实验一 不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究
单闭环不可逆直流调速系统仿真实验设计
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。
实验一 不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究
南昌大学实验报告学生姓名：学号：专业班级：自动化121班实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：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．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。
单闭环不可逆直流调速系统设计
单闭环不可逆直流调速系统设计1.方案分析与认证1.1转速控制调速指标与要求直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大X围内实现平滑调速，在许多需要调速的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
从控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以应该首先掌握直流拖动控制系统。
为了进行定量的分析，可以针对前两项要求定义两个调速指标，叫做“调速X围”和“静差率”。
这两个指标合成调速系统的稳态性能指标。
一个调速系统的调速X围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调X围。
在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速作为最高转速，若额定负载下的转速降落为，则按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即，于是，最低转速为，而调速X围为，将上式的式代入，得，表示变压调速系统的调速X围、静差率和额定速降之间所满足的关系。
晶闸管-电动机系统是开环系统，调节控制电压就可以改变电动机的转速，如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定X围内的无级调速，但是，许多需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要求，例如龙门刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工时负载大校场有波动，但是，为了保证共建的加工精度和加工后的表面光洁度，加工过程中的速度却必须稳定，也就是说，静差率不能太大，一般要求，调速X围D=20~30，静差率s≤5%。
又如热连轧机，各机架轧辊分别由单独的电动机拖动，钢材在几个机架内连续轧制，要求各机架出口线速度保持严格的比例关系，使被轧金属的每秒流量相等，才不致造成钢材拱起或拉断，根据工艺要求，须使调速X围D=3~10时，保证静差率s≤0.2%~0.5%。
在这些情况下，开环调速系统往往不能满足要求。
任何一台需要控制转速的设备，其生产工艺对消速性能都有一定的要求。
例如，最高转速与最低转速之间的X围，是有级调速还是无级调速，在稳态运行时允许转速波动的大小，从正转运行变到反转运行的时间间隔，突加或突减负载使得允许的转速波动，运行停止时要求的定位精度等等。
实验三-单闭环不可逆直流调速系统实验
实验三-单闭环不可逆直流调速系统实验信息工程学院11级应用电子技术（4）班吴晓强3111002716实验三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。
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）。
对调速指标要求不咼的场合，米用单闭环系统，而对调速指标较高的则米用多闭环系统。
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“速度变换”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 Ct，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，电机最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。
在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加 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U Ct ，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出, 从而构成了电流负反馈闭环系统。
电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅 所决定。
同样，电流调节器若采用 P (比例)调节，对阶跃输入有稳态误差，要 消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。
当“给定”恒定时，闭环系统对 电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电 流能稳定在一定的范围内变化。
单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告
单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告摘要：本文基于基本原理和方法，设计和仿真了一个单闭环直流调速系统。
首先介绍了直流电机调速的基本原理，然后根据系统要求，设计了控制系统的结构和参数，包括PID控制器的参数调整方法。
接下来使用Matlab/Simulink软件进行系统仿真实验，对系统的性能进行评估。
最后根据仿真结果对系统进行分析和总结，并提出了可能的改进方法。
关键词：直流电机调速、单闭环控制系统、PID控制器、仿真实验一、引言直流电机广泛应用于机械传动系统中，通过调节电机的电压和电流实现电机的调速。
在实际应用中，需要确保电机能够稳定运行，并满足给定的转速要求。
因此，设计一个高性能的直流调速系统至关重要。
本文基于单闭环控制系统的原理和方法，设计和仿真了一个直流调速系统。
首先介绍了直流电机调速的基本原理，然后根据系统要求，设计了控制系统的结构和参数，并采用PID控制器进行调节。
接着使用Matlab/Simulink软件进行系统仿真实验，并对系统的性能进行评估。
最后根据仿真结果对系统进行分析和总结，并提出了可能的改进方法。
二、直流电机调速的基本原理直流电机调速是通过调节电机的电压和电流实现的。
电压变化可以改变电机的转速，而电流变化可以改变电机的转矩。
因此，通过改变电机的电压和电流可以实现电机的调速。
三、控制系统设计和参数调整根据系统的要求，设计一个单闭环控制系统，包括传感器、控制器和执行器。
传感器用于测量电机的转速，并将信息传递给控制器。
控制器根据测量的转速和给定的转速进行比较，并调节电机的电压和电流。
执行器根据控制器的输出信号来控制电机的电压和电流。
在本实验中，采用PID控制器进行调节。
PID控制器的输出信号由比例项、积分项和微分项组成，可以根据需要对各项参数进行调整。
调整PID控制器的参数可以使用试错法、频率响应法等方法。
四、系统仿真实验使用Matlab/Simulink软件进行系统仿真实验，建立直流调速系统的模型，并对系统进行性能评估。
[vip专享]《电力拖动自动控制系统》实验讲义(2)
![[vip专享]《电力拖动自动控制系统》实验讲义(2)](https://img.taocdn.com/s3/m/75aedb4dd15abe23482f4dc6.png)
W
2．电枢回路电感 L 的测定 电枢电路总电感包括电机的电枢
N
2
A M
直流电动机M03 图1-2 电枢回路电感L的测定
电感 La，平波电抗器电感 LL 和整流变压器漏感 LB，由于 LB 数值很小，可忽略，故电枢回
路的等效总电感为
L=La+LL
电感的数值可用交流伏安法测定。电动机应加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如
常情况，应立即切断电源，排除故障后方可继续实验。
9．保持实验室环境整洁，实验结束后将实验器材及仪器摆放整齐。
（二）实验报告要求
1．作出实验所得各种曲线，计算有关参数。
2．由 Ks=f(Uct)特性,分析晶闸管装置的非线性现象。
3. 小结实验体会。
6
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）
PK（W ）
MK（ N m
GD2 (N m2 )
4．主电路电磁时间常数的测定
采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数 Tl，电枢回路突加给定电压时，电流 id 按
指数规律上升
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交流调速实验报告
实验一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序号型号备注1 DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。
2 DJK02 晶闸管主电路3 DJK02-1三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”,“正桥功放”，“反桥功放”等几个模块。
4 DJK04电机调速控制实验I 该挂件包含“给定”，“电流调节器”，“速度变换”，“电流反馈与过流保护”等几个模块。
5 DJK08可调电阻、电容箱6 DD03-2电机导轨﹑测速发电机及转速表或者“DD03-3电机导轨﹑光码盘测速系统及数显转速表”7 DJ13-1直流发电机8 DJ15直流并励电动机9 D42 三相可调电阻10 慢扫描示波器自备11 万用表自备225三、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“速度变换”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 Ct，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，电机最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。
《运动控制系统》实验指导书解读
《运动控制系统》实验指导书逄海萍刘建芳编青岛科技大学自动化与电子工程学院电气工程教研室实验一晶闸管不可逆直流调速系统主要单兀调试,,1实验二不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究,,4实验三双闭环晶闸管不可逆直流调速系统,,,,,8实验四双闭环可逆直流脉宽调速系统,,,,,,15实验一晶闸管不可逆直流调速系统主要单元调试一、实验目的1 •熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。
2 •掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。
二、实验内容1. 转速调节器ASR和电流调节器调节器ACR的调试2 .触发单元的调试3 .主电路的调试三、实验设备及仪器1 . MCL系列教学实验台主控制屏。
2. MCL--31 组件(适合MCL--111)3. MCL--34 组件。
4. MEL-11 挂箱5. 双踪示波器6 .万用表四、注意事项1 .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。
2 .电流表要与电动机的电枢串联，严禁并联。
3 .改接线路前断开电源。
4 .脉冲观察孔不能于晶闸关门极相连。
五、实验方法及步骤1. 速度调节器(ASR)的调试(1) 调整ASR的输出限幅值①“ 5”、“ 6”端接MEL-11挂箱电容(7卩)，使ASR调节器为PI调节器，将Ug接到ASR 的1端，零速封锁(DZS)的3端接到ASR的4端，零速封锁开关打到“解除”。
②接通“低压直流电源”，增加给定，调节ASR的RP1,RP2,使ASR的输出限幅值为± 3V。
③给定调到0，断开“低压直流电源”。
(2) 测定输入输出特性①将反馈网络中的电容短接(“ 5”、“6”端短接)，使ASR调节器为P调节器。
(1)主电路未通电, 板上的直流低压电源引到用示波器观察 MCL — 33的六个脉冲观察孔,应有双窄脉冲，且间隔均匀，幅值 ② 接通“低压直流电源”，调节给定电位器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测 出相应的输出电压，直至输出达到限幅值，并画出输入输出特性曲线。
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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1-7。
四．实验设备及仪表
1．教学实验台主控制屏。
2．NMCL—31A组件
3．NMCL—33组件
4．NMEL—03组件
5．NMCL—18组件
6．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机M01
7．直流电动机M03
8．双踪示波器
9．万用表
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．系统开环连接时，不允许突加给定信号U g起动电机。
6．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。
7．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．移相触发电路的
调试（主电路未通电）
（a）用示波器观察
NMCL—33的双脉冲观
察孔，应有双脉冲，且间
隔均匀，幅值相同；观察
每个晶闸管的控制极、阴
极电压波形，应有幅值为
1V～2V的双脉冲。
（b）触发电路输出
脉冲应在30°～90°范围
内可调。
可通过对偏移电
压调节单位器及ASR输
出电压的调整实现。
例
如：使ASR输出为0V，
调节偏移电压，实现
α=90°；再保持偏移电压
不变，调节ASR的限幅
电位器RP1，使α=30°。
2．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U g调至零，直流电机励磁电源开关闭合。
b．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输出，使U uv、Uvw、Uwu=200V。
c．调节给定电压U g，使直流电机空载转速n0=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7～8点，读取整流装置输出电压U d，输出电流i d以及被测
3．带转速负反馈有静差工作的系统静特性
a ．断开G （给定）和U ct 的连接线，ASR 的输出接至U ct ，把ASR 的“5”、“6”点短接。
b ．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节U uv ，U vw ，U wu 为200伏。
c ．调节给定电压U g 至2V ，调整转速变换器RP 电位器，使被测电动机空载转速n 0=1500转/分，调节ASR 的调节电容以及反馈电位器RP3，使电机稳定运行。
n 。
4．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 ．断开ASR 的“5”、“6”短接线，“5”、“6”端接可调电容，可预置7μF ，使ASR 成为PI
（比例—积分）调节器。
b．调节给定电压U g，使电机空载转速n0=1500转/分。
在额定至空载范围内测取7～8
七．实验报告
绘制实验所得静特性，并进行分析、比较。
八．思考题
1．系统在开环、有静差闭环与无静差闭环工作时，速度调节器ASR各工作在什么状态？实验时应如何接线？
2．要得到相同的空载转速n0，亦即要得到整流装置相同的输出电压U，对于有反馈与无反馈调速系统哪个情况下给定电压要大些？为什么？
3．在有转速负反馈的调速系统中，为得到相同的空载转速n0，转速反馈的强度对U g 有什么影响？为什么？
4．如何确定转速反馈的极性与把转速反馈正确地接入系统中？又如何调节转速反馈的强度，在线路中调节什么元件能实现？。