不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究实验报告
第七章 电气传动实验 (1)
第七章电气传动控制系统实验第一节晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一、实验目的：1、熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。
2、掌握掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。
二、实验设备1、教学实验台主控制屏1个2、负载组件1套3、电机导轨及测速发电机1台4、直流电动机1台5、双踪示波器 1台6、万用表 1台三、背景知识直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。
因此，为了保持由浅入深的教学顺序，应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。
晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。
本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Uc作为触发器的移相控制电压，改变Uc的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。
工作原理图如图7-1所示。
图7-1晶闸管直流调速系统工作原理图四、实验注意事项、实验内容与实验步骤注：（1）由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。
（2）为防止电枢过大电流冲击，每次增加U g须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。
（3）电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。
1、电枢回路电阻R的测定电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻R a，平波电抗器的直流电阻R L和整流装置的内阻R n，即R=R a+R L+R n。
为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如图7-2所示。
图7-2 晶闸管直流调速系统电阻R测试线路图（1）将变阻器R d接入被测系统的主电路，并调节电阻负载至最大。
测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。
（2）低压单元的G给定电位器RP1逆时针调到底，使U ct=0。
题目：单闭环不可逆直流调速系统设计
题目：单闭环不可逆直流调速系统设计1 技术指标电动机参数：PN=3KW, n N=1500rpm, UN=220V,IN=17.5A,Ra=1.25 。
主回路总电阻R=2.5，电磁时间常数Tl=0.017s，机电时间常数Tm=0.075s。
三相桥式整流电路，Ks=40。
测速反馈系数=0.07。
调速指标：D=30，S=10%。
2 设计要求（1）闭环系统稳定（2）在给定和扰动信号作用下，稳态误差为零。
3 设计任务（1）绘制原系统的动态结构图；（2）调节器设计；（3）绘制校正后系统的动态结构图；（4）撰写、打印设计说明书。
4 设计说明书设计说明书严格按**大学毕业设计格式书写,全部打印.另外,设计说明书应包括以下内容:(1)中文摘要(2)英文摘要目录第一章中文摘要 ································································································ - 1 -第二章英文摘要 ············································································错误!未定义书签。
《运动控制系统》实验指导书[新][152023]
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一、运动控制系统实验项目一览表实验室名称：电机拖动实验室课程名称：运动控制系统适用专业：电气工程及自动化、自动化实验总学时：16设课方式：课程实验（“课程实验”或“独立设课”二选一）是否为网络实验：否（“是”或“否”二选一）实验一晶闸管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2．电平检测器的调试3．反号器的调试4．逻辑控制器的调试三．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏。
2．NMCL—31A组件3．NMCL—18组件4．双踪示波器5．万用表四．实验方法1．速度调节器（ASR）的调试按图1-5接线，DZS(零速封锁器)的扭子开关扳向“解除”。
注意：正常使用时应“封锁”，以防停机时突然启动。
（1）调整输出正、负限幅值“5”、“6”端接可调电容，使ASR调节器为PI调节器，加入一定的输入电压（由NMCL—31的给定提供，以下同），调整正、负限幅电位器RP1、RP2，使输出正负值等于 5V。
（2）测定输入输出特性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，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。
（3）观察PI特性拆除“5”、“6”端短接线接入5~7uf电容，（必须按下选择开关，绝不能开路），突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。
反馈电容由外接电容箱改变数值。
2．电流调节器（ACR）的调试按图1-5接线。
（1）调整输出正,负限幅值“9”、“10”端接可调电容，使调节器为PI调节器，加入一定的输入电压，调整正，负限幅电位器，使输出正负最大值大于 6V。
（2）测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“9”、“10”端短接），使调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。
实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试
uT
uu
uv
uw
uu
1# 2# 3# 4# 5# 6#
如何调准90°?
二、单闭环系统的调试步骤
1、各单元的调试
（2）转速调节器ASR的调试
R0 RP1
R0
R1 C1
+ +
ASR
Rbal
+15V
RP1
Uct
RP2
-15V
限幅值和参数
二、单闭环系统的调试步骤
1、各单元的调试 （3）主电路的调试
直流电流表 B1 A
（3）按测得数据，画出两个电平检测器的 回环。
4．反号器（AR）的调试
测定输入输出比例，输入端加+5V电压， 调节RP，使输出端为-5V
5．逻辑控制器（DLC）的调试
测试逻辑功能，列出真值表，真值表应符合下表：
UM 输入
UI
1 1 0 0 01 1 0 0 1 00
Uz(Ublf) 0 0 0 1 1 1 输出
2 测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的 额定值(1.1A).
3 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。
四、思考题
1．闭环系统的调试原则是什么？ 2．如何整定系统的零位？ 3．如何整定反馈系数α? 4 . 如果发现闭环后，转速很高且不可控，
3、系统的闭环调试
（2）系统闭环运行；（3）闭环静特性测试 +
R1
C1
~
G
-
-15V
RP1
U
* g
R0
R0
++ +
ASR
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。
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。
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。
(整理)运动控制系统实验春
实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一．实验目的1．了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情况。
2．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。
3．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。
二．实验内容1．测定晶闸管直流调速系统主电路电阻R2．测定晶闸管直流调速系统主电路电感L3．测定直流电动机—直流发电机—测速发电机组（或光电编码器）的飞轮惯量GD24．测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T d5．测定直流电动机电势常数C e和转矩常数C M6．测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M7．测定晶闸管触发及整流装置特性U d=f (U ct)8．测定测速发电机特性U TG=f (n)三．实验系统组成和工作原理晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。
本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压，改变U g的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。
四．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏2．SMCL—01组件3．NMCL—33组件4．NMCL—03组件5．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）6．直流电动机M037．双踪示波器（自备）8．万用表（自备）五．注意事项1．由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。
2．为防止电枢过大电流冲击，每次增加U g须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。
3．电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。
六．实验方法1．电枢回路电阻R 的测定电枢回路的总电阻R 包括电机的电枢电阻R a ，平波电抗器的直流电阻R L 和整流装置的内阻R n ，即R=R a +R L +R n为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如图1-1所示。
将变阻器R D （可采用两只电阻串联）接入被测系统的主电路，并调节电阻负载至最大。
《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。
单闭环直流调速系统的仿真研究【基于MATLAB软件的仿真】《论文》
单闭环直流调速系统的仿真研究【基于MATLAB软件的仿真】《论文》1引言调速方法通常有机械的、电气的、液压的、气动的几种，仅就机械与电气调速方法而言，也可采用电气与机械配合的方法来实现速度的调节。
电气调速有许多优点，如可简化机械变速机构，提高传动效率，操作简单，易于获得无极调速，便于实现远距离控制和自动控制，因此，在生产机械中广泛采用电气方法调速。
1.1直流调速系统的概述由于直流电动机具有极好的运动性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。
就目前来看，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。
在我国许多工业部门，如海洋钻探、纺织、轧钢、矿山、采掘、金属加工、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动的场合，仍然广泛采用直流调速系统。
而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。
随着GTO晶闸管、GTR、P-MOSFET、IGBT和MCT等全控型功率器件的问世，这些有自断能力的器件逐步取代了原来普通晶闸管系统所必须的换向电路，简化了电路的结构，提高了效率和工作频率，降低了噪声，缩小了电力电子装置的体积和重量。
谐波成分大、功率因素差的相控变流器逐步被斩波器或脉冲宽度调制器所代替，明显的扩大了电动机控制的调速范围，提高了调速精度，改善了快速性、效率和功率因素。
PWM电源终将取代晶闸管相控式可控功率电源，成为电源的主流。
随着信息、控制与系统学科以及电力电子的发展，电力拖动系统获得了迅猛发展，从旋转交流机组到水银整流器静止交流装置、晶闸管整流装置，再到众多集成电力模块。
目前完全数字化的控制装置已成功应用于生产，以微机作为控制系统的核心部件，并具有控制、检测、监视、故障诊断及故障处理等多功能电气传动系统正处在形成和不断完善之中。
1.2本章小结本章介绍了直流调速系统的研究前景及其优点。
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实验报告
课程名称电力拖动自动控制实验
实验名称不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究
一．实验目的
2．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。
3．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。
三．实验系统组成和工作原理
晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。
本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压，改变U g的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。
1.调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性
i d（A）0.080.200.400.601
U d（V）237209204201194
n（r/min）16001369129312251100
2.带转速负反馈有静差工作的系统静特性
3.调速系统在带转速负反馈时的无静差闭环工作的静特性
波形分析、比较
通过3个图，可以看出，调速系统在调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性最软，调速系统在带转速负反馈时的无静差闭环工作的静特性最硬，转速基本保持不变。
思考题
1.系统开环，G给定直接连Uct，ASR不工作；有静差闭环时，ASR给Uct，内
部积分部分短接，此时ASR工作在不饱和状态，随着id增大，电机转速减小，负反馈使得Ud0增大，电机的电枢电压随着id改变，使得机械特性一直在改变，从而使得系统的机械特性变硬；无静差闭环是将内部串入积分环节（电容），此时ASR还是工作在不饱和状态，与有静差闭环类似，由于消除了静差，转速基本稳定在额定转速，系统的机械特性为一条平行x轴直线。
2 有反馈调速系统给定电压要大些，ASR内部有一些分压，通过ASR之后的U
会小于开环情况。
同时反馈环中会有一些其他扰动，使得Ug变小，所以加大G给定使空载转速保持n0
2反馈强度大，偏差大，使得Ug变大，系统调整强度大。
4 逐渐增大负载的情况下，偏差电压应该增大，Ug增大，此时为负反馈。
调节ASR的电阻，即比例部分，可以增大反馈强度。