单闭环直流调速系统的基本工作原理
单闭环直流调速系统
单闭环直流调速系统是一种常见的控制系统，用于控制直流电机的转速。
以下是单闭环直流调速系统的基本组成和工作原理：
基本组成：
1. 直流电机：负责将电能转换为机械能。
2. 编码器或传感器：用于测量电机的实际转速。
3. 控制器：通常使用PID控制器，根据实际转速和设定转速之间的误差进行调节。
4. 功率放大器：将控制器输出的信号放大后送至电机，控制电机的转速。
工作原理：
1. 测量阶段：编码器或传感器测量电机的实际转速，并将这个信息反馈给控制器。
2. 比较阶段：控制器将实际转速与设定的目标转速进行比较，计算出误差值。
3. 控制阶段：根据误差值，控制器通过PID算法计算出控制信号，控制电机的转速。
4. 执行阶段：功率放大器根据控制信号控制电机的转速，使实际转速逐渐接近设定转速。
调速过程：
-如果实际转速低于设定转速，控制器会增加电机的供电，使电机加速。
-如果实际转速高于设定转速，控制器会减小电机的供电，使电机减速。
-控制器通过不断地调整电机的供电，使得实际转速稳定在设定的目标转速附近。
通过单闭环直流调速系统，可以实现对直流电机转速的精确控制，广泛应用于工业生产中的传动系统、自动化设备等领域。
单闭环直流调速系统实验报告
单闭环直流调速系统实验报告单闭环直流调速系统实验报告一、引言直流调速系统是现代工业中常用的一种电机调速方式。
本实验旨在通过搭建单闭环直流调速系统，探究其调速性能以及对电机转速的控制效果。
二、实验原理单闭环直流调速系统由电机、编码器、电流传感器、控制器和功率电路等组成。
电机通过功率电路接受控制器的指令，实现转速调节。
编码器用于测量电机转速，电流传感器用于测量电机电流。
三、实验步骤1. 搭建实验电路：将电机、编码器、电流传感器、控制器和功率电路按照实验原理连接起来。
2. 调试电机：通过控制器设置电机的运行参数，如额定转速、最大转矩等。
3. 运行实验：根据实验要求，设置不同的转速指令，观察电机的响应情况。
4. 记录实验数据：记录电机的转速、电流等数据，并绘制相应的曲线图。
5. 分析实验结果：根据实验数据，分析电机的调速性能和控制效果。
四、实验结果分析1. 转速响应特性：通过设置不同的转速指令，观察电机的转速响应情况。
实验结果显示，电机的转速随着指令的变化而变化，且响应速度较快。
2. 稳态误差分析：通过观察实验数据，计算电机在不同转速下的稳态误差。
实验结果显示，电机的稳态误差较小，说明了系统的控制效果较好。
3. 转速控制精度：通过观察实验数据，计算电机在不同转速下的控制精度。
实验结果显示，电机的转速控制精度较高，且随着转速的增加而提高。
五、实验总结本实验通过搭建单闭环直流调速系统，探究了其调速性能和对电机转速的控制效果。
实验结果表明，该系统具有较好的转速响应特性、稳态误差较小和较高的转速控制精度。
然而，实验中也发现了一些问题，如系统的抗干扰能力较弱等。
因此，在实际应用中，还需要进一步优化和改进。
六、展望基于本实验的结果和问题，未来可以进一步研究和改进单闭环直流调速系统。
例如，可以提高系统的抗干扰能力，提升转速控制的稳定性和精度。
同时，还可以探索其他调速方式，如双闭环调速系统等，以满足不同的工业应用需求。
单闭环直流调速系统的基本工作原理
(4) 自动控制系统可以从不同的角度进行分类。工业加 工设备中最为常见的系统是恒值系统与随动系统。
13
习题
一、思考题 二、综合分析题
参见教材P22
3
项目1 单闭环直流调速系统的基本工作原理
工作任务
将单闭环直流调速系统的各个物理部件按功能进行 抽象，建立图形化的功能描述。
通过对单闭环直流调速系统的控制目的、控制装置、 被控量与控制量之间关系的分析，正确找到各物理 部件之间的信号传递关系，并建立单闭环直流调速 系统的系统组成框图。
在正确建立单闭环直流调速系统组成框图的基础上， 正确分析该自动控制系统的基本工作原理。
单闭环直流调速系统的基本工作 原理
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学习完毕环直流调速系统的基本工作原理
学习目标
能正确判断单闭环直流调速系统的控制目的，正确找到其被控制对象及 被控量。 能正确判断单闭环直流调速系统的控制装置，正确找到其控制量与执行 机构。 能正确判断单闭环直流调速系统的控制方案，理解开环控制与闭环控制 方案的特点，并正确找到闭环控制方案中的反馈装置及反馈量。 通过分析，能将给定的单闭环直流调速系统的原理图绘制成系统组成框 图，并借助组成框图对控制系统的基本工作原理进行分析。
单闭环直流调速工作原理
电工培训四级——单闭环直流调速工作原理
导入 内容 案例 总结
2、单闭环调速系统的抗干扰性分析
引入转速负反馈的目的在于提高调速系统的抗干扰性，保持转 速的相对稳定，那么，单闭环调速系统是怎样实现抗干扰作用的呢？ 以负载电流增大为例分析如下 ：
I
↑→
d
n
Ud
Id Ce
R↓→
U
↓→
n
U↑→Uct↑→Ud↑→
n↑
通过这一调节可抑制转速的下降，虽然不能做到完全阻止转速下
降，但同开环相比，转速的下降程度会大大降低，从而保持了转速的 相对稳定 。
同相可分析电网电压下降时，系统的抗干扰性。电网电压下降时， 整流装置输出电压Ud减小，电机转速下降，系统调节过程如下：
Ud↓→
n
Ud
I Ce
单相180V 直流1A 直流180V s<10%
电工培训四级——单闭环直流调速工作原理
导入 内容 案例 总结
通过本节课的学习，我们学到了单闭环直流调速系统的工作原理和 性能，单闭环直流调速系统是在开环直流调速系统的基础之上通过增 加反馈检测环节和比较放大电路，采用闭环控制构成的，是一种非常 重要且比较常见的直流调速系统，同时，学习单闭环直流调速系统的 相关知识是学习双闭环直流调速系统的基础，为以后的学习打下基础。
职业资格培训电工（四级） 单闭环直流调速工作原理
电工培训四级——单闭环直流调速工作原理
闭环直流调速系统就是在开环直流调速系统的基 导入 础上增加了反馈比较环节，系统为了稳定输出，通 内容 常引入负反馈。
案例 总结
图1 闭环调速系统的框图
导入 内容 案例 总结
电工培训四级——单闭环直流调速工作原理
单闭环直流调速系统介绍课件
智能化：引入 人工智能技术， 实现系统的自 适应控制和自 学习能力
网络化：通过 互联网和物联 网技术，实现 远程监控和故 障诊断
集成化：将多 个子系统集成 为一个整体， 提高系统的集 成度和可靠性
节能和环保的发展趋势
01
提高能源利用率：通过优化控制策略和算法，降低能耗，提高能源利用率
02
减少污染排放：采用环保材料和工艺，减少生产过程中的污染排放
单闭环直流调速 系统介绍课件
目录
01. 单闭环直流调速系统的基本 概念
02. 单闭环直流调速系统的控制 方式
03. 单闭环直流调速系统的应用 领域
04. 单闭环直流调速系统的发展 趋势
1
单闭环直流调速 系统的基本概念
直流调速系统的组成
01
整流器：将交流 电转换为直流电
02
滤波器：去除直 流电中的交流成
04
应用场合：适用于对转速要求不高，但对响应速度要求较高的场合
电流控制方式
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
电压控制方式： 通过控制电压 来调节电流， 实现调速
电流控制方式： 通过控制电流 来调节电压， 实现调速
速度控制方式： 通过控制速度 来调节电流， 实现调速
位置控制方式： 通过控制位置 来调节电流， 实现调速
网络化：实现远程监控 和控制，提高系统的可 维护性和可扩展性
谢谢
速度控制方式
1
电压控制方式：通过调节直流电源的输出电压来控制电机的转速
2
电流控制方式：通过调节直流电源的输出电流来控制电机的转速
3
转速控制方式：通过调节电机的转速来控制电机的转速
4
位置控制方式：通过调节电机的位置来控制电机的转速
单闭环直流调速系统课程设计
《单闭环直流调速系统课程设计》摘要：本课程设计旨在深入研究单闭环直流调速系统的原理、设计方法和实现技术。
通过对系统的理论分析和实际设计，掌握直流调速系统的基本特性和性能指标的优化方法。
课程设计包括系统的方案选择、参数计算、硬件电路设计、软件编程以及系统调试与性能测试等环节。
通过本次课程设计，培养学生的工程实践能力、创新思维和解决实际问题的能力，为今后从事相关领域的工作打下坚实的基础。
一、概述直流调速系统在工业生产、交通运输、电力电子等领域具有广泛的应用。
它能够实现对直流电动机转速的精确控制，满足不同工况下对转速稳定性和调速精度的要求。
单闭环直流调速系统是一种常见的调速系统结构，具有简单可靠、性能稳定等优点。
本课程设计将围绕单闭环直流调速系统展开，深入探讨其设计与实现的相关技术。
二、单闭环直流调速系统的工作原理单闭环直流调速系统主要由直流电动机、转速反馈环节、放大器、触发器和晶闸管整流装置等组成。
其工作原理如下：转速反馈环节将直流电动机的实际转速转换为电信号反馈到放大器输入端，与给定转速信号进行比较，得到偏差信号。
放大器对偏差信号进行放大处理后，输出触发脉冲信号控制晶闸管整流装置的导通和关断，从而改变直流电动机的电枢电压，实现对电动机转速的调节。
通过转速反馈环节的作用，系统能够使电动机的实际转速跟随给定转速变化，保持系统的稳定性和良好的调速性能。
三、系统方案的选择在进行单闭环直流调速系统课程设计时，首先需要进行系统方案的选择。
根据设计要求和实际应用场景，可以选择不同的调速方案。
常见的方案有转速负反馈单闭环调速系统、电流负反馈单闭环调速系统等。
转速负反馈单闭环调速系统具有结构简单、稳定性好、调速范围广等优点，适用于大多数调速控制场合；电流负反馈单闭环调速系统则能够提高系统的动态性能，适用于对动态响应要求较高的系统。
在本课程设计中，选择转速负反馈单闭环调速系统作为设计方案。
四、系统参数的计算系统参数的计算是单闭环直流调速系统设计的重要环节。
单闭环直流调速系统
第十七单元 晶闸管直流调速系统第二节单闭环直流调速系统一.转速负反馈宜流调速系统转速负反馈直流调速系统的原理如图17-40所示。
转速负反馈直流调速系统由转速给左、转速调节器ASR 、触发器CF 、晶闸管变流器U 、 测速发电机TG 等组成。
直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。
经分圧器分圧取出与转速n 成正 比的转速反馈电压Ufn 0转速给定电压Ugn 与Ufn 比较，其偏差电压A U=Ugn-Ufn 送转速调节器ASR 输入 端。
ASR 输出电圧作为触发器移相控制电压Uc,从而控制晶闸管变流器输出电压Udo 本闭环调速系统只有一个转速反馈环，故称为单闭环调速系统.1. 转速负反馈调速系统工作原理及其静特性设系统在负载T L 时，电动机以给定转速nl 稳定运行，此时电枢电流为Idl,对应 转速反馈电圧为Ufnl,晶闸管变流器输出电压为Udi 。
当电动机负载T L 增加时，电枢电流Id 也增加，电枢回路压降增加，电动机转速下 降，则Ufn 也相应下降， 而转速给定电压Ugn 不变，A U=Ugn-Ufn 加。
转速调节器ASR 输出电压Uc 增加，使控制角a 减小，晶闸管整流装置输出电压Ud 增加，于是电动机转速便相应自动回升，其调节过程可简述为：T L t — Id t — ld （R 》+Rd ） t I -*Ufn I U t — Uc t -* a | —Ud t -*n t 。
图17-41所示为闭坏系统静特性和开环机械特性的关系。
n亠 =H o + A//图17—41闭环系统静特性和开环机械特性的关系.图中①②③④曲线是不同Ud之下的开环机械特性。
假设当负载电流为Idl时，电动机运行在曲线①机械特性的A点上。
当负载电流增加为Id2时，在开环系统中由于Ugn不变，晶闸管变流器输出电压Ud 也不会变，但由丁•电枢电流Id增加，电枢回路压降增加，电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至&点，转速只能相应下降。
实验十三 单闭环直流调速系统
实验十三单闭环直流调速系统一、实验目的1．掌握用PID控制规律的直流调速系统的调试方法；2．了解PWM调制、直流电机驱动电路的工作原理。
二、实验设备1．THBCC-1型信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台2．THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根)3．PC机1台(含软件“THBCC-1”)三、实验原理直流电机在应用中有多种控制方式，在直流电机的调速控制系统中，主要采用电枢电压控制电机的转速与方向。
功率放大器是电机调速系统中的重要部件，它的性能及价格对系统都有重要的影响。
过去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大机或可控硅（晶闸管）。
现在基本上采用晶体管功率放大器。
PWM功率放大器与线性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流电机的静摩擦等优点。
PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理：1．PWM的工作原理图13-1 PWM的控制电路上图所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成芯片，其内部电路结构及各引脚如图13-2所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。
调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180度、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。
它适用于各开关电源、斩波器的控制。
2．功放电路直流电机PWM输出的信号一般比较小，不能直接去驱动直流电机，它必须经过功放后再接到直流电机的两端。
该实验装置中采用直流15V的直流电压功放电路驱动。
3．反馈接口在直流电机控制系统中，在直流电机的轴上贴有一块小磁钢，电机转动带动磁钢转动。
磁钢的下面中有一个霍尔元件，当磁钢转到时霍尔元件感应输出。
4．直流电机控制系统如图13-3所示，由霍耳传感器将电机的速度转换成电信号，经数据采集卡变换成数字量后送到计算机与给定值比较，所得的差值按照一定的规律（通常为PID）运算，然后经数据采集卡输出控制量，供执行器来控制电机的转速和方向。
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相关知识
(一)什么是自动控制系统
(二)自动控制系统的控制方案——开环与闭环 (反馈)控制
1．开环与闭环控制系统 2．反馈(闭环)控制系统中的反馈控制类型
(1)正反馈：反馈环节测量并返回了系统的输出信号， 并以“加”的形式应用于控制器控制信号的计算当 中。 (2)负反馈：反馈环节测量并返回了系统的输出信号， 并以“减”的形式应用于控制器控制信号的计算当 中。
拓展能力
了解自动控制系统的基本概念及特点。 了解开环控制与闭环控制方案的特点。 理解自动控制系统各个组成部件图形化描述方法的基本原则，并掌握自 动控制系统的图形化描述方法。 理解自动控制系统组成框图中各种信号流与环节功能化抽象的基本意义。 掌握利用自动控制系统的系统组成框图来定性分析自动控制系统基本工 作原理的工作方法。
1．按输入量变化的规律分类 1) 恒值控制系统 2) 伺服控制系统(随动系统) 3) 过程控制系统 2．按系统中的参数对时间的变化规律分 类 1) 连续控制系统 2) 离散控制系统
10Βιβλιοθήκη 拓展知识3．按输出量和输入量间的关系分类
1) 线性控制系统 2) 非线性控制系统 4．按系统中的参数对时间的变化情 况分类
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项目1 单闭环直流调速系统的基本工作原理 工作任务
将单闭环直流调速系统的各个物理部件按功能进行 抽象，建立图形化的功能描述。 通过对单闭环直流调速系统的控制目的、控制装置、 被控量与控制量之间关系的分析，正确找到各物理 部件之间的信号传递关系，并建立单闭环直流调速 系统的系统组成框图。 在正确建立单闭环直流调速系统组成框图的基础上， 正确分析该自动控制系统的基本工作原理。 通过对单闭环直流调速系统基本工作原理分析的学 习，掌握一般自动控制系统的工作原理的基本分析 方法，并初步形成自动控制系统问题分析的基本思 路。
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任务实施
(一)任务目标
(二)任务内容
(三)知识点
(1) (2) (3) (4) 开环闭环控制方案。 反馈类型。 组成框图。 信号与环节。
(四)任务实施步骤
1．单闭环直流调速系统的组成框图及工作原理分析 2．系统组成框图中放大器与实际调节电路(调节器)的比较
(五)任务完成报告
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拓展知识
(一)自动控制系统的分类
2
项目1 单闭环直流调速系统的基本工作原理
学习目标
能正确判断单闭环直流调速系统的控制目的，正确找到其被控制对象及 被控量。 能正确判断单闭环直流调速系统的控制装置，正确找到其控制量与执行 机构。 能正确判断单闭环直流调速系统的控制方案，理解开环控制与闭环控制 方案的特点，并正确找到闭环控制方案中的反馈装置及反馈量。 通过分析，能将给定的单闭环直流调速系统的原理图绘制成系统组成框 图，并借助组成框图对控制系统的基本工作原理进行分析。
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相关知识
2．自动控制系统组成框图中的信号与环节
图1-12表示了一个典型的反馈控制系统的基本组成 模型。一般自动控制系统组成模型中大致包括两类 元素，即信号流与环节(或元件)。
1) 信号流 2) 环节或元件
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任务 单闭环直流调速系统基本工作原理分析
任务引导
所谓调速就是指通过某种方法来调节(改变)电动机的转速。 如果这种调节电动机的方法是通过人工调节完成的，那么 这种系统就是在本章相关知识(一)中所讨论过的人工控制系 统，可称之为人工调速系统；而如果这种调节电动机转速 的方法是通过某种装置自动完成的，那么它就是一个自动 控制系统，称之为自动调速系统。 调速系统可以按照电动机的类型来进行分类。即如果调节 的是直流电动机的转速，则可称这类调速系统为直流调速 系统；如果调节的是交流电动机的转速，则可称之为交流 调速系统。 对于要求广范围无级调速的系统来说，以调节电枢供电电 压的调速方式最好。减弱磁通虽然也可以平滑调速，但其 调速范围有限，往往只是配合调压方案，在电动机额定转 速以上作小范围的升速。
1) 定常系统 2) 时变系统
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拓展知识
(二)自动控制系统的基本要求
1．自动控制系统的稳定性 2．自动控制系统的动态特性(快 速性) 3．自动控制系统的稳态特性(准 确性) (三)自动控制系统的分析方法
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小
结
(1) 自动控制系统是指由机械、电气等设备所组成的， 并能按照人们所设定的控制方案，模拟人完成某项工 作任务，并达到预定目标的系统。 (2) 自动控制系统从控制方案上来说，可分为开环控制 与闭环控制。 (3) 尽管组成自动控制系统的物理装置各有不同，但究 其控制作用来看，不外乎几种基本元件或环节。对一 个实际的自动控制系统进行组成装置上的抽象，有助 于对自动控制系统的工作原理、调节过程进行分析， 也有助于为进一步分析自动控制系统性能而建立数学 模型。 (4) 自动控制系统可以从不同的角度进行分类。工业加 工设备中最为常见的系统是恒值系统与随动系统。
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习
题
一、思考题
二、综合分析题 参见教材P22
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相关知识
(三)自动控制系统的组成框图
1．自动控制系统的组成框图 要画出一个实际自动控制系统的系统组成框图，就 必须首先明确下面所给出的一些问题。
(1) 控制的目的是什么？对这个问题的回答，有助于 分析者找到被控制对象及被控量(输出量)。 (2) 控制的装置是什么？对这个问题的回答，有助于 分析者找到控制量及执行控制过程的执行元件或驱 动装置。 (3) 被控制量与控制量之间是否存在关联？对这个问 题的回答，有助于分析者找到反馈装置及反馈量。