自控实验——电机控制

一．设计内容 (3)

二．熟悉环境 (3)

三．建立传递函数 (5)

四．仿真设计 (9)

五．完整接线及调试 (13)

六．实验总结 (18)

一．设计内容

1、任务要求

（1）给小型直流电机系统或球式磁悬浮系统,设计完整的闭环控制系统,采用极点配置的

现代理论控制方式, 可以借助Simulink 软件设计控制器算法，使系统满足给定的性能指标。（2）系统要准确建模。

（3）要实物框图，要有Simulink 仿真框图和设计计算。（4）实物当面验收和实验报告。（5）时间约１０个学时，即一周内完成。 2、性能指标（1）无静态误差

（2）电机相应时间 < 0.3秒（3）磁悬浮响应时间 < 0.8秒（4）超调量 < 20%

二．熟悉环境

1、电机组

（1）电机的工作原理

电磁力定律和电磁感应定律。直流电动机利用电磁力定律产生力合转矩。直流发电机利用电磁感应定律产生电势。电动机包含三部分：固定的磁极、电枢、换向片和电刷。只要维持电动机连续旋转，保证电磁转矩的方向不变，才能维持电动机不停地转动。实现上述现象的方法是导体转换磁极时，导体的电流方向必须相应的改变。而换向片和电刷就是实现转换电流方向的机械装置。改变电刷A 、B 上电源的极性，也就改变了电机转动的方向。这就是正转反转的原理（2）转矩平衡方程

0()()()()

()

()()()

t a a e c a a a a a a dw

T T T J em L dt T t K I t em

E t K w t dw t T t J T t em

dt dI t U t L R I t E t dt =++===+=++

T em

是电枢转子受到的电磁转矩，0T 是电机本身的阻转矩，

T L 是电动机的负载转矩，dw

是负载折算到转子本身的转动惯量乘以转子的转速。电机存在死区可以这样理解，死区主要由摩擦产生，开始时T em

要克服0

T 带来的转矩，所以电机在死区范围内，能量都消

耗在阻力上。

直流电动机采用电枢控制时，机械特性和调节特性都是直线，特性曲线族是平行直线，这表明直流电机是线性元件。电枢控制的缺点是需要较大的控制功率，要用较大容量的功率放大器。

（3）电机实物图

2、PWM调制方式

冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。

3、光码盘

光电式码盘是一种非接触性光电传感器 ,它具有测量准确度高、响应速度快、可靠性高和使用寿命长等优点。

光码盘的工作原理就是用光码盘上透光与不透光 ,在码盘的另一侧形成光脉冲。脉冲光照射在光电敏感元件上产生与光脉冲相对应的电脉冲。典型的光码盘有 TL P507A , TL P800 等类型。为了确保转速测量准确度 ,使用单片机系统对脉冲信号处理。

4、采集卡

数据采集卡采用研华产的PCI-1711，它可直接插在IBM-PC/AT 或与之兼容的计算机内，其采样频率为100K；有16路单端A/D模拟量输入，转换精度均为12位；2路D/A模拟量输出，转换精度均为12位；16路数字量输入，16路数字量输出。接口板安装在计算机内

PCI 插槽上，通过实验平台转接口与PC 上位机的连接与通讯。

数据采集卡接口部分包含模拟量输入输出(AI/AO)与开关量输入输出(DI/DO)两部分。其中列出AI 有4路，AO 有2路，DI/DO 各8路。

利用计算机做虚拟示波器观察一个模拟信号，可以用导线直接连接到接口中 AD 端；若使用采集卡中的信号源，用DA 输出。 5、 Matlab/Simulink

Simulink 是Matlab 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink 。

Simulink 是MATLAB 中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB 的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink 可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink 提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 Simulink ® 是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink 提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。

三．建立传递函数

1. PWM 电机驱动模块:

首先等效为一阶模型2()1

m k

G s T s =+，实验中通过数字示波器测量PWM 波形

占空比求得1

20000m T =

，相对于电机的T 此周期可以忽略；利用电机死区特性可

以求得25/5

50.5

k =-。由此可得，在整个系统中，该部分可以简化为一个比例环节。

（与下面求得的电机传函相比。） 2. 1711数据采集卡：

首先将其等效为一阶模型，其形式为11()1

kx b

G s T s +=

+，由于1711卡速度与PC 机匹配，其数据采集速度很快，相对于电机的周期来说很小，所以可以认为1T 为0，则原传函可以简化为y kx b =+，将1711模块输出作为其自身输入，测得当输出电压范围为-10V~10V 时，其输入输出关系为102

y =

+，可以认为相对于电机系

统，该模块只相当于比例环节，在simulink 可以利用其函数的反函数算法将其作用消去使其输入输出达到1:1的关系。（与下面求得的电机传函相比。） 3. 电机速度传递函数

1、谐振法确定电机速度传递函数形式

通过查阅资料，我们可以得到直流电机电枢电压u 、电枢电流i 与电机角速度Ω之间的关系可以简化近似为：

111a a R L s

f T s

u i ++→→Ω

则电机电枢电压与电机角速度之间的传递函数近似为一个二阶关系：

()()(1)(1)

m e s K

U s s s ττΩ=

++ 当e τ很小时，e s τ可以忽略。因为a e a L R τ=，即要证明的是a a

R 远小于1，因此我们通过谐振法验证，发生谐振时1

L C

ωω=，从而求出L 。R 已知，取20欧姆左右。 a.设计有源滤波器

在设计有源滤波器电路时，为使其对数幅频特性曲线数据特征明显，品质因数Q=要

高，即在设计电路时，电阻R 要小，w 要大，所得曲线才陡峭。有源滤波器设计如下图：

其中，R=100K ，C=0.1μF，

有源滤波器电路的传递函数为：

A(S)=

b.实际电路接线图如下：

正弦波幅值取0.5V ，加上2.73V 的直流电压，使直流电机工作在线性区。 c.实验结果与分析

实验中测得谐振频率为f=6.75KHz ，又根据谐振时f=

，且C=0.1μF，

计算得L==0.00556H ，所以a

e a

L R τ=

==0.000278<<1，即证得

可以忽

略。

因为

,<<1,对应的极点远离虚轴，所以此函数项衰减的速度很快，对

系统输出的影响很小, 因此，在本实验中直流电机的传递函数可以近似为一个二阶系统，即G(S)=错误！未找到引用源。。

2、用频率特性测电机速度传递函数

利用系统的频率特性可用来分析和设计控制系统，用Bode 图设计控制系统就是其中一种。

幅频特性就是输出幅度随频率的变化与输入幅度之比，即)()(ωωi

o U U A =，测幅频

特性时，改变正弦信号源的频率测出输入信号的幅值或峰峰值和输输出信号的幅值或峰峰值。

在求取电机传递函数时，先将电机中的积分部分去掉将传递函数变为一阶的，即将系统简化为0()1

G s Ts =

+，其中T 可以使用系统频率特性来求。双踪信号比较法：

将正弦信号接系统输入端，同时用双踪示波器的Y1和Y2测量系统的输入端和输出端两个正弦波，示波器触发正确的话，可看到两个不同相位的正弦波，测出波形的周期T 和相位差Δt ，则相位差

0360??=

ΦT t

。这种方法直观，容易理解。就模拟示波器而言，

这种方法用于高频信号测量比较合适。电机的输出即U 22,输入即L 11，L 12两端的电压。

A 、实验内容及步骤

（1）不接电机，改变U i ，从0~5V ，测U m ；（2）接电机，8根线，改变U i ，测U 22，A ，B ；（3）改变U i ，确定死区电压和线性电压区域；

（4）理论闭环对低稳传递函数的好处；

B 、实验记录

C、实验数据处理（波特图的绘制）

利用Matlab画出输入输出频率特性图，找出曲线的3dB点，求得T=0.063.

D、实验总结

（1）不接电机，将U i从0~5V开始调节，发现U m的值是随U i成正向关系，变化范围从-12V到12V；这里说明了输入电压经过PWM调制和运放后，电压有所增长，而事

实上控制电机的方法正是通过改变PWM波的占空比来实现的。我们将U m接入示波

器观察波形，发现当U i为2.04V时，占空比为50%。

（2）接入电机8根线，改变U i，同样从0~5V变化观察电机的转动和以上三个量。发现从0~1.82V变化时，电机反转；从1.82V~2.32V变化时，电机停转；当从2.32V~5V

变化时，电机正转。U22体现的是电机转动的速度，速度越大，U22也就越大。而A、

B则是编码盘的脉冲输出，它同样可以反映电机的转速。只不过U22是一个连续量

（正弦波），而A、B则是脉冲（通过脉冲的频率反映转速）。

（3）通过改变U i，测出死区电压为1.82V~2.32V，而线性区域为0V~1.82V和2.32V~5V；

（4）接入反馈，消除了死区（加入积分环节，可以看到电机的状态在振荡，调节积分参数，振荡消除）。传统的PID调节：只用了PI控制。只要有一个很小的偏差，通

过P环节放大，即可产生较大的控制信号。I环节减少稳态误差。

E、实验思考

（1）电机的3db的频段主要集中在f=1/0.3Hz，因此滤波器的设计应该考虑到F>10f。

只有这样，滤波器才不会滤掉应该有的频率。设计滤波器我们采用以下电路，其

中电阻采用10K，电容采用0.1μF。τ=RC=0.001s<0.03s。鉴于设备很难设计无

源滤波器，采用有源电路。

（2）实验时，必须要让正弦信号工作在线性区中。由上一次实验可知，电机线性工作区域为0 V~1.82V和2.32V~5V。我们选用2.32V~5V，方法是在原有正弦信号上叠

加一个直流分量。步骤是首先调整好正弦波的幅值，这里建议在正弦波的输出接

一个滑动变阻器，这样调节会比较灵敏。正弦波的频率和幅值都可以用旋钮调节，

调整后然后再叠加到相应线性区。若幅度太大，会看到一部分波形被吃掉。（3）PWM 波的测量：其实驱动时PWM 波是一个占空比呈正弦变化的方波，若把直流分

量去掉，那么可以观察到正弦波。可以用调制前的正弦波代替输入。

（4）关于锁零按钮：实验中常常会遇到锁零按钮被按下导致实验结果不对的情况，以

后实验应注意检查。锁零按钮用于实验前运放单元中电容器的放电。当按下按钮时，通用单元中的场效应管处于短路状态，电容器放电，让电容器两端的初始电压为0V ；当按钮复位时，单元中的场效应管处于开路状态，此时可以开始实验。

4. 电机位置传递函数实验

求出极点后，我们要考虑增益，因为我们这次控制的是位置量，而上述所构造的传递函数只是电机角速度与输入量的比值。因此整个传递函数我们还需多乘一个因子

（位置是转速的积分）。考虑到位置量表征很难用电压来表征。因此我们采用归一化的方法。结合MATLAB 的SIMULINK ，我们设计一下电路：

我们通过电脑的示波器可以捕获到波形，根据波形的超调量，我们可以计算出系数K 。具体公式如下：

max ()

%100%()

y y e

y δ-∞=

=?∞，

ζ=

通过测量波形的超调，得如此可以求得。

四．仿真设计

由系统设计指标：无静态误差，电机响应时间< 0.3s ，超调量< 20%，设计电机位置控制系统。 1、测得的系统开环传递函数为010

()(0.081)

G s s s =+，根据传递函数转化为状态空间模型：

将原系统写成状态空间形式：

1()

X s ()Y s

0100.08B ????=????

于是得到系统的状态空间模型：

12221110

()0.080.08X X X X U s Y X ?

??=??=-+??

=??

则有：

01100.08A ?? ?= ?- ???,0100.08B ??

??=????

2、由分离性原理，可以在不考虑状态观测器的情况下进行状态反馈的设计：

选择内膜控制进行状态反馈设计，根据性能指标要求，取2?=有

%*100%20%10.3

s n e

t δζω?

由第一个式子得0.45δ>，取0.5δ=，代入第二个式子，得到27.04n ω>，取30n ω=。则系统的主导极点为：

1,21526n j j λδωω=-±=-±

取第三个极点为n δω-的10倍，既为-150，则系统期望特征方程为：

*32()(150)(1526)(1526)1805401135150s s s j s j s s s α=++++-=+++

系统框图如下：

由上面的系统框图得到系统的传递函数：

332

32321

21315

150.063()151150.063(1)15150.0630.0630.063

k k G s k k k s k s k s k s s s ==++++++++ 则系统的特征方程为：

32321

15115()0.0630.0630.063

k k k s s s s α+=+

则由*

()s α和()s α的关系式可得：

11800.0631554010.063151351500.063k k k +?=???=?

??=??

123

104.962.2043072k k k =??

=??=? 3、设计状态观测器系统框图如下：

由图可以推导：

1221221101100.080.080.08()X X g y g y u X X y s X ∧

∧

?∧

∧∧

∧

?=+?????=-++??

?=??

则有：

21100.08g H g ????=????,0100.08B ????=??

??,

，21100.08g H g ??

??=????

2212101

det()(

)0.080.080.063

g g SI A HC s g s -+=++++

原系统极点为1

0.08

s =-

，期望极点取原系统极点的3~5倍，则期望极点可以设为40.08s =-，所以*222

4816()()0.080.080.08s s s s α=+=++ 则有：2212

80.080.08

10160.080.080.08g g g ?+=????+=??

1211.25

87.5

g g == 2、综合上述分析得到最终仿真设计图

Simulink 仿真图

3、仿真结果

1104.96k =,2 2.204k =,33072k =,111.25g =,287.5g =

分析：

从响应曲线上来看所设计的含有状态观测器的状态反馈系统可以很好的满足实验要求，故设计正确。随后我思考，既然通过计算可以实现任意的极点配置，那么如果实验要求进一步要求结果准确，响应迅速也是可以实现的，只要可以让硬件达到要求，然后根据给出的要求去设计带有状态观测器的状态反馈参数即可。

五．完整接线及调试

1、系统实物连线

上面的连接图能实现精准定位，但有一个缺点也就是起始位置却不能人为改变。也就是说，在断电的时候将电机的指针放在0位置，加电后电机即会转动，而不是在运行程序后电机才按照程序给定的输入值转动。为了实现上面的功能，我们将仿真图做如下改动：

使用上图，调整初始位置的时候，将两个开关均断开，这样由于旋转转盘而积累的计数就不会反馈到前向电路，这样，加电后，电机不会立即转动，调整好的初始位置也就不会改变。实验时使用上面的电路进行数据测量。

1、实验输出波形

（1）未加去死区线性化模块

1104.96k =,2 2.204k =,33072k =,111.25g =,287.5g =

输入阶跃300

输入阶跃600

输入阶跃900

（2）加入去死区线性化模块

1104.96

k=,

22.204

k=,

33072

k=,

111.25

g=,

287.5

g=输入阶跃300

输入阶跃600

输入阶跃900

（3）分析比较

1.在测试过程中，发现当给入的信号很大时最终电机的响应曲线会在开始的时候

发生小幅度震荡，我通过查阅课外书籍得知，这是因为我们的系统实际都是非

线性的，而我们处理的时候都是将非线性部分适当的线性化然后按照线性系统

来处理的，当给入信号比较小时其非线性部分的影响很小可以忽略，因此，得

到的响应曲线也和自己按照线性方法设计期望的结果相近，但是当给入信号比

较大时，非线性部分的作用就会变得明显，因此会出现无法预料的震荡现象。

2.如果设计时参数选择按计算得到的临界值来取数，得到的结果往往是不符合要

求的。因此在设计时参数的选择应留有一定的余量，这样实际实验时得到的结

果才能满足性能指标。这也说明理论计算值与实际系统存在一定的差异。而这

种差异往往是由于我们对系统的近似造成的，实际的电机系统并不是线性的，

也不是简单的二阶系统，而我们为了方便研究对系统进行了简化。为了更加接

近实际情况，可在设计系统中加入非线性环节。可以发现，加上非线性处理环

节后，整个输出的结果更加符合理论的计算。

3.要求越高就需要考虑得越多最终要求的设计也越精确越复杂，同时，这也会带

来最终成本上升的问题。因此设计时需衡量设计成本和设计要求的关系，找到

既符合设计要求又可以承受相应成本的最佳设计方案。

六．实验总结

控制基础的实验目的在于用一个最基本的实验——电机控制让我们对我们所学的知识有一个整体观，对如何把书本上的理论知识运用的实际工程中去有一个比较理性的了解。通过一个学期的小实验和最终的电机控制的课程设计我深深喜欢上了自控原理，我明白了自己不再是一个纸上谈兵的人，我可以真正的把自己从书本上学到的知识运用到实际中去发现和解决问题，这种感觉真的是快哉快哉！

学期伊始，马老师便开始向我们说明了大型实验的内容，特别提向我们要认真对待这次最终的课程设计，并在平时的上课和各个分实验中多次提及关于电机设计和控制的知识点。开始我对这项“伟大的工程”有点畏惧，因为真的是一点头绪都没有，完全下不去手，而且完全不理解怎样去控制一个点击，心中的忐忑之情可谓是持续了很长时间。但是随着马老师的不停点播和提醒以及在课程中给我们灌输知识点和指定方向，我慢慢找到了点感觉，发现自己也不再那么迷茫和彷徨，我开始找到控制电机的道路了。原来马老师心中早已清清楚楚，他知道我们后面接触电机会有诸多问题，甚至什么问题他都可以很准确的知道。因此，他从学期开始就不断地提前将小的知识点告诉我们，这样等真正开始设计的时候，我发现我有一个非常明确的设计方案和一套明确的解决问题的方法。

在完成这个课程设计的过程中由于还是第一次做，老师怕我们会走太多歪路。因此老师便把学姐的报告交给我们作为参考的模板，这在一定程度上帮助我们少走弯路而且让我们的方向更加明确了，在遇到问题时页能够快速地解决问题，但是这种方式也确实让我们的脑子没有想那么多，很多都是跟着现成的报告去做，没有很多的去思考。尽管如此，我明白学习是自己的事情，因此在自己有时间的时候我还是不停地去想一些相关问题，我发现里面还是有很多值得挖掘的东西的，主动学习知识，主动思考的感觉真好。

这项实验的重要性在于我们不再是一味的去验证实验结果，而是真正的去自己想实验、设计实验、改进实验、验证试验，深深的体会并学会设计性实验的方法，具有了发现问题、解决问题的能力。当然，没有老师一步步的引导我们也是做不出来的，例如在测量电机速度传递函数中的T和位置传递函数中的K时，老师都让我们自行设计方法测参数，对结果也没有进行特别的限制，只给出了更宽泛的范围要求。

此次试验中的控制系统的包容性很好，在测量电机传递函数的相关参数时，每个组别测出的参数不尽相同，但大家利用各自的参数均成功设计出了位置控制系统。这也是符合现实

情况的，只有具有很大兼容性的东西才能得到广泛应用，并在特定领域占据相当大的地位。

在本次课程设计中，现代控制理论中的状态反馈、极点配置和状态观测器都有着十分重要的地位，这些也就是我们在自控原理课上学到的理论知识，田玉平老师的书里清楚明白的介绍了这些概念，使我们很好的应用到了此次课程设计中。状态反馈利用系统内部的状态信息，将其反馈到输入端进行系统控制，能起到十分完美的控制效果。然而，对于实际中的系统，我们很难获取其内部状态，这样就必须设计状态观测器进行状态测取。采用“复制+反馈”得到的状态观测器能完全代替原系统，这样，我们就能方便地利用系统完整的状态信息对系统进行精细的控制，从而获得理想的控制效果。

在此次课程设计的过程中，我和各位同学互相帮助，深入讨论，讨论不出来的就一起去查去问，在这个过程中我明白了团结就是力量，凡事不能一个人闷着做，要多讨论、多查、多问才能在课程设计中真正学到东西，学到属于自己的知识。

最后，我要特别感谢亲爱的马老师，正是您不知疲倦地认真工作，深入明白细致的提醒和教导才让我在这个课程中学到了很多知识，而这些知识不只是书本上的理论知识和工程中的实践知识，更重要的是您让我学到了做事的方法，做事的心态，做事的真正收获是什么。真心的希望我的最终实验结果和过程中辛勤的付出能让您满意，也能让我自己得到一个满意的成绩，我一定会继续信心满满的努力奋斗在学习的道路上。真的非常感谢您，马老师！

实验三PLC步进电机控制实验

实验三 PLC步进电机控制实验一、实验目的 1、掌握步进电机工作原理； 2、用PLC构成五相步进电机控制系统。二、实验要求 1、通过实验，加深并验证学过的理论知识，掌握实验的基本方法和实验原理； 2、正确使用仪器设备； 3、认真观察仪器设备的运动方式，独立编写控制程序并进行操作。 4、学生在实验过程中，应学会独立思考，应用所学专业理论知识分析和解决实验中遇到的具体问题；三、实验原理步进电机工作原理步进电机按工作原理可分为电磁式、磁阻式、永磁式、混合式四类。其中混合式步进电机从定子或转子的导磁体来看，它如反应式步进电机，所不同的是它的转子上置有磁钢，反应式转子则无磁钢。从它的磁路内含有永久磁钢这一点来说，又可以说它是永磁式，但因其结构不同，使其作用原理及性能方面，都与永磁式步进电机有明显区别。它好像是反应式和永磁式的结合，所以常称为混合式。混合式步进电机具有驱动电流小，效率高，过载能力强、控制精度高等特点，是目前市面上应用最为广泛的一种步进电机。四、实验所用仪器 1、三菱FX1N-60MR一台； 2、计算机一台；五、实验步骤和方法 1、熟悉编程环境，输入所编制的程序； 2、接通实验箱电源、串口通讯线； 3、将程序下载至PLC并运行。六、实验注意事项经指导教师检查同意后，方可接通电源进行实验操作。七、实验预习要求 1、预习PLC编程环境，上机前预先将控制程序编制完成； 2、预习步进电机工作原理。八、实验报告要求实验报告的主要内容 1、实验目的 2、实验所用仪器 3、实验原理方法简要说明 4、程序清单。

实验报告册样式

实验步骤： 1、熟悉编程环境，编制程序；

DDSZ-1型电机及电气技术实验指南(doc 13页)(正式版)

DDSZ-1型电机及电气技术实验指导书 1 认识实验一、实验目的 1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。 2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。 3、熟悉他励电动机(即并励电动机按他励方式)的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。二、预习要点 1、如何正确选择使用仪器仪表。特别是电压表电流表的量程。 2、直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器? 不串接会产生什么严重后果? 3、直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置? 为什么? 若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果? 4、直流电动机调速及改变转向的方法。三、实验项目 1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正直流测功机、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。四、实验设备及控制屏上挂件排列顺序 1 2、控制屏上挂件排列顺序 D31、D42、D51、D31、D44

五、实验说明及操作步骤 1、由实验指导人员介绍DDSZ-1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。 2、用伏安法测电枢的直流电阻图2-1 测电枢绕组直流电阻接线图（1）按图2-1接线，电阻R 用D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调至最大。A 表选用D31上的直流安培表。开关S 选用D51挂箱上的双刀双掷开关。（2）经检查无误后接通电枢电源，并调至220V 。调节R 使电枢电流达到0.2A （如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行；如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压U 和电流I 。将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U 、I 三组数据列于表2-1中。（3）增大R 使电流分别达到0.15A 和0.1A ，用同样方法测取六组数据列于表2-1中。取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值表中： )(3 13323133a a a a R R R R ++= （4）计算基准工作温度时的电枢电阻由实验直接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：式中R aref ——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。（Ω）。 R a ——电枢绕组的实际冷态电阻。（Ω）。 θref ——基准工作温度，对于E 级绝缘为75 ℃。 )(311312111a a a a R R R R ++=)(312322212a a a a R R R R ++=) (1321a a a a R R R R ++=a ref a aref R R θ θ++=235235

步进电机的控制实验报告

步进电机的控制实验报告一、实验目的 1.学习步进电机的工作原理。 2.了解步进电机的驱动电路。 3.学会用单片机控制步进电机。二、实验器件 1.T IVA C 系列芯片，电机模块和LCD显示模块。 2.电脑以及CCS开发软件。三、实验内容设计一个简单的程序驱动步进电机并控制转速，通过LCD板上的滚轮装置可以调节步进电机的转速。四、实验原理双极性四线步进电机：一般双极性四线步进电机线序是 A B A/ B/, 其中A 与A/是一个线圈，B和B/是一个线圈，一般这种驱动需要的是H桥电路。 H双极性四线步进电机驱动相序： 1.单相四拍通电驱动时序正转： A/ B A B/ 反转： B/ A B A/ 2.双相通电四拍驱动时序正转：A/B AB AB/ A/B/ 反转：A/B/ AB/ AB A/B 3.半步八拍驱动时序正转：A/ A/B B AB A AB/ B/ A/B/ 反转：A/B/ B/ AB/ A AB B A/B A/

DRV8833驱动芯片： DRV8833为玩具、打印机及其他机电一体化应用提供了一款双通道桥式电机驱动器解决方案。该器件具有两个H 桥驱动器，并能够驱动两个直流(DC)电刷电机、一个双极性步进电机、螺线管或其他电感性负载。每个H桥的输出驱动器模块由N沟道功率MOSFET组成，这些MOSFET被配置成一个H桥，以驱动电机绕组。每个H桥都包括用于调节或限制绕组电流的电路。借助正确的PCB设计，DRV8833的每个H桥能够连续提供高达1.5-ARMS（或DC）的驱动电流（在25℃和采用一个5VVM电源时）。每个H桥可支持高达2A的峰值电流。在较低的VM电压条件下，电流供应能力略有下降。该器件提供了利用一个故障输出引脚实现的内部关断功能，用于：过流保护、短路保护、欠压闭锁和过热。另外，还提供了一种低功耗睡眠模式。 DRV8833内置于16引脚HTSSOP封装或采用PowerPAD?的QFN封装（绿色环保：RoHS和无Sb/Br）。图1 H桥电路真值表设计思路：使用单相四拍通电驱动时序驱动步进电机。用单片机生成四个占空比为25%相位逐个延迟90度的PWM信号，按照特定顺序输入到驱动芯片的AIN1、AIN2、BIN1、BIN2引脚。通过调节LCD模块上的滚轮来调节PWM信号的周期从而控制步进电机的转速。调节的频率范围是25HZ-50HZ。步进电机的转速信息通过传感器采样送到单片机，信息处理后送到LCD显示模块显示。实验主程序： int main(void) { uint32_t pui32ADC0Value[1]; // 保存ADC采样值 int speed = 0; uint32_t cur_Period, old_Period = 0; // 根据滚轮ADC转换值换算出当前的时间周期值 // 系统时钟设置 SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_64 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_OSC_MAIN | SYSCTL_XTAL_16MHZ); // 初始化滚轮 Init_ADCWheel();

单片机直流电机控制实训报告

基于AT89C51单片机的直流电动机控制器设计实训报告专业：弹药工程与爆炸技术班级：弹药二班学生姓名：杨宁指导教师：佟慧艳能源与水利学院

1 实训目的通过单片机实训使学生能够掌握利用Keil软件编写单片机程序，学会设计完整的单片机应用系统；依托Protues仿真平台进行单片机电子应用系统设计与仿真，使学生掌握单片机应用系统的设计技能；培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力以及实际动手能力和查阅资料能力。

2 实训任务及要求 2.1 任务描述一单片机为控制核心设计一款直流电机电机控制系统，可以实现直流电机的加速、正转、反转等控制方式。 2.2 任务要求 1)用AT89C51单片机实现上述任务要求； 2)在Keil IDE中完成应用程序设计与编译； 3)在Proteus环境中完成电路设计、调试与仿真。

3 系统硬件组成与工作原理 3.1单片机的控制器与最小系统单片机的最小系统是指有单片机和一些基本的外围电路所组成的一个可以使单片机工作的系统，一般来说，它包括单片机、晶振电路和复位电路（如图一）。图1 最小系统设计截图（一）控制器部分分析 AT89C51（如图2）是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。 AT89C51提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，

电机传动与控制实验指导书

实验一步进电机基本原理实验一、实验目的 1、了解步进电动机的基本结构和工作原理。 2、掌握步进电机驱动程序的设计方法。二、实验原理步进电动机又称为脉冲电机，是工业过程控制和仪表中一种能够快速启动、反转和制动的执行元件。其功能是将电脉冲转换为相应的角位移或直线位移。步进电动机的运转是由电脉冲信号控制的，步进电动机的角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每给一个脉冲，步进电机就转动一个角度（步距角）或前进/倒退一步。步进电机旋转的角度由输入的电脉冲数确定，所以，也有人称步进电动机为一个数字/角度转换器。当某一相绕阻通电时，对应的磁极产生磁场，并与转子形成磁路，这时，如果定子和转子的小齿没有对齐，在磁场的作用下，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，转子将转动一定的角度，使转子与定子的齿相互对齐，由此可见，错齿是促使电机旋转的原因。四相步进电动机以四相单四拍、四相双四拍、四相八拍方式工作时的脉冲分配表如表1，表2和表3 表1 四相单四拍脉冲分配表表2 四相双四拍脉冲分配表表3 四相八拍脉冲分配表如步进电动机每一相均停止通电，则电机处于自由状态；若某一相一直通直流电时，

则电机可以保持在固定的位置上，即停在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上，这样，步进电动机可以实现停车时转子定位。这就是步进电动机的自锁功能。当步进电机处于自锁时，若用手旋转它，感觉很难转动。三、实验步骤： 1.将DRYDC-A型运动控制台的电源线和串行通信接口线连接好。 2.打开DRMU-ME-B综合实验台的电源总开关，开关电源的开关，采集仪开关。启动硬件设备。 3.打开计算机，从桌面或程序组运行DRLink主程序，然后点击DRLink快捷工具条上的“联机注册”图标，选择“DRLink采集主卡检测”进行注册。没有使用信号采集主卡的用户可选择：“局域网服务器”进行注册，此时，必需在对话框中填入DRLink服务器的主机IP地址。 4.点击DRLink快捷工具条上“文件夹”图标，出现文件选择对话框，在实验目录中选择“步进电机基本原理”实验，并启动该实验。 5.点击该实验脚本中的“开关”按钮，向运动控制卡下载实验程序。 6.本实验中先做步进电机的驱动实验：选择运行方式为“连续驱动”，依次选择步进电机的工作方式为：四相单四拍、四相双四拍、四相八拍；方向可以是任意的；脉冲间隔参数可用5～10ms。点“电机驱动”按钮，驱动电机工作。观察电机的工作情况。（对于四相八拍的工作方式，脉冲间隔最小可以到2ms）终止电机运行请在运行方式中选择“停止保持”或“停止不保持”。 7.步进电机的自锁实验：运行方式选择“停止保持”，其它参数不变，点“电机驱动”按钮。可以使步进电机某相通电，处于“自锁”状态。此时，用手转动电机的皮带轮，可以感到转动比较困难。 8.步进电机的步距角演示：运行方式选择“单步驱动”，点“电机驱动”按钮。每点击一次“电机驱动”按钮，步进电机旋转一个角度，这个角度就是步距角。对于本实验台步距角为1.8o。除了可以使用DRLink平台下的实验脚本进行本实验外，还可以使用C-51的C语言程序进行本实验。本运动控制平台在内部使用了DRMC-A型运动控制卡，其CPU是ADUC842，关于ADUC842的硬件的详细信息，请参考我们提供的pdf 文档。在DRMC-A型运动控制台，步进电机的端口地址：0x8000，用低4位表示电机的4相，1表示发送脉冲，0表示空。根据步进电机的工作方式的脉冲分配表（表1～3），逐步向端口的低4位写入0和1就可以了。具体的程序请参考StepMotor1.c～StepMotor5.c。在生成执行代码后，按运动控制台的“PRG”+“RST”按钮后，使用Windows Serial Downloader将执行程序下载到单片机内。

《电力机车电机》实验指导书

《电力机车电机》实验指导书实验一直流电机认识实验一．实验目的 1．学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。 2．认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。 3．熟悉他励电动机（即并励电动机按他励方式）的接线、起动、改变电机方向与调速的方法。二．预习要点 1．如何正确选择使用仪器仪表。特别是电压表、电流表的量程。 2．直流他励电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串联起动变阻器？不连接会产生什么严重后果？ 3．直流电动机起动时，励磁回路连接的磁场变阻器应调至什么位置？为什么？若励磁回路断开造成失磁时，会产生什么严重后果？ 4．直流电动机调速及改变转向的方法。三．实验项目 1．了解MEL系列电机系统教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安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。四．实验设备及仪器 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）或电机导轨及校正直流发电机 3．直流并励电动机M03 4．220V直流可调稳压电源（位于实验台主控制屏的下部） 5．电机起动箱（MEL-09）。 6．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。五．实验说明及操作步骤 1．由实验指导人员讲解电机实验的基本要求，实验台各面板的布置及使用方法，注意事项。 2．在控制屏上按次序悬挂MEL-13、MEL-09组件，并检查MEL-13和涡流测功机的连接。 3．直流仪表、转速表和变阻器的选择。直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联，并联或串并联的接法。（1）电压量程的选择

基于单片机的直流电机控制设计性实验报告

设计题目:直流电机控制电路设计一设计目得 1掌握单片机用PWＭ实现直流电机调整得基本方法,掌握直流电机得驱动原理。 2学习模拟控制直流电机正转、反转、加速、减速得实现方法. 二设计要求用已学得知识配合5１单片机设计一个可以正转、反转或变速运动得直流电机控制电路，并用示波器观察其模拟变化状况。三设计思路及原理利用单片机对PWM信号得软件实现方法.MCS一５１系列典型产品8051具有两个定时计数器。因为PWＭ信号软件实现得核心就是单片机内部得定时器，所以通过控制定时计数器初值，从而可以实现从８051得任意输出口输出不同占空比得脉冲波形。从而实现对直流电动机得转速控制。 .AT８9Ｃ5１得P1、0—P1、2控制直流电机得快、慢、转向,低电平有效.P3、0为PＷM波输出,P3、１为转向控制输出，Ｐ3、2为蜂鸣器。PWM控制DC电机转速，晶振为12Ｍ,利用定时器控制产生占空比可变得PＷM波，按K1键,PＷM值增加,则占空比增加,电机转快,按K2键，PＷＭ值减少，则占空比减小，电机转慢，当PWM值增加到最大值255或者最小值1时,蜂鸣器将报警四实验器材 DＶCＣ试验箱导线若电源等器件

PROＴＵＥS仿真软件KRＩＬ软件五实验流程与程序 #incｌuｄe 〈 reg51、h > sbiｔK1 =P１^０；增加键ｓbit Ｋ2 =P１^１ ; 减少键 sbit K３ =P1^２；转向选择键 sbit PWＭＵOT =P3^０； PWM波输出?? ｓbｉｔｔurn_around =P3^1 ;?转向控制输出 sbiｔ BＥEP =P3^2 ；蜂鸣器 unｓiｇned iｎｔ PWＭ； void Ｂeep（void）; ｖｏiｄ deｌay（ｕnｓiｇned int n）; void main(ｖｏid) ｛ TＭOＤ=0ｘ1１；//设置T0、Ｔ1为方式1，(1６位定时器) TH0＝0 ; 65536us延时常数{ｔ=(6５536—TH)/fose／12} ?ＴL0=０； TＨ１=PＷＭ; //脉宽调节,高８位 ? TＬ１=0；ＥA=１;? //开总中断ＥＴ0＝１; //开Ｔ0中断? ET1=１；??//开T1中断

PID控制电机实验报告范本

Record the situation and lessons learned, find out the existing problems and form future countermeasures. 姓名：___________________ 单位：___________________ 时间：___________________ PID控制电机实验报告

编号：FS-DY-20618 PID控制电机实验报告摘要以电机控制平台为对象，利用51单片机和变频器，控制电机精确的定位和正反转运动，克服了常见的因高速而丢步和堵转的现象。电机实现闭环控制的基本方法是将电机工作于启动停止区，通过改变参考脉冲的频率来调节电机的运行速度和电机的闭环控制系统由速度环和位置环构成。通过PID调节实现稳态精度和动态性能较好的闭环系统。关键词：变频器PID调节闭环控制一、实验目的和任务通过这次课程设计，目的在于掌握如何用DSP控制变频器，再通过变频器控制异步电动机实现速度的闭环控制。为实现闭环控制，我们需完成相应的任务： 1、通过变频器控制电机的五段调速。

2、通过示波器输出电机速度变化的梯形运行图与s形运行图。 3、通过单片机实现电机转速的开环控制。 4、通过单片机实现电机的闭环控制。二、实验设备介绍装有ccs4.2软件的个人计算机，含有ADC模块的51单片机开发板一套，变频器一个，导线若干条。三、硬件电路 1.变频器的简介变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，变频器还有很多的保护功能。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。 2.变频器的使用变频器事物图变频器原理图

电力电子技术及电机控制实验装置实验指导书(doc 61页)

电力电子技术实验指导书武夷学院机电工程学院

目录第一章DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置简介 (1) 1-1 控制屏介绍及操作说明 (1) 1-2 DJK01电源控制屏 (1) 1-3 各挂件功能介绍 (4) 第二章电力电子及电机控制实验的基本要求和安全操作说明 (80) 1-1 实验的特点和要求 (81) 1-2 实验前的准备 (82) 1-3 实验实施 (83) 1-4 实验总结 (85) 1-5 实验安全操作规程 (87) 第三章电力电子技术实验 (89) 实验一 SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性实验 (89) 实验二锯齿波同步移相触发电路实验 (95) 实验三单相桥式半控整流电路实验 (100) 实验四直流斩波电路原理实验 (108) 实验五单相交流调压电路实验 (116) 实验六三相半波可控整流电路实验 (124) 1

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， 1

电机实验报告

步进电机控制报告目录引言 0 一系统技术指标 (1) 二总体方案 (1) 2.1 任务分析 (1) 2.2 总体方案 (1) 三硬件电路设计 (2) 3.1 单片机控制单元 (2) 3.2 nokia5110液晶显示单元 (3) 3.3 电机的选择 (4) 3.3.1 反应式步进电机（VR） (4) 3.3.2 永磁式步进电机（PM） (4) 3.3.3 混合式步进电机（HB） (4) 3.3.4 电机确定 (5) 3.4 驱动电路方案选择 (5) 3.4.1 单电压功率驱动 (5) 3.4.2 双电压驱动功率驱动 (6) 3.4.3 高低压功率驱动 (6) 3.4.4 斩波恒流功率驱动 (7) 3.4.5 集成功率驱动 (8)

3.4.6 驱动电路方案确定 (9) 3.5 键盘电路 (9) 四软件设计 (11) 五测试结果 (13) 六误差分析 (13) 七操作规范 (13)

引言本系统是基于MSP430的步进电机控制系统，能够实现精密工作台位移、速度（满足电机的加、减速特性）、方向、定位的控制。用MSP430F449作为控制单元，通过矩阵键盘实现对步进电机转动开始与结束、转动方向、转动速度的控制。并且将步进电机的转动方向，转动速度，以及位移动态显示在LCD液晶显示屏上。硬件主要包括单片机系统、电机驱动电路、矩阵键盘、LCD显示等。

一系统技术指标系统为开环伺服系统，执行元件为步进电动机，传动机构为丝杠螺母副。工作台脉冲当量：δ=0.01 mm /脉冲；最大运动速度=1.2m/min；定位精度=±0.01 mm；空载启动时间=25ms。二总体方案 2.1 任务分析本系统要求脉冲当量为δ=0.01 mm /脉冲，而工作台丝杠螺母副导程4mm，即电机转动一周需要400个脉冲，所以电机的步距选择0.9度；最大速度要求为1.2m/min（20mm/s），所以单片机输出的脉冲频率最大为2000Hz；空载启动时间为25ms，所以电机的启动频率为40Hz。 2.2 总体方案根据系统要求，经过分析，可对MSP430F449单片机编程，实现按键控制和nokia5110液晶屏显示。由于MSP430F449的I/O的电压是3.3V，不符合L298驱动芯片的输入电压要求，固通过光耦隔离芯片TLP521-4，将I/0的3.3V 电压提升至5V，然后接进L298来控制电机的定位，加减速，正反转来实现精确系统总体框图如图1所示：

直流电机PLC控制实验

实验四直流电机PLC控制实验一、实验目的 1．掌握PLC的基本工作原理 2．掌握PID控制原理 3．掌握PLC控制直流电机方法 4．掌握直流电机的调速方法二、实验器材 1．计算机控制技术实验装置一台 2．CP1H编程电缆一条 3．PC机一台三、实验内容根据输入，实现PLC对直流电机的调速PID控制。1、输入功能（1）功能操作，按钮1 1．1、按钮1按下一次，显示SV(设定点值)。 1．2、按钮1按下两次，显示速度设定值。 1．3、按钮1按下三次，设定P值，显示。 1．4、按钮1按下四次，显示P值。 1．5、按钮1按下五次，设定I值，显示。 1．6、按钮1按下六次，显示I值。 1．7、按钮1按下七次，设定D值，显示。 1．8、按钮1按下八次，显示D值。

1．9、按钮1按下九次，显示At（PID 自调整增益） 1．10、按钮1按下十次，自整定显示 1．11、按钮1按下十一次，复位（2）增加按钮2，数值增加（3）减小按钮3，数值减小（4）确定按钮4，操作确定 2、PWM脉冲输出，接输出101.00。 3、直流电机测速，光耦，接高速脉冲输入。 4、LED显示，根据按钮输入，显示设定值/测量值/加减量。四、实验原理 1．直流无刷电机PWM调速原理 PWM的意思是脉宽调节,也就是调节方波高电平和低电平的时间比,一个20%占空比波形,会有20%的高电平时间和80%的低电平时间，而一个60%占空比的波形则具有60%的高电平时间和40%的低电平时间,占空比越大,高电平时间越长,则输出的脉冲幅度越高,即电压越高.如果占空比为0%,那么高电平时间为0,则没有电压输出.如果占空比为100%,那么输出全部电压。 PWM的占空比决定输出到直流电机的平均电压，所以通过调节占空比,可以实现调节输出电压的目的,而且输出电压可以无级连续调节。在使用PWM控制的直流无刷电动机中，PWM控制有两种方式：(1)使用PWM信号，控制三极管的导通时间，导通的时间越长，那么

实验步进电机控制实验

实验步进电机控制实验一、实验目的掌握步进电机的工作原理和控制方法二、实验设备 1、EL-MUT-III型单片机实验箱 2、8051CPU模块 3、电机综合模块三、实验内容单片机通过244设置步进电机运行的步数和方向，并显示在数码管上，同时驱动电机按照设定的步数和方向转动，同时在数码管上显示电机的实际转动步数。四、实验原理步进电机工作原理见模块说明书，控制电路如下图：五、实验步骤 1、实验连线： P1口的P1.0---P1.3分别接模块上的A、B、C、D。 CS244接CS0,244的输入IN0--IN7接平推开关KK1--KK8的输入K1--K8。 P1.7接单脉冲输出P-。 2、运行Keil C运行环境，打开Step4文件夹下的Step4.uv2，检查工程的Debug 参数设置是否正确，然后全速运行，数码管的左两位显示设定的步数（16进制），可以通过改变平推开关kk1—kk7的状态设定不同的运行步数，改变kk8的状态可改变电机的转动方向，在数码管上当数值位的小数点位点亮时，表示为逆时针方向，否则为顺时针方向。完成设置后，按动单脉冲开关Pules，电机按照设定的方向和步数开始转动，同时在数码管的右侧显示电机的转动步数，当达到设定值时，电机停止转动。

3、观察步进电机的运动与设定值是否一致。六、实验结果输入运行步数N，电机运行N步后停止，且方向与设定方向一致。七、程序框图

实验直流电机调压调速实验一、实验目的掌握直流电机测速和调速的工作原理二、实验设备 1、EL-MUT-III型单片机实验箱 2、8051CPU模块 3、电机综合模块三、实验内容电机每转一周，SIGNAL端产生一如图所示的脉冲,通过用INT0检测该脉冲的高电平，并从P10输出输出一8253的GATA信号来控制8253计数器的启停。通过8253的计数值计算转速，转速值经主机箱RS232串口送至PC机，在PC机上进行PID计算，计算结果通过串口送给CPU，经D/A转换成电压，控制电机转速。四、实验原理

电机及电气技术实验指导书修改(DDSZ-1型)(1)

Tianhuang Teaching Apparatuses 天煌教仪电机系列实验 DDSZ－1型电机及电气技术实验装置Motor And Electric Technique Experimental Equipment 实验指导书天煌教仪

DDSZ-1型电机及电气技术实验装置受试电机铭牌数据一览表

DDSZ-1型电机及电气技术实验装置交流及直流电源操作说明实验中开启及关闭电源都在控制屏上操作。开启三相交流电源的步骤为： 1）开启电源前。要检查控制屏下面“直流电机电源”的“电枢电源”开关（右下角）及“励磁电源”开关（左下角）都须在“关”断的位置。控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮必须在零位，即必须将它向逆时针方向旋转到底。 2）检查无误后开启“电源总开关”，“关”按钮指示灯亮，表示实验装置的进线接到电源，但还不能输出电压。此时在电源输出端进行实验电路接线操作是安全的。 3）按下“开”按钮，“开”按钮指示灯亮，表示三相交流调压电源输出插孔U、V、W及N上已接电。实验电路所需的不同大小的交流电压，都可适当旋转调压器旋钮用导线从这三相四线制插孔中取得。输出线电压为0-450V（可调）并可由控制屏上方的三只交流电压表指示。当电压表下面左边的“指示切换”开关拨向“三相电网电压”时，它指示三相电网进线的线电压；当“指示切换”开关拨向“三相调压电压”时，它指示三相四线制插孔U、V、W和N输出端的线电压。 4）实验中如果需要改接线路，必须按下“关”按钮以切断交流电源，保证实验操作安全。实验完毕，还需关断“电源总开关”，并将控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮调回到零位。将“直流电机电源”的“电枢电源”开关及“励磁电源”开关拨回到“关”断位置。开启直流电机电源的操作： 1）直流电源是由交流电源变换而来，开启“直流电机电源”，必须先完成开启交流电源，即开启“电源总开关”并按下“开”按钮。 2）在此之后，接通“励磁电源”开关，可获得约为220V、0.5A不可调的直流电压输出。接通“电枢电源”开关，可获得40～230V、3A可调节的直流电压输出。励磁电源电压及电枢电源电压都可由控制屏下方的1只直流电压表指示。

步进电机实验报告剖析

北华航天工业学院课程设计报告（论文）课程名称：微机控制技术课程设计设计课题：步进电机的控制系统专业班级：学生姓名：指导教师：设计时间：2013年06月11日

北华航天工业学院电子工程系微机控制技术课程设计任务书姓名：专业：班级：指导教师：职称：教授时间：2013.6.11 课程设计题目：步进电机的控制系统设计步进电机单片机控制系统，其功能如下： 1．具有对步进电机的启停、正反转、加减速控制； 2．控制按钮分别为正转、反转、加速、减速、以及停止键； 3．能够通过三位LED数码管（或液晶显示器）显示当前的转动速度，并且由两只不同颜色的发光二极管分别指示正转和反转，因此可以清楚的显示当前转动方向和转速； 4．要求每组选择的步进电机控制字不同； 5．用单片机做控制微机；应用软件：keil protues 成果验收形式： 1.课程设计的仿真结果 2.课程设计的报告书参考文献：【1】张家生. 电机原理与拖动基础【M】. 北京：北京邮电大学出版社，2006. 【2】马淑华，王凤文，张美金. 单片机原理与接口技术【M】.北京：北京邮电大学出版社，2007. 【3】顾德英，张健，马淑华.计算机控制技术【M】. 北京：北京邮电大学出版社，2006. 【4】张靖武，周灵彬. 单片机系统的PROTEUS设计与仿真【M】. 北京：电子工业出版社，2007 第16周时间安排指导教师教研室主任： 2013年06 月11日

内容摘要步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。关键词：步进电机单片机数码管显示

3.4电机转动控制实验

3.4 电机转动控制实验一、实验目的 1．熟悉ARM本身自带的六路即三对PWM，掌握相应寄存器的配置。 2．编程实现ARM系统的PWM输出和I/O输出，前者用于控制直流电机，后者用于控制步进电机。 3．了解直流电机和步进电机的工作原理，学会用软件的方法实现步进电机的脉冲分配，即用软件的方法代替硬件的脉冲分配器。 4．掌握带有PWM和I/O的CPU编程实现其相应功能的主要方法。二、实验内容学习步进电机和直流电机的工作原理，了解实现两个电机转动对于系统的软件和硬件要求。学习ARM知识，掌握PWM的生成方法，同时也要掌握I/O的控制方法。 1．通过超级终端来控制直流电机与步进电机的切换。三、预备知识 1、用ARM ADS1.2集成开发环境，编写和调试程序的基本过程。 2、ARM应用程序的框架结构。 3、会使用Source Insight 3 编辑C语言源程序。 4、掌握通过ARM自带的A/D转换器的使用。 5、了解直流电机的基本原理。 6、了解步进电机的基本原理，掌握环形脉冲分配的方法。四、实验设备及工具硬件：ARM嵌入式开发平台、用于ARM920T的JTAG仿真器、PC机Pentium100以上。软件：PC机操作系统Win2000或WinXP、ARM ADS1.2集成开发环境、仿真器驱动程序、超级终端通讯程序

五、实验原理及说明 1．直流电机 1）直流电动机的PWM电路原理晶体管的导通时间也被称为导通角а，若改变调制晶体管的开与关的时间，也就是说通过改变导通角а的大小，如图6-1所示，来改变加在负载上的平均电压的大小，以实现对电动机的变速控制，称为脉宽调制(PWM)变速控制。在PWM变速控制中，系统采用直流电源，放大器的频率是固定，变速控制通过调节脉宽来实现。构成PWM的功率转换电路或者采用"H"桥式驱动，或者采用"T"式驱动。由于"T"式电路要求双电源供电，而且功率晶体管承受的反向电压为电源电压的两倍。因此只适用于小功率低电压的电动机系统。而"H"桥式驱动电路只需一个电源，功率晶体管的耐压相对要求也低些，所以应用得较广泛，尤其用在耐高压的电动机系统中。图6-1 脉宽调制(PWM)变速原理 2）直流电动机的PWM等效电路如图7－2－a所示：是一个直流电动机的PWM控制电路的等效电路。在这个等效电路中，传送到负载(电动机)上的功率值决定于开关频率、导通角度及负载电感的大小。开关频率的大小主要和所用功率器件的种类有关，对于双极结型晶体管(GTR)，一般为lkHz至5kHz，小功率时(100W，5A以下)可以取高些，这决定于晶体管的特性。对于绝缘栅双极晶体管(IGBT)，一般为5kHz至l2kHz；对于场效应晶体管(MOSFET)，频率可高达2OkHz。另外，开关频率还和电动机电感有关，电感小的应该取得高些。图6－2 a) 等效电路b) PWM电路中电流和电压波讨论当接通电源时，电动机两端加上电压U P，电动机储能，电流增加，当电源中断时，电

直流电机转速控制的matlab实验

2012/2013学年第一学期《精密测控与系统》期末大型作业日期：2012 年11 月题目与要求：直流电机转速控制问题，直流电动机物理模型如下图所示。

电动机产生的转矩与电枢电流成正比，即：t t T K i =，电枢绕组的反电动势与转速成正比，即：e d e K dt θ=，牛顿第二定律：2 2d T J dt θ=，其中J 为电机轴上的转动惯量。已知：转动惯量：2 2 0.01kg.m /s J =，机械系统摩擦系数：0.1N.m.s b =，电动机力矩系数：0.01N.m/A e t K K ==，电阻：1R =Ω ，电感：0.5H L =。假设电机转动系统刚性，输入量为直流电压V ，输出量为电机转速θ 。问题1：建立该系统的时域数学模型。问题2：给出该系统的传递函数，用Matlab 计算该系统的阶跃响应曲线，给出阶跃响应的特征参数。问题3：建立该系统的状态空间表达式，用Matlab 计算该系统的阶跃响应曲线。问题4：加入速度反馈及PID 控制器环节，使系统性能达到: （a ）建立时间<2s; （b ）超调量<5%; （c ）稳态误差<1%. 问题5：采用下图所示的模糊控制系统系统中的模糊控制器是一个双输入单输出型的控制器，输入变量为转速的误差e 和转速误差的变化率Δe ，输出为直流电压的增量ΔV 。请选用合适的隶属度函数，建立该系统的模糊控制规则库，对电机的转速进行控制使期望转速为1000r/min ，建立时间<2s;超调量<5%;稳态误差e<±1.0%。问题6：通过这个大型作业，谈谈你对本课程的学习心得和体会，以及对本课程授课方式的建议和改进。一、建立该系统的时域数学模型

实验一三相异步电动机启停控制实验

实验一三相异步电动机启停控制实验一、实验目的： 1．进一步学习和掌握接触器以及其它控制元器件的结构、工作原理和使用方法； 2．通过三相异步电动机的启、停控制电路的实验，进一步学习和掌握接触器控制电路的结构、工作原理。二、实验内容及步骤：图1-1为三相异步电动机的基本启停电路。电路的基本工作原理是：首先合上电源开关QF5 ，再按下“启动”按钮，KM5得电并自锁，主触头闭合，电动机得电运行。按下“停止”按钮，KM5失电，主触头断开，电动机失电停止。实验步骤： 1．按图1-1完成控制电路的接线； 2．经老师检查认可后才可进行下面操作！ 3．合上断路器QF5，观察电动机和接触器的工作状态； 4．按下操作控制面板上“启动”按钮，观察接触器和电动机的工作状态； 5．按下操作控制面板上“停止”按钮，观察接触器和电动机的工作状态。 6．当未合上断路器QF5时，进行4和5步操作，观察结果。图 1-1 三相异步电动机基本启停控制三．实验说明及注意事项 1．本实验中，主电路电压为380VAC，请注意安全。四．实验用仪器工具三相异步电动机 1台断路器(QF5) 1个接触器(KM5) 1个按钮 2个实验导线若干五．实验前的准备预习实验报告，复习教材的相关章节。六．实验报告要求 1．记录实验中所用异步电动机的名牌数据； 2．弄清QF5型号和功能； 3．比较实验结果和电路工作原理的一致性；

4．说明6步的实验结果并分析原因。七．思考题 1．控制回路的控制电压是多少？ 2．接触器是交流接触器，还是直流接触器？接触器的工作电压是多少 3．如果将A点的连线改接在B点，电路是否能正常工作？为什么？ 4．控制电路是怎样实现短路保护和过载保护的？ 5．电动机为什么采用直接启动方法？实验二三相异步电动机正反转控制实验一、实验目的： 1．学习和掌握PLC的实际操作和使用方法； 2．学习和掌握利用PLC控制三相异步电动机正反转的方法。二、实验内容及步骤：本实验采用PLC对三相异步电动机进行正反转控制，其主电路和控制电路接线图分别为图2-1和图2-2 。图中：正向按钮接PLC的输入口X0，反向按钮接PLC的输入口X1，停止按钮接PLC 的输入口X2，KM5为正向接触器，KM6反向接触器。继电器KA5、KA6分别接于PLC的输出口Y33、Y34。其基本工作原理为：合上QF1、QF5， PLC运行。当按下正向按钮，控制程序使Y33有效，继电器KA5线圈得电，其常开触点闭合，接触器KM5的线圈得电，主触头闭合，电动机正转；当按下反向按钮，控制程序使Y34有效，继电器KA6线圈得电，其常开触点闭合，接触器KM6的线圈得电，主触头闭合，电动机反转。实验步骤： 1．在断电的情况下，学生按图2-1和图2-2接线（为安全起见，控制电路的PLC外围继电器KA5、KA6以及接触器KM5、KM6输出线路已接好）； 2．在老师检查合格后，接通断路器QF1、QF5 ； 3．运行PC机上的工具软件FX-WIN，输入PLC梯形图； 4．对梯形图进行编辑﹑指令代码转换等操作并将程序传至PLC； 5．运行PLC，操作控制面板上的相应开关及按钮，实现电动机的正反转控制。在PC机上对运行状况进行监控，同时观察继电器KA5、KA6和接触器KM5 、KM6的动作及变化情况，调试并修改程序直至正确； 6.记录运行结果。

控制电机实验指导书

安徽工程大学《控制电机》课程实验指导书专业：自动化安徽工程大学电气工程学院 2013年12月

目录步进电动机使用说明 (2) 实验一步进电动机（2学时） (5) 实验二交流伺服机电动机（2学时） (10)

步进电动机说明步进电动机又称脉冲电机，是数字控制系统中的一种重要的执行元件，它是将电脉冲信号变换成转角或转速的执行电动机，其角位移量与输入电脉冲数成正比；其转速与电脉冲的频率成正比。在负载能力范围内，这些关系将不受电源电压、负载、环境、温度等因素的影响，还可在很宽的范围内实现调速，快速启动、制动和反转。随着数字技术和电子计算机的发展，使步进电机的控制更加简便、灵活和智能化。现已广泛用于各种数控机床、绘图机、自动化仪表、计算机外设，数、模变换等数字控制系统中作为元件。一、使用说明 D54步进电机实验装置由步进电机智能控制箱和实验装置两部分构成。（一）步进电机智能控制箱本控制箱用以控制步进电机的各种运行方式，它的控制功能是由单片机来实现的。通过键盘的操作和不同的显示方式来确定步进电机的运行状况。本控制箱可适用于三相、四相、五相步进电动机各种运行方式的控制。因实验装置仅提供三相反应式步进电动机，故控制箱只提供三相步进电动机的驱动电源，面板上也只装有三相步进电动机的绕组接口。 1、面板示意图（见附录） 2、技术指标功能：能实现单步运行、连续运行和预置数运行；能实现单拍、双拍及电机的可逆运行。电脉冲频率：5Hz～1KHz 工作条件：供电电源AC220V±10%，50Hz 环境温度-5℃～40℃ 相对湿度≥80% 重量：6kg 尺寸：390×200×230mm3 3、使用说明 (1)开启电源开关，面板上的三位数字频率计将显示“000”；由六位LED数码管组成的步进电机运行状态显示器自动进入 “9999→8888→7777→6666→5555→4444→3333→2222→1111→0000”动态自检过程，而后停显在系统的初态“┤.3”。 (2)控制键盘功能说明设置键：手动单步运行方式和连续运行各方式的选择。