第5章 直流调速系统实验

1第5章运动控制系统综合实验教程直流调速系统实验

25.1单闭环直流调速系统实验5.1.1系统组成与工作原理31、实验目的（1）加深理解单闭环不可逆直流调速系统的工作原理。（2）掌握单闭环不可逆直流调速系统MATLAB/SimPowersystem的仿真建模方法，会设置各模块的参数。2、实验内容（1）开环直流调速系统MATLAB/SimPowersystem的仿真。（2）单闭环不可逆直流调速系统MATLAB/SimPowersystem的仿真。3、实验器材（1）PC机；（2）MATLAB仿真软件。4、实验仿真5.1.2单闭环不可逆直流调速系统MATLAB/SimPowersystem仿真实验设计与实现41）开环直流调速系统的仿真51.主电路的建模和参数设置（1）三相对称电压源建模和参数设置。

提取交流电压源模块ACVoltageSource（路径为SimPowerSystems/ElectricalSources/ACVoltageSource），再用复制的方法得到三相电源的另两个电压源模块，并把模块标签分别改为“A”、“B”、“C”，从路径SimPowerSystems/Elements/Ground取接地元件Ground按图4-48主电路图进行连接。

6（2）三相对称电压源参数设置

7（3）晶闸管整流桥的建模和主要参数设置

路径：SimPowerSystems/PowerElectronics/UniversalBridge

8（4）平波电抗器的建模和参数设置路径：SimPowerSystems/Elements/RLCBranch9（5）直流电动机的建模与参数设置路径：SimPowerSystems/Machines/DCMachine

10（6）同步脉冲触发器的建模和参数设置路径为SimPowerSystems/ExtraLibrary/ControlBlocks/Synchronized6-PluseGenerator112.控制电路的建模与仿真

开环调速系统控制电路只有一个环节，取模块Constant，标签改为“导通角”。123.系统仿真参数设置134.系统的仿真、仿真结果分析

从仿真结果看，转速很快上升，当在2s负载由50变为100时，由于开环无法起调节作用，转速下降。142）单闭环不可逆直流调速系统仿真151．系统建模和参数设置

图4-63PI调节器参数设置

路径为SimPowerSystems/ExtraLibrary/DiscreteControlBlocks/DisctetePIController162.系统仿真参数设置

仿真中所选择的算法为ode23tb，Start设为0,Stop设为5s。173.仿真结果分析(1)当负载变化时转速和电流曲线

从结果可以看出，当负载在2s由50变成100时，转速下降，通过PI调节器的调节作用，转速恢复到稳态状态，但其动态响应比比例调节器慢。18(2)不同给定电压时调速系统的转速为了进一步研究不同给定电压时单闭环无静差转速负反馈调速系统的性质，把负载换成恒定负载，取值为50，给定电压信号分别为10V、8V和5V时

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从上面仿真结果可以看出，当给定电压信号改变时，转速曲线也跟着改变，电机转速依次变成110r/min、85r/min和50r/min，从而证明前面理论的正确性。205.1.3单闭环不可逆直流调速系统DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验台实验1、实验目的（1）熟悉单闭环不可逆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。（4）认识闭环反馈控制系统的基本特性。2、实验设备（1）电源控制屏（DJK01）；（2）晶闸管主电路（DJK02）；（4）三相晶闸管触发电路（DJK02-1）；（4）电机调速控制实验（DJK04）；（5）可调电阻、电容箱（DJK08）；（6）电机导轨﹑测速发电机及转速表（DD04-2）；（7）直流发电机DJ14-1；（8）直流并励电动机DJ15；（9）三相可调电阻（D42）；（10）示波器；（11）万用表。213、实验原理22（1）DJK04上的基本单元的调试。（2）测定Uct不变开环直流调速系统机械特性。（3）测定Ud不变开环直流调速系统机械特性。（4）测定转速单闭环直流调速系统静特性。4、实验内容235、实验方法控制单元调试：主回路24控制回路25Uct不变开环直流调速系统机械特性的测定Ud不变开环直流调速系统机械特性的测定26转速单闭环直流调速系统静特性的测定275.2双闭环不可逆直流调速系统5.2.1系统组成与工作原理285.2.2双闭环不可逆直流调速系统MATLAB/SimPowersystem仿真实验设计与实现1、实验目的（1）加深理解双闭环不可逆直流调速系统的工作原理。（2）掌握双闭环不可逆直流调速系统MATLAB/SimPowersystem的仿真建模方法，会设置各模块的参数。2、实验内容（1）控制单元模块的建模与仿真。（2）双闭环不可逆直流调速系统MATLAB/SimPowersystem的仿真3、实验器材（1）PC机；（2）MATLAB仿真软件。294、实验仿真301.主电路模型的建立与参数设置

31电动机本体模块参数设置

322.控制电路模型的建立与参数设置ASR：ACR：上下限幅值均取[10－10]

333.仿真结果分析

从仿真结果可以看出，当给定信号为10V时，在电机起动过程中，电流调节器作用下的电动机电枢电流接近最大值，使得电动机以最优时间准则开始上升，在0.7s左右时转速超调，电流很快下降，在0.85s时达到稳态，在稳态时转速为1460r/min，整个变化曲线同实际情况非常类似。

345.2.3双闭环不可逆直流调速系统DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验台实验1、实验目的(1)掌握闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。(2)掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。(4)研究调节器参数对系统动态性能的影响。2、实验设备（1）电源控制屏（DJK01）；（2）晶闸管主电路（DJK02）；（4）三相晶闸管触发电路（DJK02-1）；（4）电机调速控制实验（DJK04）；（5）可调电阻、电容箱（DJK08）；（6）电机导轨﹑测速发电机及转速表（DD04-2）；（7）直流发电机DJ14-1；（8）直流并励电动机DJ15；（9）三相可调电阻（D42）；（10）示波器；（11）万用表。353、实验原理364、实验内容（1）各控制单元的调试。（2）测定开环机械特性及系统闭环静特性。（4）测定系统闭环控制特性。（4）测试并记录系统动态波形。5、实验方法37开环外特性的测定38系统静特性测试39405.3逻辑无环流可逆直流调速系统5.3.1系统组成与工作原理415.3.2逻辑无环流可逆直流调速系统MATLAB/SimPowersystem仿真实验设计与实现1、实验目的（1）加深理解逻辑无环流可逆直流调速系统的工作原理。（2）掌握逻辑无环流可逆直流调速系统MATLAB/SimPowersystem的仿真建模方法，会设置各模块的参数。2、实验内容（1）控制单元模块的建模与仿真。（2）逻辑无环流可逆直流调速系统MATLAB/SimPowersystem的仿真。3、实验器材（1）PC机；（2）MATLAB仿真软件。42直流电动机：220V，55A，1000r/min，Ce=0.1925V·min/r，允许过载倍数λ=1.5；晶闸管装置放大系数Ks=44；电枢回路总电阻R=1.0Ω；时间常数Tl=0.017s，Tm=0.075s；电流反馈系数β=0.121V/A（≈10V/1.5IN）。转速反馈系数α=0.01V·min/r（≈10V/nN），按工程设计方法设计电流调节器和转速调器。要求电流超调量σi≤5%。转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量σn≤20%。4、实验仿真43逻辑无环流可逆直流调速系统仿真模型44

1.主电路的建模和参数设置

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2.控制电路建模和参数设置；

（1）逻辑切换装置DLC建模

DLC任务是在正组晶闸管桥工作时开放正组脉冲，封锁反组脉冲；在反组晶闸管桥工作时开放反组脉冲，封锁正组脉冲。根据其要求，DLC应由电平检测、逻辑判断、延时电路和连锁保护4部分组成。46①电平检测器的建模

可用Simulink的非线性模块组中的继电器模块Relay（路径Simulink/Discontinuities/Relay）来实现。47②逻辑判断电路的建模。

逻辑判断电路的功能是根据转矩极性鉴别器和零电流检测器输出信号和的状态，正确地发出切换信号和来决定两组晶闸管的工作状态。

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③延时电路的建模

在逻辑判断电路发出切换指令后，必须经过封锁延时和开放延时才能封锁原导通组脉冲和开放另一组脉冲，由数字逻辑电路的DLC装置能够发现，当逻辑电路的输出由“0”变为“1”时，延时电路产生延时，当由“1”变成“0”或状态不变时不产生延时。50

③延时电路的建模

5152④连锁保护电路建模

逻辑电路的两个输出总是一个为“1”态，另一个为“0”态，但是一旦电路发生故障，两个输出同时为“1”态，将造成两组晶闸管同时开放而导致电源短路，为了避免这种事故，在无环流逻辑控制器的最后部分设置了多“1”连锁保护电路53DLC装置

54（2）其他控制电路的建模和参数的设置

包括给定环节、一个速度调节器（ASR）、两个电流调节器（ACR1、ACR2）、反向器、电流反馈环节、速度反馈环节等为了检验仿真效果，给定信号采用叠加信号，使给定信号由10到－10再到10转换。系统仿真参数设置：仿真中所选择的算法为ode23tb，Start设为0，Stop设为12s。55

3．仿真结果分析

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当给定正向信号时，在电流调节器作用下电机电枢电流接近最大值，使得电机以最优时间准则开始上升，在1s左右时转速超调，电流很快下降，在1.2s时达到稳态；当3s给定反向信号时，电流和转速都下降，在电流下降到零以后，电机处于制动状态，转速快速下降，当转速为零后，电机处于反向电动状态，整个变化曲线同实际情况非常类似。

575.3.3逻辑无环流可逆直流调速系统DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验台实验1、实验目的(1)熟悉逻辑无环流可逆直流调速系统的组成和工作原理。(2)掌握各控制单元的原理、作用及调试方法。(4)掌握逻辑无环流可逆直流调速系统的调试步骤和方法。(4)掌握逻辑无环流可逆直流调速系统的静态特性和动态特性。2、实验设备（1）电源控制屏（DJK01）；（2）晶闸管主电路（DJK02）；（4）三相晶闸管触发电路（DJK02-1）；（4）电机调速控制实验（DJK04）；（5）可调电阻、电容箱（DJK08）；（6）电机导轨﹑测速发电机及转速表（DD04-2）；（7）直流发电机DJ14-1；（8）直流并励电动机DJ15；（9）三相可调电阻（D42）；（10）示波器；（11）万用表。583、实验原理594、实验内容（1）控制单元调试。（2）系统调试。（3）测定正反转开环机械特性。（4）测定正反转闭环控制特性。（5）系统动态波形的观察。5、实验方法(1)逻辑无环流调速系统调试原则①先单元、后系统，即先将单元的参数调好，然后才能组成系统。②先开环、后闭环，即先使系统运行在开环状态，然后在确定电流和转速均为负反馈后才可组成闭环系统。③先双闭环、后逻辑无环流，即先使正反桥的双闭环正常工作，然后再组成逻辑无环流。④先调整稳态精度，后调动态指标。60主电路接线系统调试61系统调试控制电路接线62机械特性n=f(Id)的测定63闭环控制特性n=f(Ug)的测定645.4双闭环控制可逆直流脉宽调速系统5.4.1系统组成与工作原理655.4.2双闭环控制可逆直流脉宽调速系统MATLAB/SimPowersystem仿真实验设计与实现1、实验目的（1）加深理解双闭环控制可逆直流脉宽调速系统的工作原理。（2）掌握双闭环控制可逆直流脉宽调速系统MATLAB/SimPowersystem的仿真建模方法，会设置各模块的参数。2、实验内容（1）控制单元模块的建模与仿真。（2）双闭环控制可逆直流脉宽调速系统MATLAB/SimPowersystem的仿真。3、实验器材（1）PC机；（2）MATLAB仿真软件664、实验仿真67（1）主电路仿真模型的建立与参数设置

68（2）控制电路仿真模型的建立与参数设置

根据工程设计方法设计调节器参数如下。

ASR：；ACR：上下限幅值[10，－10]上下限幅值[10，－10]69仿真结果分析

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从仿真结果可以看出，当给定信号为10V时，在电动机起动过程中，电流调节器作用下的电动机电枢电流接近最大值