，采纳数字电路搭建或专用的环形安排器件将连续的脉冲信号经电路处理后输出环形脉冲。
采纳数字电路搭建的环形安排器通常由分立元件（如触发器、规律门等）构成，特点是体积大、成本高、牢靠性差。
2、步进电机的微机掌握：目前，伺服系统的数字掌握大都是采纳硬件与软件相结合的掌握方式，其中软件掌握方式一般是利用微机实现的。
这是由于基于微机实现的数字伺服掌握器与模拟伺服掌握器相比，具有下列优点：（1）能明显地降低掌握器硬件成本。
速度更快、功能更新的新一代微处理机不断涌现，硬件费用会变得很廉价。
体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点。
（2）可显著改善掌握的牢靠性。
集成电路和大规模集成电路的平均无故障时（MTBF）大大长于分立元件电子电路。
（3）数字电路温度漂移小，也不存在参数的影响，稳定性好。
电动开关工作原理电动开关是一种常见的电气设备，它用于控制电路的通断，广泛应用于家庭、工业和商业领域中。
它的工作原理是通过电动机构将开关触点进行控制，使得电路得以打开或关闭。
本文将详细介绍电动开关的工作原理及其基本组成部分。
一、电动开关的基本组成部分电动开关主要由以下几个基本组成部分构成：1. 电动机构：电动开关的核心部件，它负责驱动开关触点的运动。
电动机构通常由电动机和传动装置组成，当电动机受到控制信号时，它会通过传动装置将动力传递到触点上。
2. 触点：电动开关的关键部分，分为固定触点和动触点。
当电动机构动作时，动触点会与固定触点接触或分离，从而控制电路的通断。
3. 控制电路：负责向电动机提供控制信号，使得电动机能够按照预定的要求动作。
控制电路通常由开关按钮、继电器和电源组成，其工作原理将在下文详细介绍。
二、电动开关的工作原理电动开关的工作原理可以简单概括为：控制电路产生信号，电动机构受到信号驱动，触点打开或关闭电路。
下面将详细介绍控制电路和电动机构的工作原理。
1. 控制电路的工作原理控制电路通常由开关按钮、继电器和电源组成。
其中，开关按钮是人们操作的接口，当按下按钮时，控制电路会产生相应的信号。
这一信号会被传输到继电器中，在继电器起到放大和转换信号的作用后，传送到电动机构。
2. 电动机构的工作原理电动机构一般由电动机和传动装置组成。
电动机接收到来自继电器的信号后，会根据信号的不同作出相应的响应。
当电动机处于待命状态时，动触点与固定触点保持分离状态，电路处于断开状态。
当电动机受到控制信号驱动时，动触点会被带动与固定触点接触，电路得以闭合，电流流经触点。
三、电动开关的应用领域电动开关作为一种控制电路通断的设备，被广泛应用于各个领域。
以下是电动开关的几个常见应用领域：1. 家庭用电：电动开关广泛应用于家庭电路中，用于控制灯具、插座等电器设备的通断。
2. 工业自动化：在工业生产过程中，电动开关被用于控制机械设备的启停，以实现自动化生产。
步进电机的单脉冲控制、双脉冲控制、开环控制和闭环控制
步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。
随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
步进电机的单脉冲控制与双脉冲控制步进电机的控制有单电压和高低电压控制之分；
单电压控制用一串脉冲信号控制一个电子开关的通、断来控制电机驱动绕组得电、失电；高低电压控制在单电压控制的基础上，用另一串脉冲控制一个电子开关的通、半导通，两个开关串联，两个控制脉冲同频率但不同相位和宽度。
达到给绕组的供电电压全、一半、迅速关断的目的。
步进电机的开环控制和闭环控制步进电机的开环控制
1、步进电机开环伺服系统的一般构成
步进电动机的电枢通断电次数和各相通电顺序决定了输出角位移和运动方向，控制脉冲分配频率可实现步进电动机的速度控制。
因此，步进电机控制系统一般采用开环控制方式。
图为开环步进电动机控制系统框图，系统主要由控制器、功率放大器、步进电动机等组成。
2、步进电机的控制器
1、步进电机的硬件控制
步进电动机在个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要控制一定的脉冲数，即。
伺服电机控制方法伺服电机是一种高性能的电动机，具有高精度、高速度和高响应性能。
伺服电机广泛应用于机械设备、工业自动化、机器人、医疗设备等领域。
伺服电机的控制方法主要包括位置控制、速度控制和力矩控制。
一、位置控制位置控制是伺服电机最基本的控制方法，通过控制电机的转动角度或位置来实现精准的位置控制。
1.1开环控制开环控制是最简单的伺服电机控制方法，通过输入控制信号驱动电机转动到指定的角度或位置。
开环控制没有反馈，无法补偿外界干扰和系统误差，控制精度较低。
1.2闭环控制闭环控制是通过添加反馈系统，实时监测电机位置信息，根据位置差异来控制电机运动。
闭环控制可以根据反馈信号对电机转动角度或位置进行修正，提高控制精度和稳定性。
通常闭环控制包括位置传感器、控制器和驱动器三部分。
位置传感器用于实时检测电机的角度或位置，控制器根据传感器反馈信号计算误差，生成控制信号送给驱动器，驱动器通过控制电机的电流来控制电机的转动。
1.3PID控制PID控制是一种常用的闭环控制方法，通过比例、积分和微分三个控制项的调节来实现稳定控制。
比例项用于快速响应错误，积分项用于消除静态误差，微分项用于抑制系统的震荡。
二、速度控制速度控制是指通过控制电机转速来实现精确的速度调节。
2.1开环速度控制开环速度控制是通过输入合适的电压或电流信号来控制电机的转速。
这种方法简单粗暴，控制精确度低。
2.2闭环速度控制闭环速度控制是通过反馈系统实时监测电机转速，根据设定速度和实际速度差异进行调整。
闭环速度控制通常采用编码器作为反馈传感器，将编码器的输出与设定速度进行比较，调整电机的转速。
三、力矩控制力矩控制是通过控制电机输出的转矩来实现对负载的力矩控制。
力矩控制广泛应用于机器人、医疗设备等需要精确力矩控制的领域。
3.1位置力矩控制位置力矩控制是通过控制电机转动角度和负载的力矩来实现精确的位置和力矩控制。
控制器根据目标位置和力矩要求计算出适当的电流指令，驱动器根据电流指令控制电机的转矩输出。
步进电机控制方法详解
步进电机是一种电动机，能够将电脉冲转换为机械位移，具有精准定位、无需传感器反馈等优点，在许多行业中得到广泛应用。
步进电机的控制方法多种多样，包括开环控制和闭环控制两种基本方式。
1. 开环控制
开环控制是最简单直接的步进电机控制方法之一。
通过控制每次输入的脉冲数量和频率来控制电机旋转的角度和速度。
开环控制不需要反馈系统，因此结构简单、成本低廉，适用于一些简单的应用场景。
但是开环控制无法实时纠正误差，容易受到外部因素干扰，精度相对较低。
2. 步进电机控制方法详解
在现代步进电机应用中，闭环控制方式更为常见。
闭环控制通过在电机上添加编码器或传感器，实时监测电机的位置、速度和加速度等参数，将这些信息反馈给控制系统，从而动态调整控制电流和脉冲信号，确保电机的运动精准稳定。
闭环控制能够有效消除误差和震动，提高系统的响应速度和稳定性，适用于对精度要求较高的场合。
3. 如何选择合适的控制方法
在选择步进电机控制方法时，需要根据具体应用场景和要求来进行判断：
•如果是一些简单的定位任务，对精度要求不高，可以选择开环控制方法，简单易行。
•如果是需要高精度、高速度的精密定位任务，或是需要长时间稳定运行的场合，建议选择闭环控制方式，确保系统的稳定性和可靠性。
综上所述，步进电机的控制方法多种多样，开环控制和闭环控制各有优劣。
在实际应用中，应根据具体需求来选择合适的控制方式，以达到最佳的控制效果。
步进电机作
为一种重要的执行元件，在自动化控制系统中具有重要的地位和作用，不断推动着工业自动化技术的发展。
