实验四双闭环可逆直流脉宽调速系统
双闭环调速实验报告
实验四双闭环不可逆直流调速系统实验一、实验目的(1)了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成与各主要单元部件的原理。
(2)掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法与参数的整定。
(3)研究调节器参数对系统动态性能的影响。
二、实验原理启动时，加入给定电压U g，“速度调节器”和“电流调节器”即以饱和限幅值输出，使电动机以限定的最大启动电流加速启动，直到电机转速达到给定转速(即U g =U fn)，并在出现超调后，“速度调节器”和“电流调节器”退出饱和，最后稳定在略低于给定转速值下运行。
系统工作时，要先给电动机加励磁，改变给定电压U g的大小即可方便地改变电动机的转速。
“速度调节器”、“电流调节器”均设有限幅环节，“速度调节器”的输出作为“电流调节器”的给定，利用“速度调节器”的输出限幅可达到限制启动电流的目的。
“电流调节器”的输出作为“触发电路”的控制电压U ct，利用“电流调节器”的输出限幅可达到限制αmax的目的。
在本实验中DJK04上的“调节器I”做为“速度调节器”使用，“调节器II”做为“电流调节器”使用；若使用DD03-4不锈钢电机导轨、涡流测功机与光码盘测速系统和D55-4智能电机特性测试与控制系统两者来完成电机加载请详见附录相关内容。
图5-10 双闭环直流调速系统原理框图三、实验器材DJK01 电源控制屏、DJK02 晶闸管主电路、DJK02-1三相晶闸管触发电路、DJK04 电机、调速控制实验I DJK08可调电阻、电容箱DD03-3电机导轨、光码盘测速系统与数显转速表、DJ13-1直流发电机、DJ15直流并励电动机、D42三相可调电阻慢扫描示波器万用表四、实验步骤(2)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。
②将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。
实验四 双闭环控制可逆直流脉宽调速系统
实验四双闭环控制可逆直流脉宽调速系统（H 桥）一、实验目的(1)了解转速、电流双闭环可逆直流PWM调速系统的组成、工作原理及各单元的工作原理。
(2)掌握双闭环可逆直流PWM 调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。
(3)测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能指标。
二、实验原理图4-1 双闭环H 桥DC/DC 变换直流调速系统原理框图速度给定信号G，速度调节器ASR，电流调节器ACR，控制PWM信号产生装置UPM，DLD单元把一组PWM波形分成两组相差180°的PWM 波，并产生一定的死区，用于控制两组臂；GD的作用是形成四组隔离的PWM驱动脉冲；PWM 为功率放大电路，直接给电动机M供电；DZS是零速封锁单元；FA限制主电路瞬时电流，过流时封锁DLD单元输出；电流反馈调节单元CFR；速度反馈调节SFR。
三、实验所需挂件及附件四、实验内容与步骤(1)系统单元调试①速度调节器(ASR)和电流调节器(ACR)的调零把调节器的输入端1、2、3 全部接地，4、5 之间接50K电阻，调节电位器RP3，使输出端7绝对值小于1mv。
②速度调节器(ASR)和电流调节器(ACR)的输出限幅值的整定在调节器的3个输入中的其中任一个输入接给定，在4、5之间接50K电阻、1uF 电容，调节给定电位器，使调节器的输入为-1V，调节电位器RP1，使调节器的输出7为+4V（输出正限幅值）；同样把给定调节为+1V，调节RP2，把负限幅值调节为-4V。
③零速度封锁器（DZS）观测首先把零速封锁器的输入悬空，开关S1拨至“封锁”状态，输出接速度或者电流调节器的零速封锁端6，无论调节器的输入如何调节，输出7始终为零。
把面板上的给定输出接至零速封锁单元其中一路，另一路悬空，增大给定，测量零速封锁单元输出端3：给定的绝对值大于0.26V左右时，封锁端3输出-15V；减小给定，给定的绝对值小于0.17V左右时，封锁端3输出+15V。
双闭环可逆直流脉宽调速系统设计
ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ
１ 系统原理
转速、 电流双闭环直流调速系统是 以直流电 机调 压为基 本调速方 式 ， 在 电机负载扰 动或其 它干扰存在 时能表现 出良好 的静 态和动态转速 性能 ， 同时由于 电流环控制及其限幅作用 ， 使 电 机 在动态过 程中能在 不超载情况下满足转 速调
整 的快 速性 和 起 动 特 性 。 采 用Ｈ桥 式 电路 结 构 可
ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｒ ｅ ｓ ａ ｔ ｉ ｓ ｉ ｆ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ
直流电机具有较 大的起动和制动转矩 ， 调速
指标能够 满足直流 电机 在工 业现场 的应 用。
关键 词： 直 流脉宽 调速
路设 计
双 闭环
直流 电动 机 电
采用Ｈ 桥为主电路的直流脉宽调制法实现 的
直 流 电机 可逆 调 速 系统 包 括 主 电路 、 驱 动 电路 、
中图分类号 ： Ｔ Ｍ３ ０ ６ 文献标 识码 ： Ａ
Ｐ ＷＭ脉冲发生电路、 信号检测电路和保护电路， 并 分别采用微处 理器和模拟 电路实现转速 和电 流的双 闭环控制 。 通过对建 立的试验 系统进行 测试 ， 结果 表明该 系统能满足 各项 性能指标要 求， 安全可靠。 下面在介 绍直流脉宽调速 原理 的
双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)实验报告(2014)
正转时，闭环控制特性 n = f(Ug)
n（rpm）
1172 1100 1000 902 791 692 594
Ug（V）
4.06 3.78 3.41 3.07 2.69 2.35 2.02
反转时，闭环控制特性 n = f(Ug)
n（rpm）
1168 1096 997
Ug（V）
4.02 3.77 3.43
实验名称：双闭环控制的直流脉宽调速系统（H 桥）
实验目的：
1． 了解 PMW 全桥直流调速系统的工作原理。 2． 分析电流环与速度环在直流调速系统中的作用。
实验仪器设备：
1．DJK01 电源控制屏； 2．DJK08 可调电阻、电容箱； 3．DJK09 单相调压与可调负载； 4．DJK17 双闭环 H 桥 DC/DC 变换直流调速系统； 5．DD03-2 电机导轨、测速发电机及转速表； 6．DJ13-1 直流发电机； 7．DJ15 直流并励发电机； 8．D42 三相可调电阻； 9．慢扫描示波器； 10．万用表。
实验数据及结果：
系统的开环特性 n =f（Id）
n（rpm）
1130
Id（A）
0.9
1160 0.8
1190 0.7
1225 0.58
1265 0.45
1288 0.4
1300 0.37
电动机转速接近 n=l200rpm，闭环机械特性 n =f(Id)
n（rpm）
1168 1146 1116 1101
Ug 不变，改变 RG 使 Id 逐渐下降，测出相应的转速 n 及电流平均值 Id。 2．系统闭环特性的测定：将电流反馈量调节电位器调到最高端。 转向选择开关拨至“正向”，Ug >0，电动机启动后，测量测速发电机输出电压，将高电 位端接入速度反馈的 T1 端，低电位端接入 T2 端，以保证速度反馈为负值。 闭环机械特性的测定： 1) 调节给定 Ug 、转速反馈和电流反馈调节电位器使电机转速 n=1200rpm，这时 Un
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真验证
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真验证双闭环可逆直流脉宽调制（PWM）调速系统是一种常见的电机调速控制方案。
该系统通过两个闭环来实现电机的速度控制和电流控制，从而实现精准的调速效果。
本文将介绍双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的设计原理，并使用MATLAB进行仿真验证。
设计原理：该系统由以下几个主要部分组成：1.输入信号：输入信号一般是一个速度设定值，表示期望电机的转速。
该信号可以通过人机界面或其他控制系统输入。
2.速度控制环：速度控制环根据输入信号和反馈信号之间的差异来控制电机的转速。
常见的速度控制算法有比例控制、积分控制和微分控制。
3.脉宽调制器：脉宽调制器根据速度控制环输出的控制信号来生成PWM信号，控制电机的转速。
通常使用的脉宽调制算法有定时器计数法和比较器法。
4.电流控制环：电流控制环根据PWM信号和反馈信号之间的差异来控制电机的电流。
常见的电流控制算法有比例控制、积分控制和微分控制。
5.电机驱动器：电机驱动器将电流控制环输出的控制信号转换为电机驱动信号，驱动电机正常运转。
MATLAB仿真验证：为了验证双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的性能，可以使用MATLAB进行仿真。
以下是一种基本的MATLAB仿真流程：1.定义电机模型：根据电机的参数和特性，定义一个数学模型来表示电机的动态响应，例如通过电机的转矩-转速曲线或电机的方程。
2.设计速度控制器：根据系统要求和电机模型，设计一个适当的速度控制器。
可以使用PID控制器或其他控制算法。
3.设计PWM调制器：根据速度控制器输出的控制信号，设计一个PWM调制器来生成PWM信号。
根据电机模型和控制要求，选择合适的PWM调制算法。
4.设计电流控制器：根据PWM信号和电机模型，设计一个电流控制器。
可以使用PID控制器或其他控制算法。
5. 仿真验证：将以上设计参数输入到MATLAB仿真模型中，并进行仿真验证。
可以使用Simulink工具箱来搭建仿真模型，并通过逐步增加负载或改变速度设定值等方式来验证系统的性能。
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计一、系统概述二、系统设计原理1.速度内环设计原理速度内环的目标是实现对电机转速的闭环控制。
通过测量电机输出轴速度和设定速度值之间的差异，根据PID控制算法计算出控制信号，通过控制器输出的脉宽PWM信号调节电机的输出转矩，从而实现对电机速度的控制。
2.电流外环设计原理电流外环的目标是实现对电机电流的闭环控制。
通过测量电机的电流和设定电流值之间的差异，根据PID控制算法计算出电流控制信号，通过控制器输出的脉宽PWM信号调节电机的电流，从而实现对电机电流的控制。
三、系统构建要素1.电机驱动模块：用于控制电机的转矩和速度，并提供脉宽PWM信号输出接口。
通常使用MOSFET或IGBT作为功率开关元件。
2.速度测量模块：用于测量电机输出轴的转速，通常采用霍尔元件或编码器。
3.电流测量模块：用于测量电机的电流。
通常通过电流传感器或全桥电流检测器实现。
4.控制器：对测量的速度和电流数据进行处理，根据PID控制算法计算出合适的脉宽PWM信号，控制电机的转速和电流。
5.信号调理模块：用于对控制信号进行滤波和放大，以保证信号的稳定性和合理性。
6.反馈回路：将测量得到的电机速度和电流数据反馈给控制器，以实现闭环控制。
7.电源模块：为整个系统提供稳定的电源。
四、系统工作流程1.控制器通过速度测量模块获取电机的实际速度，并与设定速度进行比较计算出速度误差。
2.控制器通过电流测量模块获取电机的实际电流，并与设定电流进行比较计算出电流误差。
3.将速度误差和电流误差作为输入，经过PID控制算法计算出合适的脉宽PWM信号。
4.控制器将计算得到的脉宽PWM信号通过信号调理模块进行滤波和放大，然后输出到电机驱动模块。
5.电机驱动模块根据脉宽PWM信号的占空比调节电机的输出转矩和电流。
6.通过反馈回路将电机的实际速度和电流信息返回给控制器。
7.根据反馈信息对速度误差和电流误差进行修正，进一步优化脉宽PWM信号的计算。
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计一、系统结构设计：系统结构包括输入电源、PWM逆变器、直流电机、电流环和速度环。
输入电源提供电压给PWM逆变器，PWM逆变器将直流电压转换为交流电压，并通过变换器将其提供给直流电机。
同时，电流环用于控制PWM逆变器输出的电流，速度环用于控制直流电机的转速。
二、电流环控制器设计：电流环控制器根据直流电机当前的速度误差，计算所需的电流控制量。
该控制量将通过PWM逆变器的调制信号控制输出电流的大小。
电流环控制器可以采用PI控制器或者其他控制算法，根据系统要求进行选择。
三、速度环控制器设计：速度环控制器根据输入的期望转速和直流电机当前的转速误差，计算所需的电流控制量。
该控制量将通过电流环控制器的反馈信号，控制电流环控制器的输出。
速度环控制器可以采用PI控制器或者其他控制算法，根据系统的要求进行选择。
四、参数调节与优化：在系统设计完成后，需要进行参数调节和优化来使系统达到更好的性能。
参数调节可以通过试验来进行，根据试验的结果来逐步调整控制器的参数，以达到期望的控制效果。
参数优化可以通过优化算法来进行，根据系统的动态特性和性能指标进行参数优化，以提高系统的控制性能。
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的设计需要考虑系统的控制精度、动态响应速度和稳定性等因素。
在实际的设计过程中，还需要考虑系统的成本和可行性等因素。
在设计完成后，还需要进行系统的实验验证，以确定系统是否满足设计要求，并进行必要的修改和改进。
总之，双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的设计是一个复杂的过程，需要综合考虑系统的各个方面因素，并进行系统的参数调节和优化。
只有设计合理、参数优化的系统才能提高直流电机的控制性能和精度。
双闭环直流可逆调速系统设计
双闭环直流可逆调速系统设计
一、实现双闭环直流可逆调速系统的基本原理
双闭环直流可逆调速系统是一种复杂的控制系统，通过控制电机转速
调整和调节，可以实现直流可逆调速系统的功能。
它的工作原理是：当电
机的转速发生变化时，运用程序控制器调整反馈信号。
在反馈信号中，检
测电机转速，并将其作为参考，经过放大器检测调节，将放大器调节的参
数输入给程序控制器，然后根据给定的转速和调节参数，程序控制器根据
相关的算法，调节步进电机的每一步的转速，实现当电机转速发生变化时，程序控制器控制电机转速。
二、双闭环直流可逆调速系统的组成
1.输入信号源：输入信号源主要有可逆调节信号和程序控制参数信号，两者同时作用，确定电机控制的转速范围和精度要求，从而保证可逆调速
系统的精度。
2.程序控制器：程序控制器是可逆调速系统的核心，它根据输入的控
制信号，控制反馈电路，实时获取电机的转速参数，根据算法，按照程序
控制的调节参数调节步进电机，实现调节目标速度。
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实验报告
题目
学院
专业
班级
学号
学生姓名
指导教师
完成日期年月日
实验四双闭环可逆直流脉宽调速系统
一．实验目的
1．掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理. 2．熟悉直流PWM 专用集成电路SG3525 的组成、功能与工作原理。
3．熟悉H 型PWM 变换器的各种控制方式的原理与特点。
4．掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。
二．实验内容
1．PWM 控制器SG3525 性能测试。
2．控制单元调试。
3．系统开环调试。
4．系统闭环调试
5．系统稳态、动态特性测试。
6．H 型PWM 变换器不同控制方式时的性能测试。
三．实验系统的组成和工作原理
在中小容量的直流传动系统中，采用自关断器件的脉宽调速系统比相控系统具有更多的优越性，因而日益得到广泛应用。
双闭环脉宽调速系统的原理框图如图6—10 所示。
图中可逆PWM 变换器主电路系采用MOSFET 所构成的H 型结构形式，UPW 为脉宽调制器，DLD 为逻辑延时环节，GD 为MOS 管的栅极驱动电路，FA 为瞬时动作的过流保护。
脉宽调制器UPW 采用美国硅通用公司（Silicon General）的第二代产品SG3525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM 控制器。
由于它简单、可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试，故获得广泛使用。
四．实验设备及仪器
1．教学实验台主控制屏。
2．NMCL—10A 组件。
4．NMEL-03组件。
5．NMEL—18D组件。
6．电机导轨及测功机。
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．系统开环连接时，不允许突加给定信号U g起动电机。
5．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。
6．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。
7．实验时需要特别注意起动限流电路的继电器有否吸合，如该继电器未吸合，进行过流保护电路调试或进行加负载试验时，就会烧坏起动限流电阻。
六．实验方法
采用MCL—10A 组件
1．SG3525 性能测试
（1）用示波器观察“1”端的电压波形，记录波形的周期、幅度。
（2）用示波器观察“2”端的电压波形，调节RP2电位器，使方波的占空比为50%(观测示波器中测量正脉宽、负脉宽时间值)。
（3）用导线将“G（给定）”的“1”和“UPW（脉宽调制器）”的“3”相连，分别调节正负给定，记录“2”端输出波形的最大占空比和最小占空比。
2．控制电路的测试
（1）逻辑延时测试
在上述实验基础上，分别奖正、负给定均调到零，连接UPW的2”端和“DLD”的“1”端，通过示波器同时观察“DLD”的“1”和“2”端的输出波形。
（2）同一桥臂上下管子驱动信号死区时间测试
若分别将“隔离驱动”的G 和主回路的G 相连，可以用示波器分别测到V VT1.GS和V VT2.GS 以及V VT3.GS和V VT4.GS的死区时间：
3．开环系统调试
(1)电流反馈系数的调试
a．将正、负给定均调到零，合上主控制屏电源开关，接通直流电机励磁电源。
b．调节正给定，电机开始起动转速达1400r/min .
c．调节测功机给电动机加载，直至电动机的电枢电流为1A。
d．调节“FBA”的电流反馈电位器，用万用表测量“9”端电压达2V 左右。
4．系统静特性测试
（1）机械特性的测定
NMCL-18D的S2 开关打向“给定”，S1 开关扳向上，逆时针调整NMCL-18D的RP1电位器到底。
合上主电路电源，调节调压器旋钮，使U uv、U vw、U wu为220V，逐渐增加给定电压U g,使电动机启动、升速，调节U g使电机空载转速n0=1200 r/min，再调节测功机加载，记测取7～8点，读取出电机转速n，电机电枢电流I d，可测出系统正转时的静特性曲线n=f（I d）。
T1(NM) 0 0.10 0.20 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
I d(A)
U d(V)
n(r/min)
断开主电源，S1 开关打向下至“负给定”。
合上主电路电源，逐渐增加给定电压U g,使电动机启动、升速，调节U g使电机空载转速n0=1200 r/min，再调节测功机加载，记测取7～8点，读取出电机转速n，电机电枢电流I d，可测出系统反转时的静特性曲线n=f（I d）。
T1(NM) 0 0.10 0.20 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
I d(A)
U d(V)
n(r/min)
5．系统动态波形的观察
用二踪慢扫描示波器观察动态波形，用光线示波器记录动态波形。
在不同的调节器参数下，观察，记录下列动态波形：
（1）突加给定起动时，电动机电枢电流波形和转速波形。
（2）突加额定负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。
（3）突降负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。
注：电动机电枢电流波形的观察可通过MCL-03 的ACR 的第“1”端转速波形的观察可通过MCL-03 的ASR 的第“1”端。
七．实验报告
1．根据实验数据，列出SG3525的各项性能参数、逻辑延时时间、同一桥臂驱动信号死区时间、启动限流继电器吸合时的直流电压值等。
2．列出开环机械特性数据。
3．列出闭环机械特性数据。
4．画出下列动态波形
（1）突加给定时的电动机电枢电流和转速波形，并在图上标出超调量等参数。
（2）突加与突减负载时的电动机电枢电流和转速波形。
5．试对H 型变换器的优缺点以及由SG3525 控制器构成的直流脉宽调速系统的优缺点及适用场合作出评述。