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运动控制系统实验指导书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．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．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。
实验图1一1所示是转速单闭环直流调速系统的实验线路图。
实验图1一1转速单闭环直流调速系统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连接的测速发电机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*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n压U ct，由此组成转速单闭环直流调速系统。
图中DZS为零速封锁器，当转速给定电压U*和转速反馈电压U n均为零时，DZS的输出信号使转速调节n器ASR锁零，以防止调节器零漂而使电动机产生爬行。
三、实验设备及仪器1．教学实验台。
2．直流电动机。
3．双踪示波器。
四．实验内容1．求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性。
调节给定电压U g，使直流电机空载转速n o=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5-6点，读取整流装置输出调整转速变换器RP电位器，使被测电动机空载转速n0=1500转／分，调节ASR的调节电容以及反馈电位器，使电机稳定运行。
调节直流发电机负载电阻，在空载至额定负载范围内测取5－6点，读3．测取调速系统在带转速负反馈时的无静差闭环工作的静特性a．接积分电容器，可预置7uF,使ASR成为PI（比例一积分）调节器。
b．调节给定电压U g，使电机空载转速n o=1500转／分。
在额定至空载五．注意事项1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。
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）。
闭环控制系统的描述
闭环控制系统是一种通过反馈机制对系统输出进行自动调节的控制系统。
在闭环控制系统中，系统的输出会被传感器或其他监测设备实时测量，并将测量结果反馈给控制器。
控制器根据反馈信息与设定目标进行比较，然后调整控制信号，使系统的输出逐渐接近或达到设定目标。
闭环控制系统的优点在于其具有较高的精度和稳定性，能够自动补偿系统内部和外部的干扰和变化，从而实现对被控对象的精确控制。
常见的闭环控制系统包括温度控制系统、速度控制系统、位置控制系统等。
闭环控制系统通常由控制器、执行器、被控对象和传感器等组成。
控制器是闭环控制系统的核心部分，它接收传感器反馈的信息，并根据控制算法计算出控制信号，发送给执行器。
执行器根据控制信号对被控对象进行调节，使其输出达到设定目标。
传感器则用于实时测量被控对象的输出，并将测量结果反馈给控制器。
在实际应用中，闭环控制系统需要根据被控对象的特点和控制要求进行设计和调试，以确保系统的稳定性和可靠性。
同时，还需要考虑系统的安全性和可维护性等因素，以保障系统的正常运行和长期使用。
本文介绍了一种小型温度测量与控制系统——闭环温度控制系统。
该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的设定，也可以通过计算机与单片机的串行通讯，实现工业过程中的交互式PID控制。
该原理是用温度传感器将检测到的温度转化为电信号，然后经过变送器使输出电信号随输入温度信号呈线性关系。
之后再经过A/D转换送入PC机中，与设定值进行比较，得出偏差。
对此偏差经PID算法进行修正，求得对应的控制量经D/A转换来控制驱动器，从而实现对温度的闭环控制。
本学期主要设计、制作和调试直流稳压电源和变送器,了解信息测试、校准和控制的过程,不仅提高了电子工程设计和实际操作方面的综合能力,而且培养了研发工程项目中所具备的基本素质和要求。
一、课题背景 (3)二、需求分析 (3)三、方案论证 (3)(一)稳压电源方案选择 (3)(二)变送器方案选择 (4)四、电路设计 (5)(一)直流稳压电源部分1.工作原理 (5)2. Protel99 SE 自主绘制电路原理图 (6)3.所需元件 (7)4.芯片介绍 (8)(二)变送器部分1.工作原理 (9)2.所需元件 (11)3.芯片介绍 (11)4.参数计算 (13)五、电路调试 (13)六、故障分析 (17)七、结果与收获 (18)八、致谢 (19)九、参考文献 (20)一、课题背景第一阶段我们主要解决闭环温度控制系统的直流稳压电源和变送器这两部分。
要求在工业生产中降低成本，降低材料、能源消耗，提高产品质量和生产效率。
二、需求分析稳压电源和变送器的功能和指标如下:1.温度测量范围: 0℃～+100℃2.温度测量误差: 不大于±2℃(在次要求下尽量提高指标)3.变送器输出电压: 0～5V4.测量误差: 满刻度1%（0.05V或1℃ ）5.要求线性规律控制电压—温度6.保证电路性能稳定可靠,具有一定的抗干扰能力7.注意各电路之间的可靠配合与保护问题(过流、断路、过热保护)三、方案论证（一）稳压电源方案选择要求输入9 V和14 V的交流电压,输出＋5 V和±12 V的直流电压。
实验三-单闭环不可逆直流调速系统实验一、实验目的本实验旨在通过实验研究单闭环不可逆直流调速系统的基本原理、调速特性和调速方法，掌握闭环调速的基本思想和方法，熟悉DC电机的调速控制原理和方法。
二、实验原理在单闭环不可逆直流调速系统中，电机的速度调节采用PID控制方式，通过控制电机的电源电压来实现调速。
具体的原理如下：1.电机的动作原理：当电枢通电后，电枢周围会产生一个磁场，同时在电枢内产生一个磁场，这两个磁场互相作用产生力矩，从而将电枢带动转动。
2.电机的调速控制：通过改变电机的电源电压来实现对电机的调速控制，电源电压越高，电机的转速越快，电源电压越低，电机的转速越慢。
而电源电压的改变通常是通过PWM调制实现的。
3.PID算法：PID控制算法采用比例、积分、微分三种控制信号结合的方式实现对电机转速的控制。
比例控制用于实时调整电机转速，积分控制用于修正电机转速下降过程中的偏差，微分控制用于提高系统的动态响应速度。
三、实验步骤1.将实验电路图搭建好，并连接好电源、电机、PWM信号发生器等模块。
2.对电机进行标定：通过对电机的空载转速和负载转速进行测量，确定电机传动系数和最大负载系数。
3.进行调速实验：通过修改PWM信号发生器的占空比来改变输入电压，从而实现对电机速度的控制。
同时通过示波器和万用表实时对电流、转速、电压等参数进行测量与记录。
4.使用PID算法对电机进行调速控制，对比比例控制、积分控制、微分控制和PID控制四种方法的效果和优缺点。
四、实验结果与分析实验中我们对电机的标定得到了电机的传动系数约为0.0134，最大负载系数为0.39。
在进行调速实验时，我们可以明显地感受到PWM信号发生器占空比的改变会对电机的转速产生影响。
同时通过测量和记录不同占空比下的电流、转速、电压等参数，我们可以得到调速系统的调速特性曲线。
通过加入PID算法，我们可以明显地感受到PID控制的稳定性和动态性，相比其他三种控制方法，PID控制能够更快速地达到稳定状态，同时产生的超调也更小。
电压控制PMSM驱动系统的设计与研究交流电机是现代工业中应用广泛的一种电机类型，其中PMSM（永磁同步电机）以其高效、节能的特点在新能源汽车和工业中成为热门选择。
为了提高PMSM的控制精度和系统稳定性，电压控制PMSM驱动系统已经成为研究的焦点之一。
本文将探讨电压控制PMSM驱动系统的设计和研究。
一、PMSM的控制结构在电压控制PMSM驱动系统中，电机控制器系统是关键组成部分，具有控制精度、反应速度和系统稳定性的重要影响。
PMSM的控制可以通过三种方式实现：感应电压控制、直接转矩控制和矢量控制。
在这三种控制方式中，矢量控制被广泛应用于PMSM的控制中。
矢量控制是一种基于旋转坐标系的控制方法，它将PMSM变为一个等效的直流电机。
在矢量控制中，控制器可以根据电机的运作状态，调整电机相电流和磁通方向，从而控制电机运行。
由于矢量控制的控制精度高、响应速度快、控制效果好等优势，已经成为PMSM控制的主流。
二、电压控制电压控制是一种常见的电机控制方式，它可以精确调节电机的电压和电流，从而实现电机的精确控制。
在PMSM驱动系统中，电压控制技术充分利用了电气特性，通过提高电压、调节电流等方式控制电机转速和输出功率。
在电压控制PMSM驱动系统中，开环电压控制和闭环电压控制是两种常用的控制方式。
开环电压控制是指控制器输出电压直接作用于电机，但是其存在鲁棒性差、易受工作环境影响等缺点。
闭环电压控制是指在控制过程中采集电机的输出信号，通过反馈控制的方式调节控制器输出电压，其稳定性和控制精度都比开环电压控制更好。
三、电流控制电流控制是一种基于电机运转特性的控制方式，通过调节电机的相电流大小和相位差，实现控制电机的力矩、速度和功率等性能。
在PMSM驱动系统中，电流控制通常采用闭环控制方式，其优化控制方法包括PID控制、模型预测控制等。
PID控制是一种广泛采用的电机控制方法，其调节过程中通过调整比例系数、积分系数和微分系数等参数，优化控制系统性能，从而实现电机控制。
实验一控制系统典型环节的模拟实验一、实验目的1．掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。
2．测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。
二、实验内容1．对表一所示各典型环节的传递函数设计相应的模拟电路(参见表二)2．测试各典型环节在单位阶跃信号作用下的输出响应。
3．改变各典型环节的相关参数，观测对输出响应的影响。
三、实验内容及步骤1．观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线。
①准备：使运放处于工作状态。
将信号发生器单元U1的ST端与+5V端用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管（K30A）夹断，这时运放处于工作状态。
②阶跃信号的产生：电路可采用图1-1所示电路，它由“阶跃信号单元”（U3）及“给定单元”（U4）组成。
具体线路形成：在U3单元中，将H1与+5V端用1号实验导线连接，H2端用1号实验导线接至U4单元的X端；在U4单元中，将Z端和GND端用1号实验导线连接，最后由插座的Y端输出信号。
以后实验若再用阶跃信号时，方法同上，不再赘述。
实验步骤：①按表二中的各典型环节的模拟电路图将线接好(先接比例)。
(PID先不接)②将模拟电路输入端(U i)与阶跃信号的输出端Y相连接；模拟电路的输出端(Uo)接至示波器。
③按下按钮(或松开按钮)SP时，用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo(t)，且将结果记下。
改变比例参数，重新观测结果。
④同理得积分、比例积分、比例微分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线参见表三。
2．观察PID环节的响应曲线。
实验步骤：①将U1单元的周期性方波信号(U1 单元的ST端改为与S端用短路块短接，S11波段开关置于“方波”档，“OUT”端的输出电压即为方波信号电压，信号周期由波段开关S11和电位器W11调节，信号幅值由电位器W12调节。
以信号幅值小、信号周期较长比较适宜)。
②参照表二中的PID模拟电路图，按相关参数要求将PID电路连接好。
自动控制原理实验内容简介
教学实验是课堂理论知识走向实际工程应用的桥梁。
那么桥梁的架设位置、桥梁的性能、造价有必要进行综合和最优的考虑，这就是我们设计自动控制原理实验的理念。
实验一闭环电压控制系统研究
这个实验是自动控制原理的鸟瞰实验，也是入门实验。
一般院校没有的特色实验。
重点：调节规律在控制系统中起决定性作用，对自动控制原理而言。
为保证系统不要太复杂。
实验中受控对象是一个具有三阶性能的模拟电压输出系统。
要求按自动控制原理分解系统的各个功能。
系统调节规律采用比例器K控制，通过开环、闭环的加负载数据比较，说明闭环控制的优越性。
通过增加比例K得实验数据，说明调节规律在控制系统中抗干扰和提高精度等的决定性作用。
强调实际工程设计中反馈极性的重要性，并正确实现负反馈闭环。
实验二频率特性的测试与系统参数的确定
实验对象与实验一一样是个三阶系统。
了解系统频率特性的用途，强调建立数学模型的意义，区分实验建模和机理建模。
实验通过用变频方法来测试，得到幅-频和相-频对数特性曲线，在此曲线基础上，再用近似折线方法转换成波特图，在波特图上即可得到此三阶系统的传递函数。
注意，当时间参数靠的较近时存在一个方法误差，让学生根据近似折线和实际曲线关系进行修正。
实验三串联校正研究
实验对象同实验一是个三阶系统。
将系统闭环，并调K至临界稳定状态。
再分别加入事先设计的：参数“不好”的滞后校正、较好的滞后校正、超前校正，PID校正，观察五种校正的阶跃响应曲线。
并测量稳态误差、超调量、过渡时间，说明各种校正的效果。
要求用波特图分析并预测实验结果。
做这个实验前，预习很重要。
最好带着实验结果来做实验。
实验四Matlab/Simulink仿真
会用Matlab、Simulink建立系统的多种形式的数学模型，以及模型的各种联接，模型的转换，时域、频域、S域等曲线的绘制，性能参数测取，分析零点、极点对系统性能的影响。
而较难的仿真设计、Simulink实时控制系统，在综合设计实验里完成。
实验五非线性控制系统研究
提供具有继电特性的二阶系统，观察其相平面轨迹。
引入速度反馈后，通过观察相平面轨迹曲线及阶跃响应曲线，分析速度反馈对控制系统性能的改善。
实验六采样控制系统探讨
了解采样器和保持器构成原理。
观察信号被采样保持后的波形与采样频率之间的关系，验证香农定理。
分别分析采样周期T、系统增益K、时间系数t与系统稳定性之间的关系。
由于后续有计算机控制技术实验，这里调节规律设计暂不做重点。
实验七状态反馈系统
给定一个能控的二阶系统，并给出期望性能指标。
要求用状态反馈进行极点配置，使其满足期望指标，并测量阶跃响应曲线验证。
注意：反馈所取的状态是事先确定的，计算要小心！
实验八状态观测器设计
设计并实现一个全阶状态观测器。
合理选择观测器极点，分析不同观测器极点对观测性能的影响。
这里，观测状态也是先定的。
实验九综合设计实验
给一个电机系统，要求用现代控制理论知识设计控制系统，使其满足下列指标：理论位置误差为零，过渡时间小于0.5秒，超调量小于20%。
任务书形式下达：要建模、Matlab/Simulink仿真与设计、在Simulink环境下实时控制。
当面验收。
