2020东南大学自动化控制基础大实验直流电机位置控制报告
东南大学自动化学院
实验报告
课程名称：自动控制基础
实验名称：自动控制大型实验——直流电机位置控制院（系）：自动化学院专业：自动化
姓名：学号：
实验室：动力楼417 实验组别：
同组人员：实验时间：2014 年 5 月31 日评定成绩：审阅教师：
目录
一、设计内容 (3)
1. 任务要求 (3)
2. 性能指标 (3)
3. 验收基本要求 (3)
二、熟悉实物功能 (3)
1. 电机组 (3)
2. PWM (4)
3. 光码盘 (4)
4. 采集卡 (6)
三、实验理论基础 (7)
1. 状态反馈 (7)
2. 状态观测器 (7)
四、实验仪器及设备 (8)
五、建模过程 (8)
1. 电机非线性特性测量 (8)
2. 电机速度传递函数 (10)
3. 电机位置传递函数 (12)
5. DA卡的电平匹配 (13)
六、仿真设计 (14)
1. 建立状态空间模型 (14)
2. 状态观测器设计 (15)
3. 状态反馈设计及仿真效果 (16)
4. 整体仿真 (18)
七、完整接线及调试 (20)
1. 系统实际Simulink (20)
2. 实物图连接线路图 (21)
3. 输出波形 (21)
八、实验总结 (23)
1. 实验过程中出现的问题和解决方案 (23)
2.实验过程中的注意点 (24)
3.实验小结 (24)
一、设计内容
1. 任务要求
1．给小型直流电机机组和其他辅助装置，设计完整的位置控制系统。采用现代控制理论极点配置的控制方法，应用Matlab/Simulink软件对控制系统进行辅助分析和设计，并运用Simulink实时控制功能设计控制器，使系统满足给定的性能指标。
2．小组讨论并设计实验步骤。
3．系统要尽量准确建模。
4．时间约20个学时，采用实验室开放形式。
5．实物当面验收和交大型实验报告。
2. 性能指标
1．无位置误差（360o之内）
2．定位响应时间< ０.３秒（360o之内）
3．定位超调量< ２０％（360o之内）
3. 验收基本要求
1．要有原物理功能框图和照片，实物系统接线图，数学模型框图，Simulink仿真框图和结果，完整控制系统框图和接线图。
2．设计和计算过程。
3. 电机能够基本定位。
二、要求
1.熟悉位置系统，画出系统工作接线图
2.熟悉系统中各个物理环节，保证其正常工作
3.建立系统各个环节的数学模型，理论与实际，注意非线性区、匹配问题
4.会用软件平台，接口，运行
5.试用简单的串联、单闭环调节构成位置闭环控制系统，可仿真
6、用现代控制理论设计位置控制系统，仿真、运行、调试参数
7、构成实际的控制系统，调试满足指标
8实际调试中出现的问题，理论分析与解决办法。
三、熟悉实物功能
1. 电机组
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。
转矩平衡方程
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 J dt
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。
电机实物图
注：u1,u2接5V ，电机2.5V 左右不转，0V 反转，5V 正转；L11,L12接电动机驱动器输出， L21,L22
是发电机输出。
2. PWM
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。
3. 光码盘
光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数
字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置
组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电
动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成
的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反
映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90º的
两路脉冲信号。
用手转动码盘产生的其中一路脉冲信号：
在simulink 中建立模型如下所示：
通过拨动电机的指针，可以观察到Display2上面示数的变化
通过上述两种方法，证明光码盘是好的。
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（即实验中我们通常将信号输入到AD1
端，软件内部信号DA1输出）。
1) 获取数据采集接口1711卡的传递函数
AD 口（输入阶跃信号，通过示波器测量幅值）： 阶跃
1.00 0.504 1.002 1.501
2.00 2.50
3.00 3.50
4.00
5.00 示波器 0.966 0.50
3 1.001 1.500 1.997 2.500 2.998 3.501 3.99
4 4.993
DA 口（输入阶跃，通过电压表测量输出值）
输入
1.0 0.5 1.5
2.0 2.5
3.0 3.5
4.0 4.5
5.0 电压表 5.51 5.25 5.76
6.01 6.26 6.51 6.76
7.01 7.26 7.51
可以看出输入和输出之间满足函数关系为：
三、 实验理论基础
1. 状态反馈
设系统受控系统的动态方程为
下图为其状态变量图。
令Kx r u -=，其中]...[21n k k k K =，r 为系统的给定量，x 为1?n 系统状态
变量，u 为11?控制量。则引入状态反馈后系统的状态方程变为
相应的特征多项式为
)](det[bK A SI --，
调节状态反馈阵K 的元素]...[21n k k k ，就能实现闭环系统极点的任意配置。下
图为引入状态反馈后系统的方框图。
2. 状态观测器
如果控制系统采用极点配置的方法来设计，就必须要得到系统的各个状态，然后才能状
态反馈进行极点配置。然而，大多数被控系统的状态是不能直接得到的，怎么办？于是提出
了利用被控系统的输入量和输出量重构原系统的状态，这样原系统的状态就能被等价取出，
从而进行状态反馈，达到改善系统的目的。另外，状态观测器可以用来监测被控系统的各个
参量。
观测器的设计线路不是唯一的，本实验采用较实用的设计。
给一个被控二阶系统，其开环传递函数是
12(1)(1)
K T s T s ++ ，12 K K K = 设被控系统状态方程
构造开环观测器， 为状态向量和输出向量估值
由于初态不同，估值状态不能替代被控系统状态X ，为了使两者初态跟随，采用输
出误差反馈调节，即加入，即构造闭环观测器，闭环观测器对重构造的参数误差也有收敛作用。
也可写成
只要（A-HC）的特征根具有负实部，状态向量误差就按指数规律衰减，且极点可任意配置，一般地，（A-HC）的收敛速度要比被控系统的响应速度要快。工程上，取小于被控系统最小时间的3至5倍，若响应太快，H就要很大，容易产生噪声干扰。
实验采用结构，即输出误差反馈，而不是输出反馈形式。
四、实验仪器及设备
PC机（附带有MATLAB及相应PCI1117卡驱动程序）
THBDC-1实验平台
THBDC-1虚拟示波器
SYL-2.5直流电机
五、建模过程
1. 电机非线性特性测量
实验内容：
（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U22，A，B；
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。
0~1.8V 电机正转
1.8~
2.27V 电机停转
2.27~5V 电机反转
0.8~1.8V 正向线性区
2.3~
3.3V 反向线性区
< 0.8V 正向饱和区
>3.3V 反向饱和区
通过以上测量，我们得到了电机的非线性特性。由于实验中我们将电机当做线性系统控制，因此，我们需要进行消死区。
消死区通过软件的方法消除，即通过输出固定补偿、输出级限幅来保证电机一直工作在限行区域。消除死区的程序图如下：
这是初始测量时消除死区的程序图，在实际接线时为提高精度，将constant改成了2.035，gain修改为0.235,
constant 2.035
gain 0.235
1、求电机传递函数的方法分析
电机系统各部分的运动方程为：
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 J dt
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。
由此可见，电枢电路和电机轴的机械运动部分分别是一个惯性环节，而机-电耦合是
两个比例环节。
由于一般在mH 以下，一般在100左右，所以时间常数很小，可以衰减掉。所
以电机模型最终可以简化为以下形式：
测量电路，结果如下：
我们采用时域法进行测量，给电机输入一个单位阶跃，观察阶跃响应曲线，输出为稳定
值得63.2%时间T
求的T=0.0509
则速度传递函数为：1()0.05091
G s s =+ 3. 电机位置传递函数
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K s
（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：
连接好实物之后编译运行，通过虚拟示波器可以观察到输出响应的波形，根据波形的超
调量，我们可以计算出系数K 。具体公式如下：
21max ()%100%()y y e y ζδ---∞==?∞，
通过虚拟示波器的观察，我们得到了如下的波形：
其中，超调量： 所以计算得到0.0755%7.55%1.001
δ== 代入公式计算后得到K 为12.13。
所以最终得到小型直流电机系统的传递函数为：
5. DA 卡的电平匹配
我们使用如下方法对DA 卡进行电平匹配：
这是针对输出为-5-5V 之间的时候，需要进行2倍扩大和电平平移：
所以，0 2.52D A D =+=，这样期望输出和真是输出就相等了。
六、 仿真设计
通过前期准备工作，我们最终得到小型直流电机系统的传递函数为：
根据设计指标：无静态误差
电机响应时间 < ０．３秒
超调量 < ２０％
设计过程：
1. 建立状态空间模型
1、 将传递函数转化为状态空间模型 X 1（S ）=(12/s)*X 2（S ） X 2（S ）=(1/（1+0.0509s))U(S) ;
令Y (S)= X 1(S)
所以 X 1(S ）=(12/s)X 2(S) 12
12X X ?= X 2(S) =(1/（1+0.0509s)) U(S) =-19.6+19.6U
Y(S)= X 1(S) y =
所以 ????????????=+????????-????????????
11220120019.619.6x x u x x 所以??=??-??012019.6A ,??=????019.6B ,=[1
0]C
2. 状态观测器设计
系统框图如下：
由图可以推导：
其中，????=??-????010Kp A Tm ,????=??????
01B Tm ,[10]C =,????=??????21Kpg H g Tm 原系统极点,期望极点取原系统极点的3-5倍，则期望极点S 可以设为-?1
4Tm ，
U X2（s ） X1(s) ?（S ）
1/(1+0.0509s) 12/s
所以， α=+=++*2224
8
16
()()s s s s Tm Tm Tm
所以，对比系数：
实际测得的Tm=0.0509，K=12.13最终，求得：
分析：由以往实验结果知，g1,g2越大，观测器的观测效果越好，在实际系统中设置的观测器可以适当增加，提高观测效果。
3. 状态反馈设计及仿真效果
由分离性原理，状态反馈和状态观测器的设计是相互分离的，之间没有干涉。状态观测器的极点是不可配置的，状态反馈能够配置的极点必须是能控的。
所以，我们可以单独设计关于原系统的状态反馈，然后使用状态观测器观测到的状态值替代原来的状态进行反馈，只在阶跃响应的初始时间有一定的差别，时间变长后，两种反馈效果一样。
系统框图如下：
根据性能指标要求，有：
由上式得，0.456ξ>，取0.707ξ=，代入后一个式子得27.04n w >，取50=n w ，
所以，主导极点为1,235.3535.35λξ=-+=-±n w jw j
又第三个极点取-n w ξ的5倍左右，约取为-150，
所以，期望特征方程式为：
根据系统框图写出系统的传递函数：
所以，系统的特征方程为
对比系数，可以得到下式：
即: 12349.39
10.035781.25
K K K ===
状态反馈仿真图：
无超调，调节时间在0.3s 以内，仿真符合实际结果，而且指标比要求的指标明显优了许多，所以在实际系统中，应该完全能够满足指标要求。
4. 整体仿真
综合上述分析得到最终仿真设计图。（整体仿真时仿真框架如下图所示）
1）现代控制理论的理想化的仿真图：
我使用了simulink 进行仿真，并观察输出：
从整体仿真来看，系统几乎无超调，而且调节时间在0.25s 以内，可以很好地满足系统的指标要求。在实际系统中，我们有信心实际电机控制能够达到指标要求。
2）实际些的仿真图：
我使用了simulink 进行仿真，并观察输出：
从实际些仿真图来看，系统存在超调，但满足要求，而且调节时间在0.25s 以内，可以很好地满足系统的指标要求。
七、 完整接线及调试
1. 系统实际Simulink
参数：12349.39
10.035781.25
K K K ===，????==????????
114.374211.34g H g 2. 实物图连接线路图 注：u1,u2接5V ，电机2.5V 左右不转，0V 反转，5V 正转；L11,L12接电动机驱动器输出， L21,L22是发电机输出，接采集卡AD 口，观察输出。
3. 输出波形
1)我们采集到设定电机转1/4圈即计数300时的输出波形：
可知测得的波形无超调，调节时间为0.13s ，满足要求。
2) 我们采集到设定电机转1/2圈即计数600时的输出波形：
可以计算得到：
在我们的设计中，由于阻尼比和自然振荡频率的取值为0.707ξ=，取50=n w ，那么，理论上的超调：
所以，在实际系统中，超调将会稍大一些，但这个超调值是合理的。
我们选择的误差值为2%，
计算得到调节时间：=0.36s t s
阻尼比和自然振荡频率的取值为0.707ξ=，取50=n w ，那么，理论上的调节时间为： 实际的调节时间比理论的调节时间长了许多，但是，依旧没有超过规定的指标。
3）我们采集到设定电机转1圈即计数1200时的输出波形：
超调量为60%，调节时间为0.55s ，不满足预先设置的指标要求
原因：电机存在非线性区，当电机转一圈即计数1200脉冲时，进入电机的非线性区，我们采用线性化的方法来解决非线性的问题，导致最终结果并不能如仿真的结果那样好，实际效果与理论的存在偏差，这是不可避免的。
八、 实验总结
1. 实验过程中出现的问题和解决方案
1.实验过程中发现电机正常转动但仿真图形上没有显示转的脉冲数，经检查发现电机输出的脉冲幅度的大小为2v ，实际情况下检测不到，故仿真不能出现预期的结果，后来更换电机，经检测，发现输出如图所示脉冲，证明该电机脉冲输出正常。
2.在加入状态反馈和状态观测器之后，设定电机转半圈时，结果出现振荡现象，经分析发现，死区测量不准，导致未能正常消除死区，导致电机不能正常转到指定位置，出现振荡现象。
3. 采用simulink 仿真时，可以发现结果与设计的指标相吻合，而当将仿真中的电机传函换为实际中的电机，即对电机进行控制时，发现得到的响应与仿真的结果不一样。原因 a.实际中电机不是单纯的一阶系统，而设计时，是将电机近似为一阶系统(降阶)； b.电机中存在非线性因素的干扰，如限幅，阶跃输入信号的大小；
c.实际建模时，时间常数T 和增益K 存在一定的误差。
d.按照指标计算出来得各个参数K1，K2，K3，g1,g1在实际实验时为了得到优良曲线而略有改动。
e.电机很容易进入非线性区。
4. 状态观测器的期望极点应该取实际极点的多少倍？我们都按照之前做过的状态观测器实验取了3-5倍。当时是这么说的：考虑到实际情况，一般期望极点取为实际极点的3-5倍。但经过前人实验验证，在理想情况下，期望极点的倍数是越大越好的。
5实验中遇到的最难题就是控制电机时，电机发生抖动，可以降低前馈增益K，修改死区电压，更换电机等。
2.实验过程中的注意点
1）首先，就实验涉及的设备，就包括了PC机、THBDC-1实验平台、SYL-2.5直流电机、电机驱动箱等具体的实物设备，除此，还有matlab、simulink、THBDC-1虚拟示波器等软件设备，我们要熟练了解和使用。
2）电机是非线性系统，在测量完电机的传递函数，完成了DA卡输出的电平匹配以及电机的去死区之后，我们才能把电机当做线性系统来设计。
3）在状态观测、状态反馈设计过程中，一个是根据经验，一个就是根据指标。状态观测器的闭环极点的取值，是根据经验，取系统时间常数的3-5倍。状态反馈的设计，就需要根据指标要求，进行极点配置，并且设计时需要考虑到实际系统的误差，留有较大的余量，3.实验小结
纵观整个实验，我们从最简单的了解DA\AD卡的使用，电机驱动箱、电机驱动、电机发电机、电机组的编码器开始，构建模型，测量电机传递函数，我们选择时域法获得电机的时间常数，通过超调测量获得电机位置传递函数的比例环节的值，这个过程进展的不是很顺利，一是电机出现了故障，无法输出正常脉冲，二是测量K的准确度不容易把握，不同电机的特性不一样，同时死区，电平转换等也会影响最终结果。此外，我们需要根据测得的值设计状态观测器、状态反馈等，这个计算在以往基础实验中已经涉及，所以进展比较顺利，列出方程，代入数据即可，但是理论值和实际值可能存在偏差，所以在设计好后可能还要进行微调，在最后整个系统搭建过程中，由于每一个步骤都尽量设计的合理，准确，最终的在半圈以内位置控制的比较好，符合设计的要求和指标，超过半圈超调较大，因为系统已经进入到非线性区域。
自动化控制实验报告
本科生实验报告 实验课程自动控制原理 学院名称 专业名称电气工程及其自动化 学生XX 学生学号2013 指导教师 实验地点6C901 实验成绩 二〇一五年四月——二〇一五年五月
线性系统的时域分析 实验一（3.1.1）典型环节的模拟研究 一. 实验目的 1． 了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式 2． 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响 二．典型环节的结构图及传递函数 方 框 图 传递函数 比例 （P ） K (S) U (S) U (S)G i O == 积分 （I ） TS 1(S)U (S)U (S)G i O = = 比例积分 （PI ） )TS 11(K (S)U (S)U (S)G i O +== 比例微分 （PD ） )TS 1(K (S) U (S) U (S)G i O +== 惯性环节 （T ） TS 1K (S)U (S)U (S)G i O += = 比例积分微分（PID ） S T K S T K K (S)U (S)U (S)G d p i p p i O ++ == 三．实验内容及步骤 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。 改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验报告 运行LABACT 程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。 1)．观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。 图3-1-1 典型比例环节模拟电路 传递函数：0 1(S) (S)(S)R R K K U U G i O = == ； 单位阶跃响应： K )t (U = 实验步骤：注：‘S ST ’用短路套短接！ （1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT ），作为系统的信号输入（Ui ）；该信号为零输 出时，将自动对模拟电路锁零。 ① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。 ② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度＞1秒（D1单元左显示）。 ③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 4V （D1单元右显示）。 （2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。
直流并励电机
专业：电子信息工程 姓名： 实验报告 课程名称：电机与拖动指导老师：卢琴芬成绩： 实验名称：直流并励电动机同组学生姓名：刘雪成李文鑫 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 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、实验内容 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、M2、n＝f(Ia)及n=f(M2)。 2．调速特性 (1)改变电枢电压调速 保持U＝U N，I f＝I fN常值，M2＝常值，测取n＝f(Ua)。 (2)改变励磁电流调速 保持U＝U N，M2＝常值，R1＝0，测取n＝f(I f)。 (3)观察能耗制动过程 三、实验步骤 1. 并励电动机的工作特性和机械特性 实验线路如图所示。电机选用D17直流并励电动机，测功机(请阅测功机使 用说明)作为电动机负载。按照实验一方法起动直流并励电动机，其转向从测功 机端观察为逆时针方向。 将电动机电枢调节电阻R l调至零，同时调节直流电源调压旋钮、测功机的加 载旋钮和电动机的磁场调节电阻R f，调到其电机的额定值U＝U N，I＝I N，n＝n N， 其励磁电流即为额定励磁电流I fN，在保持U=U N和I＝I fN不变的条件下，逐次减 小电动机的负载，即将测功机的加载旋钮逆时针转动直至零。测取电动机输入电 流I、转速n和测功机的转矩M，共取6—7组数据，记录于表中。
2．调速特性 (1) 改变电枢端电压的调速 直流电动机起动后，将电阻R l调至零，同时调节负载(测功机)、直流电源及电阻R f使U＝U N、I f＝I fN、M2＝0.5 N·m，保持此时的M2的数值和I f＝I fN，逐次增加R1的阻值，即降低电枢两端的电压Ua，R l从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua、转速n和输入电流I, 共取5—6组数据，记录于表中。 (2) 改变励磁电流的调速 直流电动机起动后，将电阻R l和电阻R f调至零，同时调节直流调压旋钮和测功机加载旋钮，使电动机U＝U N，I f＝I fN，M2=0.5N·m，保持此时的M2数值和U＝U N的值，逐次增加磁场电阻R f，直至n＝1.3n N，每次测取电动机的n、I f和I，共取5—6组数据，记录于表中。 四、实验数据及处理 1. 并励电动机的工作特性和机械特性 表1－6 U＝U N＝220V，I f＝I fN＝82.1mA，Ra＝20 Ω 实验数据I （A） 1.080.990.800.520.430.280.16 n（r/min）1602161516281677169917221745 M2 (N.m) 1.060.960.860.420.320.130 计算数据Ia (A) 1.000.910.720.440.350.20.08 P2 (W)177.74 162.28 146.54 73.72 56.91 23.43 0.00 η (%)0.748 0.745 0.833 0.644 0.602 0.380 0.000 Δn＝ N N n n n 0×l00％=9.1% 1 2
自动控制原理实验报告
《自动控制原理》 实验报告 姓名： 学号： 专业： 班级： 时段： 成绩： 工学院自动化系
实验一 典型环节的MATLAB 仿真 一、实验目的 1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。 2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。 3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验原理 1．比例环节的传递函数为 K R K R R R Z Z s G 200,1002)(211 212==-=-=- = 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。 三、实验内容 按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK 仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。 ① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ； ② 惯性环节11)(1+= s s G 和1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节s s G =)(1 ⑤ 比例+微分环节（PD ）2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G ⑥ 比例+积分环节（PI ）s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+= 四、实验结果及分析 图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形
① 仿真模型及波形图1)(1=s G 和2)(1=s G ② 仿真模型及波形图11)(1+= s s G 和1 5.01)(2+=s s G 11)(1+= s s G 1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节
单片机直流电机控制实训报告
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，
自动化控制实验报告(DOC 43页)
自动化控制实验报告(DOC 43页)
本科生实验报告 实验课程自动控制原理 学院名称 专业名称电气工程及其自动化 学生姓名 学生学号2013 指导教师 实验地点6C901 实验成绩 二〇一五年四月——二〇一五年五月
线性系统的时域分析 实验一（3.1.1）典型环节的模拟研究 一. 实验目的 1． 了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式 2． 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响 二．典型环节的结构图及传递函数 方 框 图 传递函数 比例 （P ） K (S) U (S) U (S)G i O == 积分 （I ） TS 1 (S)U (S)U (S)G i O == 比例积分 （PI ） )TS 1 1(K (S)U (S)U (S)G i O +== 比例微分 （PD ） )TS 1(K (S) U (S) U (S)G i O +== 惯性 TS 1K (S)U (S)U (S)G i O += =
环节 （T） 比例 积分 微分 （PI D） S T K S T K K (S) U (S) U (S) G d p i p p i O + + = = 三．实验内容及步骤 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。 改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验报告 运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。1)．观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。 图3-1-1 典型比例环节模拟电路 传递函数： 1 (S) (S) (S) R R K K U U G i O= = = ；单位阶跃响应：
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
仪表自动控制实验报告
一、实验目的 1、通过实验对自控仪表和控制元器件有一具体认识。 2、了解自控原理，锻炼动手能力。学习并安装不同的温度自控电路。 3、通过对不同电路的调试和数据测量，初步掌握仪表自控技术。 4、要求按流程组装实验电路，并测量加热反应釜温度随加热时间的变化。 5、要求待反应釜加热腔温度稳定后测量加热釜轴向温度分布规律。 二、实验原理 仪表自动控制在现代化工业生产中是极其重要的，它减少大量手工操作，使操作人员避免恶劣、危险环境，自动快速完成重复工作，提高测量精度，完成远程传输数据。本实验就是仪表自动控制在化工生产和实验中非常重要的一个分支——温度的仪表自动控制。 图-1所示是本实验整套装置图。按图由导线连接好装置，首先设置“人工智能控制仪”的最终温度，输出端输出直流电压用于控制“SSR”（固态继电器），则当加热釜温度未达到最终温度时“SSR”是通的状态，电路导通，给加热釜持续加热；当加热釜温度达到最终温度后“SSR”是不通的状态，电路断开，加热釜加热停止。本实验研究的数据对象有两个：其一，测量仪表在加热釜开始加热后测量的升温过程，即温度随时间变化；其二，当温度达到最终温度并且稳定后，测量温度沿加热釜轴向的分布，即稳定温度随空间分布。 图-1 实验装置图
1、控温仪表，2测温仪表，3和4、测温元件（热电偶），5电加热釜式反应器， 6、保险 7、电流表，8固态调压器，9、滑动电阻，10、固态继电器（SSR），11、中间继电器，12、开关 实验装置中部分仪器的工作原理： 1，控温仪表：输出端输出直流电压控制SSR，当加热釜温度未达到预设温度时SSR使电路导通，持续加热；当达到最终温度后SSR使电路断开，加热停止。 2，测温仪表：与测温的热电偶相连，实时反馈加热釜内温度的测量值。 3、4，热电偶：分别测量加热腔和反应芯内的温度。工作原理：热电阻是利用金属的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量。它是由两种不同材料的导体焊接而成。焊接的一端插入被测介质中，感受被测温度，称为热电偶的工作端或热端。另一端与导线连接，称为自由端或冷端。若将其两端焊接在一起，且两段存在温度差，则在这个闭路回路中有热电势产生。如在回路中加一直流毫伏计，可见到毫伏计中有电势指示，电势的大小与两种不同金属的材料和温度有关，与导线的长短无关。 图2 热电偶工作原理 8，RSA固态调压器原理：通过电位器手动调节以改变阻性负载上的电压，来达到调节输出功率的目的（相当于一个滑动变阻器）。输出端接加热回路，输入端接控温仪表。 10，SSR 固态继电器工作原理：固态继电器是一种无触点通断电子开关，为四端有源器件。其中两个端子为输入控制端，另外两端为输出受控端。在输入端加上直流或脉冲信号，输出端就能从关断状态转变成导通状态（无信号时呈阻断状态），从而控制较大负载。可实现相当于常用的机械式电磁继电器一样的功能
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
自动控制系统实验报告
自动控制系统实验报告 学号： 班级： 姓名: 老师：
一．运动控制系统实验 实验一.硬件电路的熟悉和控制原理复习巩固 实验目的：综合了解运动控制实验仪器机械结构、各部分硬件电路以及控制原理，复习巩固以前课堂知识，为下阶段实习打好基础。 实验内容：了解运动控制实验仪的几个基本电路： 单片机控制电路（键盘显示电路最小应用系统、步进电机控制电路、光槽位置检测电路） ISA运动接口卡原理（搞清楚译码电路原理和ISA总线原理） 步进电机驱动检测电路原理（高低压恒流斩波驱动电路原理、光槽位置检测电路）两轴运动十字工作台结构 步进电机驱动技术（掌握步进电机三相六拍、三相三拍驱动方法。） 微机接口技术、单片机原理及接口技术，数控轮廓插补原理，计算机高级语言硬件编程等知识。 实验结果： 步进电机驱动技术： 控制信号接口： （1）PUL：单脉冲控制方式时为脉冲控制信号，每当脉冲由低变高是电机走一步；双 脉冲控制方式时为正转脉冲信号。 （2）DIR：单脉冲控制方式时为方向控制信号，用于改变电机转向；双脉冲控制方式 时为反转脉冲信号。
（3）OPTO ：为PUL 、DIR 、ENA 的共阳极端口。 （4）ENA ：使能/禁止信号，高电平使能，低电平时驱动器不能工作，电机处于自由状 态。 电流设定： （1）工作电流设定： （2）静止电流设定： 静态电流可用SW4 拨码开关设定，off 表示静态电流设为动态电流的一半，on 表示静态电流与动态电流相同。一般用途中应将SW4 设成off ，使得电机和驱动器的发热减少，可靠性提高。脉冲串停止后约0.4 秒左右电流自动减至一半左右（实际值的60％），发热量理论上减至36％。 （3）细分设定： （4）步进电机的转速与脉冲频率的关系 电机转速v = 脉冲频率P * 电机固有步进角e / (360 * 细分数m) 逐点比较法的直线插补和圆弧插补： 一．直线插补原理： 如图所示的平面斜线AB ，以斜线起点A 的坐标为x0，y0，斜线AB 的终点坐标为(xe ，ye)，则此直线方程为： 00 00Y Ye X Xe Y Y X X --= -- 取判别函数F ＝(Y —Y0)(Xe —Xo)—(X-X0)(Ye —Y0)
直流他励电动机实验报告记录
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
自动控制实验报告1
东南大学自动控制实验室 实验报告 课程名称：自动控制原理 实验名称：闭环电压控制系统研究 院（系）：仪器科学与工程专业：测控技术与仪器姓名：学号： 实验室：常州楼五楼实验组别：/ 同组人员：实验时间：2018/10/17 评定成绩：审阅教师： 实验三闭环电压控制系统研究
一、实验目的： （1）通过实例展示，认识自动控制系统的组成、功能。 （2）会正确实现闭环负反馈。 （3）通过开、闭环实验数据说明闭环控制效果。 二、实验原理： （1）利用各种实际物理装置（如电子装置、机械装置、化工装置等）在数学上的“相似性”，将各种实际物理装置从感兴趣的角度经过简化、并抽象成相同的数学形式。我们在设计控制系统时，不必研究每一种实际装置，而用几种“等价”的数学形式来表达、研究和设计。又由于人本身的自然属性，人对数学而言，不能直接感受它的自然物理属性，这给我们分析和设计带来了困难。所以，我们又用替代、模拟、仿真的形式把数学形式再变成“模拟实物”来研究。这样，就可以“秀才不出门，遍知天下事”。实际上，在后面的课程里，不同专业的学生将面对不同的实际物理对象，而“模拟实物”的实验方式可以做到举一反三，我们就是用下列“模拟实物”——电路系统，替代各种实际物理对象。 （2）自动控制的根本是闭环，尽管有的系统不能直接感受到它的闭环形式，如步进电机控制，专家系统等，从大局看，还是闭环。闭环控制可以带来想象不到的好处，本实验就是用开环和闭环在负载扰动下的实验数据，说明闭环控制效果。自动控制系统性能的优劣，其原因之一就是取决调节器的结构和算法的设计（本课程主要用串联调节、状态反馈），本实验为了简洁，采用单闭环、比例调节器K。通过实验证明：不同的K，对系性能产生不同的影响，以说明正确设计调节器算法的重要性。 （3）为了使实验有代表性，本实验采用三阶（高阶）系统。这样，当调节器K值过大时，控制系统会产生典型的现象——振荡。本实验也可以认为是一个真实的电压控制系统。 三、实验设备： THBDC-1实验平台 四、实验线路图： 五、实验步骤：
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
自动控制原理实验报告73809
-150-100 -50 50 实验一 典型环节的模拟研究及阶跃响应分析 1、比例环节 可知比例环节的传递函数为一个常数： 当Kp 分别为0.5，1，2时，输入幅值为1.84的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为0.92，1.84，3.68的反向阶跃信号。实验中，输出信号依次为幅值为0.94，1.88，3.70的反向阶跃信号， 相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%. 在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。 2、 积分环节 积分环节传递函数为： （1）T=0.1(0.033)时，C=1μf (0.33μf )，利用MATLAB ，模拟阶跃信号输入下的输出信号如图： T=0.1 T=0.033 与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上T=0.033时的波形斜率近似为T=0.1时的三倍，实际上为8/2.6=3.08，在误差允许范围内可认为满足理论条件。 3、 惯性环节 i f i o R R U U -=TS 1 CS R 1Z Z U U i i f i 0-=-=-=15 20
惯性环节传递函数为： K = R f /R 1,T = R f C, （1） 保持K = R f /R 1 = 1不变，观测T = 0.1秒，0.01秒（既R 1 = 100K,C = 1μf ， 0.1μf ）时的输出波形。利用matlab 仿真得到理论波形如下： T=0.1时 t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3%,读数误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28， 相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值 较为接近。 T=0.01时 t s （5%）理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为：（40-30）/30=33.3% 由于ts 较小，所以读数时误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28， 相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值较为接近 （2） 保持T = R f C = 0.1s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。 K=1时波形即为（1）中T0.1时波形 K=2时，利用matlab 仿真得到如下结果： t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3% 读数误差较大 K 理论值为2，实验值4.30/2.28， 1 TS K )s (R )s (C +-=
电动机实验报告doc
电动机实验报告 篇一：电机实验报告 黑龙江科技大学 综合性、设计性实验报告 实验项目名称电机维修与测试 所属课程名称电机学 实验日期 XX年5.6—5.13 班级电气11-13班 学号 姓名 成绩 电气与信息工程学院实验室 篇二：电机实验报告 实验报告本 课程名称：电机拖动基础班级：电气11-2 姓名田昊石泰旭孙思伟 指导老师：_史成平 实验一单相变压器实验 实验名称：单相变压器实验 实验目的：1.通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。
2.通过负载实验测取变压器的运行特性。 实验项目：1. 空载实验测取空载特性U0=f(I0), P0=f(U0)。 2. 短路实验测取短路特性Uk=f(Ik), Pk=f(I)。 3. 负载实验保持U1=U1N，cos?2?1的条件下，测取U2=f(I2)。 （一）填写实验设备表 （二）空载实验 1．填写空载实验数据表格 2. 根据上面所得数据计算得到铁损耗PFe、励磁电阻Rm、励磁电抗Xm、电压比k （三）短路实验 1. 填写短路实验数据表格 O （四）负载实验 1. 填写负载实验数据表格 表3 cos?2=1 （五）问题讨论 1. 在实验中各仪表量程的选择依据是什么？ 根据实验的单相变压器额定电压、额定电流、额定容量、空载电压，单 相变压器电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸等。 2. 为什么每次实验时都要强调将调压器恢复到
起始零位时方可合上电源开关或断开电源开关？ 防止误操作造成人身伤害、防止对变压器及其它仪器仪表等设备过压过 流而损坏。 3. 实验的体会和建议 1.电压和电流的区别：空载试验在低压侧施加额定电压，高压侧开路;短路 试验在高压侧进行，将低压侧短路，在高压侧施加可调的低电压。2.测量范围的不同：空载试验主要测量的是铁芯损耗和空载电流, 而短路试 验主测量的是短路损耗和短路电阻。3.测量目的不同：空载试验主要测量数据反映铁芯情况，短路试验反映的是线圈方面的问题。 4.试验时，要注意电压线圈和电流线圈的同名端，要避免接错线。选择的导 线应该是高压导线，要不漏线头要有绝缘外皮保护。5.通过负载试验可以知道变压器的阻抗越小越好。阻抗起着限制变压器的电 流的作用，在设计时我们要考虑这些。 篇三：直流电动机实验报告 电机 实验报告 课程名称：______电机实验_________指导老师：___
自动控制原理MATLAB仿真实验报告
实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析） 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些？ 2、 如何判断系统稳定性？ 3、 系统的动态性能指标有哪些？ 三、实验方法 （一） 四种典型响应 1、 阶跃响应： 阶跃响应常用格式： 1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应： 脉冲函数在数学上的精确定义：0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为：) ()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ② ); ,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = （二） 分析系统稳定性 有以下三种方法： 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图； 2、 利用tf2zp 求出系统零极点； 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.
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。R1用D44的180Ω阻值。R2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R1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R1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R2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。测取电动机电枢输入电流I a，转速n和校正电机的负载电流I F（由校正曲线查出电动机输出对应转矩T2）。共取数据9-10组，记录于表2-7中。 表2－7 U＝U N＝220 V I f=I fN= 74 mA I f2= 100 mA
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
[精编]自动化控制实验报告
自动化控制实验报告
本科生实验报告 实验课程自动控制原理 学院名称 专业名称电气工程及其自动化 学生姓名 学生学号2013 指导教师 实验地点6C901 实验成绩 二〇一五年四月——二〇一五年五月 线性系统的时域分析 实验一（3.1.1）典型环节的模拟研究 一.实验目的 1．了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式2．观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响二．典型环节的结构图及传递函数
三．实验内容及步骤 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。 改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验报告 运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。 1)．观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。 图3-1-1典型比例环节模拟电路 传递函数：；单位阶跃响应： 实验步骤：注：‘SST’用短路套短接！ （1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT），作为系统的信号输入（Ui）；该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。 ①在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。 ②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度＞1秒（D1单元左显示）。 ③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=4V（D1单元右显示）。 （2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。 （a）安置短路套（b）测孔联线
实验二 直流并励电动机
实验二直流并励电动机 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.预习要点 1.什么是直流电动机的工作特性和机械特性？ 2.直流电动机调速原理是什么？ 三.实验项目 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、n=f(I a)及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(Ua)。 (2)改变励磁电流调速 保持U=U N，T2 =常数，R1 =0，测取n=f(I f)。 (3)观察能耗制动过程 四．实验设备及仪器 1．NMEL系列电机教学实验台的主控制屏。 2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（NMEL-13）。 3．可调直流稳压电源（含直流电压、电流、毫安表） 4．直流电压、毫安、安培表（NMEL-06）。 5．直流并励电动机。M03 (U N=220v，I N=1.1A，n N=1600) 6．波形测试及开关板（NMEL-05）。 7．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。 五．实验方法 1．并励电动机的工作特性和机械特性。 实验线路如图1-6所示 U1：可调直流稳压电源 R1、R f：电枢调节电阻和磁场调节电阻， 位于NMEL-09。
电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。 b．直流电机正常起动后，将电枢串联电阻R1调至零，调节直流可调稳压电源的输出至220V，再分别调节磁场调节电阻R f和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：U=U N=220V，Ia=I N，n=n N=1600r/min，此时直流电机的励磁电流I f=I fN（额定励磁电流）。 c．保持U=U N，I f=I fN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节“转矩设定”电位器，测取电动机电枢电流I a、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表1-8中。表U＝U N＝221V I f=I fN=56.1mA I f2=1.1 A
北航自动控制原理实验报告(完整版)
自动控制原理实验报告 一、实验名称：一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、实验目的 1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系 2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法 3、学习阶跃响应的测试方法 三、实验内容 1、建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T时的响应曲线，测定过渡过程时间T s 2、建立二阶系统电子模型，观测并记录不同阻尼比的响应曲线，并测定超调量及过渡过程时间T s 四、实验原理及实验数据 一阶系统 系统传递函数： 由电路图可得，取则K=1，T分别取：0.25, 0.5, 1 T 0.25 0.50 1.00 R2 0.25MΩ0.5M Ω1MΩ C 1μ1μ1μ T S 实测0.7930 1.5160 3.1050 T S 理论0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1 图1.2 图1.3 误差计算与分析 （1）当T=0.25时，误差==6.12%； （2）当T=0.5时，误差==1.32%； （3）当T=1时，误差==3.58% 误差分析：由于T决定响应参数，而,在实验中R、C的取值上可能存在一定误差，另外，导线的连接上也存在一些误差以及干扰，使实验结果与理论值之间存在一定误差。但是本实验误差在较小范围内，响应曲线也反映了预期要求，所以本实验基本得到了预期结果。 实验结果说明 由本实验结果可看出，一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线，特征有T确定，T越小，过度过程进行得越快，系统的快速性越好。 二阶系统 图1.1 图1.2 图1.3
系统传递函数： 令 二阶系统模拟线路 0.25 0.50 1.00 R4 210.5 C2 111 实测45.8% 16.9% 0.6% 理论44.5% 16.3% 0% T S实测13.9860 5.4895 4.8480 T S理论14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1 图2.2 图2.3 注：T s理论根据matlab命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出，否则误差较大。 误差计算及分析 1）当ξ=0.25时，超调量的相对误差= 调节时间的相对误差= 2）当ξ=0.5时，超调量的相对误差==3.7% 调节时间的相对误差==3.4% 4）当ξ=1时，超调量的绝对误差= 调节时间的相对误差==3.46% 误差分析：由于本试验中，用的参量比较多，有R1,R2,R3,R4;C1,C2;在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差，误差再累加，导致最终结果出现了比较大的误差，另外，此实验用的导线要多一点，干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。但是在观察响应曲线方面，这些误差并不影响，这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点，通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系，不影响预期的效果。 实验结果说明 由本实验可以看出，当ωn一定时，超调量随着ξ的增加而减小，直到ξ达到某个值时没有了超调；而调节时间随ξ的增大，先减小，直到ξ达到某个值后又增大了。 经理论计算可知，当ξ=0.707时，调节时间最短，而此时的超调量也小于5%，此时的ξ为最佳阻尼比。此实验的ξ分布在0.707两侧，体现了超调量和调节时间随ξ的变化而变化的过程，达到了预期的效果。 图2.2 图2.1 图2.3