实验三-单闭环不可逆直流调速系统实验

课程设计单闭环不可逆直流调速系统仿真实验设计指导教师:学院:专业：班级:姓名：学号：目录任务书 (3)概述 (4)原理 (5)建模与参数设置 (12)仿真结果及分析 (16)参考文献 (17)附图 (18)任务书单闭环不可逆直流调速系统仿真实验设计1．画出系统的仿真模型2．主电路的建模和模型的参数设置（1）三相对称交流电压源的建模和参数设置（2）晶闸管整流的建模和参数设置（3）平波电抗器的建模和参数设置（4）直流电动机的建模和参数设置（5）同步脉冲触发器的建模和参数设置3．控制电路的建模和参数设置4．系统的仿真参数设置5．系统的仿真,仿真结果的输出及结果分析6．打印说明书（B5），并交软盘（一组)一张。

注意事项:1．系统建模时，将其分成主电路和控制电路两部分分别进行2．在进行参数设置时，晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等的参数设计原则如下：如果针对某个具体参数设置，则对话框的有关参数应取装置的实际值；如果不针对某歌剧厅的装置的一般情况，可先去这些装置的参数默认值进行仿真。

若仿真结果不理想，则通过仿真实验，不断进行参数优化，最后确定其参数。

3．给定信号的变化范围、调节器的参数的反馈检测环节的反馈系数等可调参数的设置，其一般方法是通过仿真试验，不断进行参数优化.4．仿真时间根据实际需要而定，以能够仿真出完整的波形为前提.5．仿真算法的选择：通过仿真实践，从仿真能否进行、仿真的速度、仿真的精度等方面进行选择。

为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环系统。

对调速指标要求不高的场合,采用单闭环系统，按反馈的方式不同分为转速反馈、电流反馈、电压反馈、本次设计中采用的为单闭环不可逆直流调速系统。

转速单闭环系统原理如图1所示，图中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Uct，用作控制整流桥的触发电路，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变三象全控整流电路的输出电压，这就构成了速度反馈闭环系统。

单闭环直流调速系统实验报告单闭环直流调速系统实验报告一、引言直流调速系统是现代工业中常用的一种电机调速方式。

本实验旨在通过搭建单闭环直流调速系统，探究其调速性能以及对电机转速的控制效果。

二、实验原理单闭环直流调速系统由电机、编码器、电流传感器、控制器和功率电路等组成。

电机通过功率电路接受控制器的指令，实现转速调节。

编码器用于测量电机转速，电流传感器用于测量电机电流。

三、实验步骤1. 搭建实验电路：将电机、编码器、电流传感器、控制器和功率电路按照实验原理连接起来。

2. 调试电机：通过控制器设置电机的运行参数，如额定转速、最大转矩等。

3. 运行实验：根据实验要求，设置不同的转速指令，观察电机的响应情况。

4. 记录实验数据：记录电机的转速、电流等数据，并绘制相应的曲线图。

5. 分析实验结果：根据实验数据，分析电机的调速性能和控制效果。

四、实验结果分析1. 转速响应特性：通过设置不同的转速指令，观察电机的转速响应情况。

实验结果显示，电机的转速随着指令的变化而变化，且响应速度较快。

2. 稳态误差分析：通过观察实验数据，计算电机在不同转速下的稳态误差。

实验结果显示，电机的稳态误差较小，说明了系统的控制效果较好。

3. 转速控制精度：通过观察实验数据，计算电机在不同转速下的控制精度。

实验结果显示，电机的转速控制精度较高，且随着转速的增加而提高。

五、实验总结本实验通过搭建单闭环直流调速系统，探究了其调速性能和对电机转速的控制效果。

实验结果表明，该系统具有较好的转速响应特性、稳态误差较小和较高的转速控制精度。

然而，实验中也发现了一些问题，如系统的抗干扰能力较弱等。

因此，在实际应用中，还需要进一步优化和改进。

六、展望基于本实验的结果和问题，未来可以进一步研究和改进单闭环直流调速系统。

例如，可以提高系统的抗干扰能力，提升转速控制的稳定性和精度。

同时，还可以探索其他调速方式，如双闭环调速系统等，以满足不同的工业应用需求。

实验三-单闭环不可逆直流调速系统实验7页目的1. 了解采用脉冲宽度调制控制单相半波可控整流电路的直流电机调速系统的性能、工作原理和结构特点。

2. 掌握直流电机无速度传感器和有速度传感器调速系统的控制原理和操作方法。

3. 了解欠速、超速等异常情况下对直流电机调速系统进行保护的方法。

实验设备本实验采用全数字化交流电机直流调速装置，配备了采用脉冲宽度调制控制单相半波可控整流电路的直流电机、直流电机调速器、速度传感器、控制器、操作面板等。

初始设置1. 将直流电机通电。

2. 调速装置上电，按下系统测试键，检查系统是否正常工作。

3. 调速装置上按下参数设定键，进入参数设定界面，设置本实验所需参数。

设置如下：转矩基数：2.0N·m调速范围：0～1500r/min转速比例：P=10制动时间：1s制动电压：60%控制器型号：无速度传感器控制实验步骤(1) 在实验 System 1 中选择无速度传感器控制，按“进入”键，进入控制界面。

(2) 在控制面板上调节电位器获得所需的转矩基数，在调节完后按“回车”键。

(3) 通过“+”键或“-”键调节实际转速与设定转速之间的差值，使控制器输出的调速信号使转速趋近于设定转速。

(4) 通过“SP”键进入设定转速设置的界面，设置所需的设定转速，设置完后按“回车”键。

(5) 按下启动键，由于原来的设定转速是0r/min，转速开始加速，和设定转速的差值开始减小，控制器的输出信号越来越大，快进电机的电流越来越大，快进电机的扭矩也逐渐增大。

(6) 当实际转速接近设定转速的时候，控制器输出的调速信号被减小，电机的电流和扭矩也被减小，实际转速和设定转速之间的差值也减小，直到实际转速即为设定转速。

(7) 在设定转速下按下停止键，电机开始制动，制动时间为系统设定的1s，制动电压为60%。

(8) 如未设定转速，快进（TA）维持不变，保持电机转子位置不变。

此时转子电势低而维持高转矩状态。

(9) 在设定转速下按下停车键，电机完全停止。

郑州大学西亚斯国际学院本科毕业设计题目：单闭环不可逆直流调速系统的静态指标和稳定性指导教师：职称：副教授学生姓名：学号：专业：自动化班级：一班院（系）：电子信息工程学院电子工程系完成时间：2009年4月25日闭环不可逆直流调速系统的稳定性和静态分析摘要本文主要研究直流电机闭环控制系统的静态特性和稳定性，在研究过程中，转速变化的电压信号作为反馈信号，经转速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大后，得到移相控制电压U，用作控制整流桥的触发电路，触发脉冲ct经功放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。

本设计的目的主要是在实验的基础上来研究和分析闭环控制的性能指标，进而和开环控制进行比较。

为了更具体的分析系统的性能指标，将解析法与实验法相结合建立闭环控制的数字模型。

在这个基础上对系统的稳态误差，超调量和调节时间进行分析；然后通过实验对闭环系统的稳态误差，超调量和调节时间进行了验证；证明本系统完全符合实验要求。

并且验证了闭环系统比开环系统稳定这一事实。

在实验过程中，速度调节器采用了比例积分调节，消除了在比例调节器因阶跃输入产生的稳态误差，从而达到精确控制的目的。

关键词直流电机调速/速度反馈/闭环控制/稳定性Closed-Loop DC Speed Control System irreversible stability andstatic analysisAbstractThis paper studies the closed-loop DC motor control system of static characteristics and stability, in the course of the study, changes in speed feedback voltage signal as a signal received by the speed of the speed of transformation input regulator and given by the voltage comparison After amplification, the phase shifter control voltage , rectifier bridge to control the trigger circuit, the trigger pulse by the amplifier is added after the thyristor between the gate and cathode to change the “three-phase full-controlled rectifier" the output voltage This constitutes a negative feedback closed-loop system speed.The main purpose of this design is the basis of experimental research and analysis of closed-loop control performance indicators and then compares the open-loop control. To be more specific analysis of performance indicators, will be analytical method combined with the experimental establishment of closed-loop control of the digital model. On this basis the system of steady-state error, overshoot and settling time for analysis; and then the closed-loop system through experiments on the steady-state error, overshoot and settling time are verified; prove that the system is fully in line with the experimental requirements. And verify the closed-loop system stability than open-loop system that fact. In the experimental process, the speed regulator using a proportional-integral regulation, eliminating the regulator in the proportion of step input generated by steady-state error, so as to achieve the purpose of precise control.Key words DC motor speed control / speed feedback / closed-loop control / stability目录摘要 (I)Abstract........................................................................................................... I I 1. 绪论 .. (1) (1)直流调速系统的调速方法 (1)直流调速系统的供电方式 (2) (2)2 单闭环不可逆直流调速系统各部分介绍 (4)晶闸管的介绍 (4)开环与闭环的静特性分析比较 (6)2. 3 调节器 (8)3 单闭环不可逆直流调速系统的研究 (11)直流调速系统的设计要求 (11) (11) (12) (15)调速系统的静态指标 (16)动态指标 (18)4试验数据分析与结果 (19) (19) (21) (22)5结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)1. 绪论1957年，晶闸管（俗称可控硅整流元件，简称可控硅）问世，到了60年代，已生产出成套的晶闸管整流装置，使变流技术产生根本性的变革，开始进入晶闸管时代。

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。

实验二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“转速变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压Uct，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放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，电机昀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。

在本实验中DJK04上的“调节器I”做为“速度调节器”和“电压调节器”使用。

四、实验内容(1)DJK04上的基本单元的调试。

(2)Uct不变时直流电动机开环特性的测定。

(3)Ud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。

五、预习要求(1)复习自动控制系统(直流调速系统)教材中有关晶闸管直流调速系统、闭环反馈控制系统的内容。

(2)掌握调节器的基本工作原理。

(3)根据实验原理图，能画出实验系统的详细接线图，并理解各控制单元在调速系统中的作用。

(4)实验时，如何能使电动机的负载从空载(接近空载)连续地调至额定负载?图2-1 晶闸管直流调速系统原理图图2-2 转速单闭环系统原理图六、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。

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6-7。

四．实验设备及仪表1．MCL 系列教学实验台主控制屏。

2．MCL—18 组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31 组件（适合MCL—Ⅲ）。

3．MCL—33(A)组件或MCL—53 组件。

4．MEL-11 挂箱5．MEL—03 三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。

6．电机导轨及测速发电机、直流发电机M01（或电机导轨及测功机、MEL—13 组件）。

7．直流电动机M03。

8．双踪示波器。

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．电源开关闭合时，过流保护发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1 即可正常工作。

6．系统开环连接时，不允许突加给定信号U g 起动电机。

7．起动电机时，需把MEL-13 的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。

8．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。

9．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．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Ug 调至零，直流电机励磁电源开关闭合。

单闭环不可逆直流调速系统实验
单闭环不可逆直流调速系统实验是一种用于直流电机控制的原型实验系统，旨在教授学生如何使用基于控制理论的方法来调节直流电机的速度并实现不同的功能要求。

该实验系统的基本结构包括直流电动机、电源、可编程随机逻辑控制器和信号调节器等几个部分，其整体系统设计具有紧密性和高效性。

主要研究内容包括如何进行直流电机的速度控制，如何获取直流电机的信息量和如何实现不同的控制算法等方面。

在进行实验之前，首先确定实验要求和目的，然后根据具体的实验内容选择不同的实验设备和工具。

在实验开始之前，需要进行一些准备工作，例如接线、开机和设置基本参数等。

在实验进行过程中，需要注意事项包括安全性、操作准确性和数据的通用性。

在实验结束之后，需要对实验数据进行处理和分析，根据实验结果进行总结和归纳，并对实验过程中的问题进行分析，并总结出实验中的经验和教训。

在单闭环不可逆直流调速系统实验中，学生们将会学习到许多重要的概念和方法，包括控制系统的基本理论、信号调节器的使用方法、可编程随机逻辑控制器的设计和实现等方面。

这些知识将使他们在现实世界中的工程问题中更加技术熟练和完善。

实验一转速单闭环不可逆调速系统
一、实验目的
1.熟悉转速单闭环直流调速系统的组成
2.认识闭环反馈控制系统的基本特性
3.观察P调节和PI调节参数变化对系统的影响
二、实验原理
pi调节的单闭环直流调速自动控制系统稳态结构图
三、实验过程
P调节仿真模型
PI调节仿真模型
①、P调节结果
②、PI调解结果
四、实验结论
突加负载时，P调节的系统中转速n会重新稳定但在原有的基础上有所下降，即是有静差的系统。

PI调节的系统中转速n也会重新稳定且能回到原来的速度上。

即为无静差的系统。

虽然现在∆Un=0只要历史上有过∆Un，其积分就有一定数值，足以产生稳定运行的控制电压∆Uc，积分控制和比例控制的根本区别就在于比例调节器的输出只取决于输入偏差的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差的全部历史。

五、心得体会
通过这次实验，加深了我对MATLAB和Simulink的掌握和理解，通过对比例调节器和积分调节器调节的单闭环直流调速系统的动态
性能分析，使我对单闭环直流不可逆调速系统有了进一步的认识，了解到自己对单闭环直流调速系统学习中的不足。

单闭环不可逆直流调速系统实验心得
这次的实验是关于单闭环不可逆直流调速系统的，通过实验我深刻理解了系统中各组
成部分的作用以及相互之间的协调配合关系。

在实验中，我首先了解到直流调速系统由机械部分、电气部分、控制部分三部分组成。

机械部分包括电机和负载，电气部分包括整流、逆变、DC链接和滤波电路，控制部分包括电压反馈环节、比例积分环节和PWM换流。

在实验中，我们需要调节电压、电流以及转速等参数，其中转速的实测值与理论值的
偏差越小，说明调节系统越精准。

在调节电压的环节中，我注意到调节电压需要选择合适
的控制器，如PID控制器，这样可以更好的实现控制目标。

在控制器的设计中，我深刻体
会到比例、积分和微分三个部分的作用，比例作用主要在于响应速度，积分作用在于消除
静差，微分作用在于增强稳定性。

通过不断的调整比例系数、积分系数和微分系数，最终
实现了精准的控制目标。

在实验中，我还学习到了电机的动态特性，电机具有惯性，这意味着变化速度是有一
个缓冲期的，而且当负载变化时，电机会出现瞬间的冲击电流。

针对电机的这些特性，我
们需要在控制器里设定适当的响应时间和加减速度，这样才能达到更好的控制效果。

通过这次实验，我更加深入地理解了单闭环不可逆直流调速系统，在实践中掌握了控
制系统的调参方法和技巧，这对我以后的学习和工作都有着重要的指导作用。

同时，我也
深切感受到了科学和技术对于人类社会进步和发展所起到的重要作用，这也加强了我对于
探索知识的追求和学术研究的信念。