控制电机实验指导书

1、控制电机课程实验指导书说明：1.图片及表暂不编号；2.实验报告格式：实验名称实验目的实验原理实验内容结论。3.实验前应进行预习，写出预习报告，编写好程序代码。预习报告可按实验报告格式书写。4.不做预习或无预习报告者，禁止进入实验室实验。实验目录：3.直流电动机PWM控制Protues仿真24.力矩式自整角机实验15. 控制式自整角机参数的测定6. 正余弦旋转变压器实验7. 直流无刷电机实验8. 直线电机实验实验三、直流电动机PWM控制Protues仿真2一.实验目的：1.学习驱动芯片L298特性，并对直流电动机进行PWM控制。二.实验属性及设备：验证性实验，使用电脑及相关专业软件。三.实验原理

2、：1.本实验L298芯片对直流电动机进行PWM控制。L298是SGS公司的产品，恒压恒流桥式2A驱动芯片。可以驱动两个直流电动机，也可用于步进电动机的驱动。其输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；也可直接用单片机的IO口提供信号。电路简单，使用比较方便。L298外形及管脚如图1，proteus仿真模型如图2。 图1：L298外形及管脚图 图2：L298仿真模型L298N可接受标准TTL逻辑电平信号，9管脚接4.57 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围为2.546 V。输出电流可达2.5 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成

3、电流传感信号。L298可驱动2个直流电动机，OUT1，OUT2以及OUT3，OUT4之间可分别接直流电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。表1是L298N功能逻辑图。 表1：L298逻辑功能ENAIN1IN2电机状态0XX停止100停止101反转110正转111刹停In3，In4的逻辑图与表1相同。由表1可知EnA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当EnA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。2.PWM波生成方法与上一实验方法相同。四、实验内容

4、1.按图3搭接电路。电动机电源设置为+15V（不限）。 图3：实验电路图利用PWM波对ENA进行使能控制，图中的二极管为起续流作用。2.编制程序单片机使用T0定时器，工作方式1。 #includesbit P20=P20;sbit P21=P21;sbit P24=P24;unsigned char T1H;unsigned char T1L;unsigned char T2H;unsigned char T2L;bit PWMBJ;void main() unsigned int pinlv=1000; unsigned int TT; unsigned int T1; unsigned i

5、nt T2; float zkb=0.9; TT=/(12*pinlv); T1=65535- zkb*TT; T2=65535-(1-zkb)*TT; T1H=T1/256; T1L=T1%256; T2H=T2/256; T2L=T2%256; TMOD=0x01; EA=1; ET0=1; TR0=1; P20=1; /正反转控制 P21=0; while(1);void timer0()interrupt 1 /定时器0中断程序 if (PWMBJ=1) PWMBJ=0; P24=0; TH0=T2H; TL0=T2L; else PWMBJ=1; P24=1; TH0=T1H; TL

6、0=T1L; 3.调试程序4.在程序中改变占空比参数，改变电机速度，对IN1和IN2电平改变，使电机正反转。5.选作内容，在此基础上，增加几个按钮，可直接对电机进行正转、反转、停止控制。五、实验要求：学习L298驱动芯片功能，编制单片机控制程序。实验四、力矩式自整角机实验一实验目的1了解力矩式自整角机精度和特性的测定方法。2掌握力矩式自整角机系统的工作原理和应用知识。 二预习要点1力矩式自整角机的工作原理。2力矩式自整角机精度与特性的测试方法。 三实验项目1测定力矩式自整角发送机的零位误差。2测定力矩式自整角机的静态误差。 四实验设备及仪器1电机系统教学实验台主控制屏2自整角机实验仪五实验方法

7、1测定力矩式自整角发送机的零位误差Dq0测量线路如图6-2所示。励磁绕组两端L1L2施加额定激励电压UN(220V)；将整步绕组T2-T3端接数字式交流电压表，测输出电压。旋转刻度盘，找出输出电压为最小的位置作为基准电气零位。从基准电气零位开始，刻度盘每转过60，整步绕组中有一线间电势为零的位置。此位置称作理论电气零位。整步绕组三线间共有6个零位。实验时，对应T2-T3，转子从基准电气零位正方向转动0、180；则T3-T1转至60、240；T1-T2转至120、300。实测整步绕组三线间6个输出电压为最小值的相应位置角度与电气角度并记录于表6-5中。表6-5理论上应转角度基准电气零位+180+

8、60+240+120+300刻度盘实际转角误差注意：机械角度超前为正误差，滞后为负误差，取其正、负最大误差绝对值之和的一半，此误差值即为发送机的零位误差Dq0，以角分表示。力矩式自整角发送机的精度由零位误差来确定。2测定力矩式自整角机的静态误差Dqjt在力矩式自整角机系统中，静态协调时，接收机与发送机转子转角之差即静态误差Dqjt，以角度表示。实验接线仍如图6-3所示。将发送机和接收机的励磁绕组加额定励磁电压220V，待稳定后，把发送机和接收机调整在0位置，缓慢旋转发送机刻度盘，每转过20，测取接收机实际转过的角度并记录于表6-6中。 表6-6发送机转角02040608010012014016

9、0接收机转角误差发送机转角180200220240260280300320340接收机转角误差注意：接收机转角超前为正误差，滞后为负误差，正、负最大误差绝对值之和的一半为力矩式接收机的静态误差。六实验报告1根据实验结果，求出被试力矩式自整角发送机的零位误差Dq0。2根据实验结果，求出被试力矩式自整角接收机的静态误差Dqjt。实验五 控制式自整角机参数的测定一实验目的1通过实验测定控制式自整角机的主要技术参数。2掌握控制式自整角机的工作原理和运行特性。二预习要点1控制式自整角机的工作原理和运行特性。2控制式自整角机的主要技术指标。三实验项目1测自整角变压器输出电压与失调角的关系U2=f(q)。2

10、测定比电压uq。3测定零位电压u0。四实验设备及仪器1电机系统教学实验台主控制屏2自整角机实验仪五实验方法1测定控制式自整角变压器输出电压与失调角的关系U2=f(q)接线如图6-5所示。在自整角发送机的L1、L2绕组两端施加额定电压UN。旋转发送机刻度盘至00位置并固定不动。用手缓慢旋转自整角变压器的指针园盘，接在L1、L2两端的数字电压表就会有相应读数，找到输出电压为最小值的位置，即为起始零点。然后，旋转自整角变压器的指针园盘，每转过10测量一次自整角变压器输出电压U2。测取各点U2及q值并记录于表6-7中。 表6-7q(deg)0102030405060708090U2(v)q(deg)1

11、00110120130140150160170180U2(v)2测定比电压Uq比电压是指自整角变压器在失调角为10时的输出电压，单位为V/deg。在刚才测定控制式自整角变压器的U2=f(q)实验时，用手缓慢旋转自整角变压器的指针园盘，使指针转过起始零点5，在这位置记录自整角变压器的输出电压U2值。计算失调角为1时的输出电压，即为比电压。3测定零位电压U0接线如图6-6所示。先将调压器调在输出电压为最小值位置，把绕组T3、T2两端点短接。接通交流电源，调节调压器使输出电压为36V并保持不变。用手缓慢旋转指针园盘，找出控制式自整角机输出电压为最小的位置，即为基准电气零位。指针转过180，仍找出零位

12、电压位置。同理，改接相应的绕组端点（使T3、T1短接，T1、T2短接）找出输出零位电压的位置。测取六个位置的零位电压值并记录于表6-8中。 表6-8绕组接法T1T3T2T2T1T3T3T1T2理论零位电压位置018060240120300实际刻度值零位电压大小 六实验报告1作自整角变压器的输出电压与失调角的关系曲线U2=f(q)2该自整角变压器的比电压为多少？3被测试自整角变压器的零位电压数值为多少？实验六 正余弦旋转变压器实验一实验目的1研究测定正余弦旋转变压器的空载输出特性和负载输出特性。2研究测定二次侧补偿、一次侧补偿的正余弦旋转变压器的输出特性。3了解正余弦旋转变压器的几种应用情况。二

13、预习要点1正余弦旋转变压器的工作原理。2正余弦旋转变压器的主要特性及其实验方法。3了解正余弦旋转变压器应用中的注意事项。三实验项目1测定正余弦旋转变压器在空载时的输出特性。2测定负载对输出特性的影响。3二次侧补偿后负载时的输出特性。4一次侧补偿后负载时的输出特性。5正余弦旋转变压器作线性应用时的接线图。四实验设备及仪器1电机系统教学实验台主控制屏2旋转变压器实验仪3400Hz稳压电源4三相可调电阻900（NMEL-03）5旋转指示灯及开关板（NMEL-05）五实验方法1测定正余弦旋转变压器空载时的输出特性接线如图6-7所示。R、RL均采用NMEL-03上900串联900共1800电阻，并调定在

14、1200阻值。开关S1、S2、S3采用MEL-05上单刀双掷开关。D1、D2为激磁绕组，D3、D4为补偿绕组，Z1、Z2为余弦绕组，Z3、Z4为正弦绕组。aS1、S2、S3均断开。b定子激磁励磁绕组D1、D2两端施加额定电压UN(60V、400Hz)且保持恒定c用手柄缓慢旋转刻度盘，找出正弦输出绕组输出电压为最小值的位置，此位置即为起始零位，使刻度盘的0对准该起始零位位置。d在0180间刻度盘，每转角10，测量转子正弦空载输出电压Ur10与刻度盘转角a的数值并记录于表6-9中。 表6-9a(deg)0102030405060708090Ur10(v)a(deg)1001101201301401

15、50160170180Ur10(v)2测定负载对输出特性的影响在接线图7-7中，把开关S3闭合，开关S1、S2仍打开，使正余弦旋转变压器带负载电阻RL运行。按上述实验1的方法测量正弦负载输出电压UR1与转角a的数值并记录于表6-10中。 表6-10a(deg)0102030405060708090UR1(v)a(deg)100110120130140150160170180UR1(v)3测量二次侧补偿后负载时的输出特性在接线图6-7中，开关S1断开，S3闭合接通负载电阻RL，S2闭合，使二次侧余弦输出绕组Z3、Z4经补偿电阻R闭合。仍按上述实验1的方法测量正弦负载输出电压Ur1与转角a的数值并

16、记录于表6-11中。在实验时注意一次侧输入电流的变化。 表6-11a(deg)0102030405060708090Ur1(v)a(deg)100110120130140150160170180Ur1(v)4测量一次侧补偿后负载时的输出特性在接线图6-7中，开关S2断开，S3闭合接通负载电阻RL，S1闭合，使一次侧接成补偿电路。仍按上述实验1的方法测量正弦负载输出电压Ur1与转子转角a的数值并记录于表6-12中。在实验中注意一次侧输入电流的变化。 表6-12a(deg)0102030405060708090Ur1(v)a(deg)100110120130140150160170180Ur1(v

17、)5正余弦旋转变压器作线性应用接线如图6-8所示。仍按上述实验1的方法，在090间，每转角10记录输出电压Ur与转角a的数值并记录于表6-13中。 表6-13a(deg)0102030405060708090Ur(v)六实验报告1根据表6-9的实验记录数据，绘制正余弦旋转变压器空载时输出电压Ur10与转子转角a的关系曲线，即Ur10=f(a)。2根据表6-10的实验记录数据，绘制负载时输出电压Ur1与转子转角a的关系曲线，即Ur1=f(a)。3根据表6-11的实验记录数据，绘制二次侧补偿后负载时的输出电压Ur1与转子转角a的关系曲线，即Ur1=f(a)。4根据表6-12的实验记录数据，绘制一次

18、侧补偿后负载时的输出电压Ur1与转子转角a的关系曲线，即Ur1=f(a)特性。5根据表6-13的实验结果，绘制一次侧补偿的线性旋转变压器带负载时的输出电压Ur与转子转角a的关系曲线，即Ur=f(a)特性。分析正余弦旋转变压器作一次侧补偿线性旋转变压器运行情况。实验七 直流无刷电机实验一实验目的1通过实验测定直流无刷电机的主要技术参数。2掌握直流无刷电机的工作原理和运行特性。二预习要点1直流无刷电机的工作原理和运行特性。2直流无刷电机的主要技术指标。三实验项目 1计算直流无刷电机的给定转速比，以及绘制给定转速曲线。 2测定直流无刷电机紧急制动时间3测定直流无刷电机自动停车时间四实验设备及仪器1电

19、机系统教学实验台主控制屏2NMEL-27A 直流无刷电机及其控制系统3双踪示波器（自备） 五原理描述直流电机由于调速性能好易于控制，一直在工业和民用当中有着广泛的用途，但是由于直流电机需要电刷和换向器，容易参生电火花和电磁干扰，在很多应用当中受到了限制。而直流无刷电机利用电子开关线路和位置传感器代替电刷和换向器，使这种电机既有直流电机的特性，又具有交流电机的结构简单的特点，运行可靠、维护方便的优点。六实验方法1实验装置各接线端子功能说明（1）6脚F/R：与（5脚GND）一起控制电机的正反转，相连时反转，断开时为正转。（2）8脚BRA：制动控制，接（7脚VCC）时制动，（仅在电流较小时可用，平时

20、应接地）。（3）9脚R/S：与（5脚GND）短接与否控制电机的启动和停止，开路运行，短接停止。（4）10脚SP直流无刷电机转速给定端口。（5）5脚为GND信号地。（6）7脚CC 6.2标准电压，与6脚一起用来控制正反转。（7）11脚SPEED脉冲输出（每转输出脉冲与电机）。（8）11脚SPEED为Pl脉冲输出端口，我公司采用的无刷直流电机为三极电机，例如：2000rpm时，每分钟输出脉冲2000*3=6000个脉冲，1秒钟输出100个脉冲，一个脉冲时间为0.01S，客户可根据此脉冲测转速并加以外围控制。2直流无刷电机给定转速比测试：（1）关闭NMEL-27A 直流无刷电机及其控制系统的电源。（

21、2） Vcc和Gnd分别连接到可调节电位器Rp1的上端和下端，可调节电位器的中间出头和直流无刷电机驱动器的Sp转速给定端相连接。（3）打开NMEL-27A 直流无刷电机及其控制系统的电源，调节直流无刷电机驱动器的给定旋钮，分别测试在不同的电压的情况下的电机的输出脉冲，并计算电机的给定转速比。表 5-1 给定电压V1V2V3V4V5V周期T按如下方法计算直流无刷电机转速： 转速计算公式 n = 60/3*T (r/min) n电机转速，rmin； T由示波器观测的两个脉冲之间的时间，单位S。3直流无刷电机紧急制动波形观察及制动时间测量（1）关闭NMEL-27A 直流无刷电机及其控制系统的电源。（

22、2） Vcc和Gnd分别连接到可调节电位器Rp1的上端和下端，可调节电位器的中间出头和直流无刷电机驱动器的Sp转速给定端相连接。（3）打开NMEL-27A 直流无刷电机及其控制系统的电源，调节直流无刷电机驱动器的给定旋钮，使Sp给定电压为4.5V，用导线短接7脚和8脚 ，观测5脚和11脚的紧急制动的输出信号，以及计算电机的紧急制动停止时间T1。4直流无刷电机自动停车波形观察及停车时间测量（1）关闭NMEL-27A 直流无刷电机及其控制系统的电源。（2） Vcc和Gnd分别连接到可调节电位器Rp1的上端和下端，可调节电位器的中间出头和直流无刷电机驱动器的Sp转速给定端相连接。（3）打开NMEL-27A 直流无刷电机及其控制系统的电源，调节直流无刷电机驱动器的给定旋钮，使Sp给定电压为4.5V，用导线短接5脚和9脚 ，观测5脚和11脚的紧急制动的输出信号，以及计算电机的自由停车时间T2。七实验报告 1描述直流无刷电机的工作原理。 2计算直流无刷电机的给定转速比，以及绘制给定转速曲线。 3比较直流无刷电机紧急制动T1和自由停车T2的时间差，思考两者之间的区别，以及在实际当中的应用范围。八注意事项直流无刷电机的参考电源Vcc和地Gnd我们为了学生方便观测，都已经把该端点引到了面板上，学生使用的时候，千万注意