直流调速系统仿真毕业设计

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1、 摘 要文中所做的主要工作如下：了解开环直流调速与单闭环直流调速系统的原理、组成结构；利用实验室已有的主要单元部件，搭建直流调速系统；进行调试，测试系统各性能波形。1）开环系统与单闭环系统的总体方案设计，画出功能模块联接图并阐述原理。2）各功能模块设计或原理阐述。3）整体接线图。4）搭建开环直流调速系统。5）有静差单闭环直流调速与无静差单闭环直流调速波形测试。关键词： 开环系统；单闭环系统；性能；测试目 录摘 要1绪 论3第一章 直流电机调速系统原理41.1直流调速开环系统41.2转速反馈有静差直流调速系统81.3转速反馈无静差直流调速系统9第二章 直流调速系统的系统设计122.1开环系统的配

2、置与设计 ，系统整体连接图122.2 转速反馈有静差系统的配置与设计，系统整体连接图172.3转速反馈无静差系统的配置与设计，系统整体连接图19第三章 系统调试223.1移相触发电路调试223.2各控制模块调试223.3开环系统调试253.4单闭环有静差系统调试263.5单闭环无静差系统调试273.6调试时的注意事项28第四章 测量及分析3041额定转速1500转/分，开环直流调速3042无静差单闭环仅pi调节器转速波动图（即转速无积分）3043有静差单闭环仅p调节器转速波动图（即转速有积分）31第五章 结论33参考文献34致谢34绪 论通过对开环直流调速系统和有静差单闭环直流调速系统、无静差

3、单闭环直流调速系统的分析，其中包括系统的组成，系统框图，各部件的系统图的特点，分析可能达到的技术性能。目的是了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情况，熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构，掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。同时转速反馈单闭环调速系统是控制理论的重要组成部分，对其进行深入的学习，同时加强对单闭环的感性和理性认识对日后的发展定当有很大的益处。对开环、有静差单闭环、无静差单闭环系统的搭建、调试、测量和比较，让我深入了解单闭环系统地性能。在这学习的过程中也熟悉了电机、电力电子不可逆整流、运放、示波器等器件和工具的了解和使用。第一章 直流电机调速系统原理1.1直流

4、调速开环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。而调压调速是直流调速系统的主要方法，但调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源。本设计中，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Ug的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速。电枢回路电阻R的测定（电路连接如图1-1），电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻Ra，平波电抗器的直流电阻RL和整流装置的内阻Rn，即R=Ra+RL+Rn。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，其线路如图1-1所示。将变阻器RP（可采用

5、两只900电阻并联）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。MCL-18（或MCL-31）的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。调节偏移电压电位器RP2，使a=150。三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v。调节Ug使整流装置输出电压Ud=（3070）%Ued（可为110V），然后调整RP使电枢电流为（8090）%Ied，读取电流表A和电压表V的数值为I1,U1，则此时整流装置的理想空载电压为Udo=I1R+U1 ，调节RP，使电流表A的读数为40% Ied。在Ud不变的条件下读取A，V表数值，则Udo=

6、I2R+U2。求解两式，可得电枢回路总电阻R=(U2-U1)/(I1-I2) 。再把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得RL+Rn=(U2-U1)/(I1-I2)，则电机的电枢电阻为Ra=R-（RL+Rn）。 图1-1 电枢回路电阻R的测定电枢回路电感L的测定（电路连接如图1-2），电枢电路总电感包括电机的电枢电感La，平波电抗器电感LL和整流变压器漏感LB，由于LB数值很小，可忽略，故电枢回路的等效总电感 L=La+LL，电感的数值可用交流伏安法测定。电动机应加额定励磁，并使电机堵转，线路如图1-2所示。把三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压。用电压表和电流表分别

7、测出通入交流电压后电枢两端和电抗器上的电压值Ua和UL及电流I（可取0.5A），从而可得到交流阻抗Za和ZL，计算出电感值La和LL。图1-2 电枢回路电感L的测定转动惯量和系统机电时间常数的测量（电路连接如图1-3），交流电压的有效值应小于电机直流电压的额定值， Za=Ua/I， ZL=UL/I。直流电动机发电机测速发电机组的飞轮惯量GD2的测定。电力拖动系统的运动方程式为。 式中 M电动机的电磁转矩，单位为N.m; ML 负载转矩，空载时即为空载转矩MK，单位为N.m; n 电机转速，单位为r/min;电机空载自由停车时，运动方程式为。故，式中GD2的单位为Nm2。MK可由空载功率（单位为

8、W）求出。，dn/dt可由自由停车时所得曲线n= f (t)求得，其实验线路如图1-3所示。电动机M加额定励磁。MCL-18的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v。再调节Uct，将电机空载起动至稳定转速后，测取电枢电压Ud和电流IK，然后断开Uct，用记忆示波器拍摄曲线，即可求取某一转速时的MK和dn/dt。由于空载转矩不是常数，可以转速n为基准选择若干个点（如1500r/min，1000r/min），测出相应的MK和dn/dt，以求取GD2的平均值。当电机为1500r/min，电机为1000r/min。

9、系统机电时间常数TM的测定系统的机电时间常数可由下式计算，由于TmTd，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即。当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n到达63.2%稳态值时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。测试时电枢回路中附加电阻应全部切除。MCL-18的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v。电动机M加额定励磁。调节Uct，将电机空载起动至稳定转速1000r/min。然后保持Uct不变，断开主电路开关，待电机完全停止后，突然合上主电路开关，给电枢加电压，用光线示波器拍摄过渡过程曲线，即

10、可由此确定机电时间常数。图1-3 转动惯量和系统机电时间常数的测量电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定（电路连接如图1-4），将电动机加额定励磁，使之空载运行，改变电枢电压Ud，测得相应的n，即可由下式算出 Ce=KeF=(Ud2-Ud1)/(n2-n1)。Ce的单位为V/(r/min)，转矩常数(额定磁通时)CM的单位为N.m/A，可由Ce求出CM=9.55Ce。图1-4 电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定1.2转速反馈有静差直流调速系统该系统的主电路采用晶闸管三相全控桥式整流电路。其输出电压为：Ud0=2.34U2cos。放大器为比例放大器(或比例调节器)，直流电动机M由晶闸管可控整

11、流器经过平波电抗器L供电。整流器整流电压Ud可由控制角来改变。触发器的输入控制电压为Uk。为使速度调节灵敏，使用放大器来把输入信号U加以扩大， U为给定电压Ug与速度反馈信号Uf的差值。 当TL1突增到TL2时，有静差调速系统的转速n、偏差电压 DUn 和控制电压 Uc 的变化过程示于图1-5。 图1-5 有静差调速系统突加负载过程图有图可得采用（P）放大器控制的直流调速系统，可使系统稳定，并有一定的稳定裕度，同时还能满足一定的稳态精度指标。但是，带比例放大器的反馈控制闭环调速系统是有静差的调速系统。1.3转速反馈无静差直流调速系统采用积分（I）调节器或比例积分（PI）调节器代替比例放大器，构

12、成无静差调速系统。在用积分调节器，当转速在稳态时达到与给定转速一致，系统仍有控制信号，保持系统稳定运行，实现无静差调速，当负载突增时，积分控制的无静差调速系统动态过程曲线示图16。在稳态运行时，转速偏差电压 DUn 必为零。如果 DUn 不为零，则 Uc 继续变化，就不是稳态了。在突加负载引起动态速降时产生DUn，达到新的稳态时，DUn 又恢复为零，但 Uc 已从 Uc1 上升到 Uc2 ，使电枢电压由 Ud1 上升到 Ud2，以克服负载电流增加的压降。在这里，Uc 的改变并非仅仅依靠 DUn 本身，而是依靠 Un 在一段时间内的积累。虽然现在DUn = 0，只要历史上有过 DUn ，其积分就

13、有一定数值，足以产生稳态运行所需要的控制电压 Uc。积分控制规律和比例控制规律的根本区别就在于此，如图1-6。如图1-6 积分控制无静差调速系统突加负载时的动态过程图将以上的分析归纳起来，可得下述论断：比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状；而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。+-+-M TG+-RP2nRP1U*nR0R0RbalUcVBT VSUiTAIdR1C1UnUd-+MTG+-UPE图1-7无静差直流调速系统示例举例图1-7所示是一个无静差直流调速系统的实例，采用比例积分调节器以实现无静差，采用电流截止负反馈来限制动态过程的冲击电流。TA为检测电流的交流互感器，经整流

14、后得到电流反馈信号。当电流超过截止电流时，高于稳压管VS的击穿电压，使晶体三极管VBT导通，则PI调节器的输出电压接近于零，电力电子变换器UPE的输出电压急剧下降，达到限制电流的目的。严格地说，“无静差”只是理论上的，实际系统在稳态时，PI调节器积分电容两端电压不变，相当于运算放大器的反馈回路开路，其放大系数等于运算放大器本身的开环放大系数，数值最大，但并不是无穷大。因此其输入端仍存在很小的，而不是零。这就是说，实际上仍有很小的静差，只是在一般精度要求下可以忽略不计而已。无静差调速系统的稳态参数计算很简单，在理想情况下，稳态时 DUn = 0，因而 Un = Un* ，可以按下式直接计算转速反

15、馈系数 。第二章 直流调速系统的系统设计2.1开环系统的配置与设计 ，系统整体连接图实验设备及仪器:1MCL系列教学实验台主控制屏。2MCL18组件（适合MCL)或MCL31组件（适合MCL）。MCL18由G（给定），零速封锁器（DZS），速度变换器（FBS），转速调节器（ASR），电流调节器（ACR），过流过压保护等部份组成。3MCL33(A)组件或MCL53组件。MCL33由脉冲控制及移相，双脉冲观察孔，一组可控硅，二组可控硅及二极管，RC吸收回路，平波电抗器L组成。本实验台提供相位差为60O，经过调制的“双窄”脉冲（调制频率大约为310KHz），触发脉冲分别由两路功放进行放大，分别由Ub

16、lr和Ublf进行控制。当Ublf接地时，第一组脉冲放大电路进行放大。当Ublr接地时，第二组脉冲放大电路进行工作。脉冲移相由Uct端的输入电压进行控制，当Uct端输入正信号时，脉冲前移，Uct端输入负信号时，脉冲后移，移相范围为1001600。偏移电压调节电位器RP调节脉冲的初始相位，不同的实验初始相位要求不一样。双脉冲观察孔输出相位差为60o的双脉冲，同步电压观察孔，输出相电压为30V左右的同步电压，用双踪示波器分别观察同步电压和双脉冲，可比较双脉冲的相位。4MEL03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。5电机导轨及测速发电机、直流发电机M01（或电机导轨及测功机、MEL13组件）。6直流电

17、动机M03。7双踪示波器。各模块设计、配置:一、G（给定）图2-1 G给定原理图它的作用是得到下列几个阶跃的给定信号：（1）0V突跳到正电压，正电压突跳到0V；（2）0V突跳到负电压，负电压突跳到0V；（3）正电压突跳到负电压，负电压突跳到正电压。正负电压可分别由RP1、RP2两多圈电位器调节大小（调节范围为0-13V左右）。数值由面板右边的数显窗读出。只要依次扳动S1、S2的不同位置即能达到上述要求。（1）若S1放在“正给定”位，扳动S2由“零”位到“给定”位即能获得0V突跳到正电压的信号，再由“给定”位扳到“零”位能获得正电压到0V的突跳；（2）若S1放在“负给定”位，扳动S2，能得到0V

18、到负电压及负电压到0V的突跳；（3）S2放在“给定”位，扳动S1，能得到正电压到负电压及负电压到正电压的突跳。使用注意事项：给定输出有电压时，不能长时间短路，特别是输出电压较高时，否则容易烧坏限流电阻。2FBC+FA+FT（电流变送器与过流过压保护）：此单元有三种功能：一是检测电流反馈信号，二是发出过流信号，三是发出过压信号。电路图为1-2。（1）电流变送器电流变送器适用于可控硅直流调速装置中，与电流互感器配合，检测可控硅变流器交流进线电流，以获得与变流器电流成正比的直流电压信号，零电流信号和过电流逻辑信号等。电流互感器的输出接至输入TA1，TA2，TA3，反映电流大小的信号经三相桥式整流电路

19、整流后加至9R1、9R2、VD7及RP1、9R3、9R20组成的各支路上，其中：a9R2与VD7并联后再与9R1串联，在其中点取零电流检测信号。b将RP1的可动触点输出作为电流反馈信号，反馈强度由RP1进行调节。c将可动触点RP2与过流保护电路相联，输出过流信号，可调节过流动作电流的大小。二、FBS（速度变换器）速度变换器（FBS）用于转速反馈的调速系统中，将直流测速发电机的输出电压变换成适用于控制单元并与转速成正比的直流电压，作为速度反馈。其原理图如图所示。图 2-2 FBS（速度变换器）原理图使用时，将测速发电机的输出端接至速度变换器的输入端1和2。分两路输出。（1）一路经电位器RP2至转

20、速表，转速表(0-2000n/s)已装在电机导轨上。（2）另一路经电阻及电位器RP，由电位器RP中心抽头输出，作为转速反馈信号，反馈强度由电位器RP的中心抽头进行调节，由电位器RP输出的信号，同时作为零速封锁反映转速的电平信号。元件RP装在面板上。三、速度调节器（ASR）（1）速度调节它使转速 n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。（2）抗扰作用对负载变化起抗扰作用。（3）限制电机最大电流其输出限幅值决定电机允许的最大电流。四、电流调节器（ACR）（1）跟随作用作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调

21、节器的输出量）变化。（2）抗扰作用对电网电压的波动起及时抗扰的作用。（3）加快动态过程在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。（4）过流自动保护作用当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。五、零速封锁器（DZS）零速封锁器的作用是当调速系统处于静车状态，即速度给定电压为零，同时转速也确为零时，封锁调节系统中的所有调节器，以避免静车时各放大器零漂引起可控硅整流电路有输出使电机爬行的不正常现象。原理电路如图所示。图 2-3 零速封锁器（DZS）原理图它的总输入输出关系是：

22、（1）当1端和2端的输入电压的绝对值都小于0.07 V左右时，则3端的输出电压应为0V；（2）当1端和2端的输入电压绝对值或者其中之一或者二者都大于0.2V时，其3端的输出电压应为15V；（3）当3端的输出电压已为15V，后因1端和2端的电压绝对值都小于0.07V，使3端电压由15V变为0V时，需要有100毫秒的延时。3端为OV时输入到各调节器反馈网络中的场效应管，使其导通，调节器反馈网络短路而被封锁，3端为15V时输入到上述场效应管使其夹断，而解除封锁。具体原理如下：它是由两个山形电平检测器和开关延时电路组成。（1）DZS前半部分别由线性集成电路A1：A和A1：B组成二个山形电平检测器，山形

23、电平极测器的输入输出特性如图所示，输入电压是指1或2端送入的电压（S3放在封锁位），输出电压是指在4或5上得到的电压。调整参数到输出电压突跳的几个输入电压为：Ua=0.2V Ub=0.07V Uc=+0.07V Ud=+0.2V输出正向电压无限幅，约为+12V，输出负向电压用二极管VD9和VD10箝位到0.7V。图 2-4山形电平极测器的输入输出特性图（2）DZS的后关部为开关延时电路（a）当1和2端电压绝对值均小于0.07V，则4和5得到的电压都为+15V，高电平为“1”态，输入单与门4011，其输出10脚也为“1”态，二极管VD11截止，这样单与非门的输入为“1”态，输出3脚为“0”态，V

24、D12导通，使稳压管VST不能击穿，所以三极管VT1截止，从而3端输出为0V。（b）当1和2端电压绝对值或其中之一或二者都大于0.2V时，则在4和5上或者4为0.7V，或者5为0.7V，或者4、5均为0.7V，低电平为“0”态，三种情况输入D：C，其输出都为“0”态，VD11导通，接0V，D:A输入为“0”态，其输出为“1”态，使VD12截止，稳压管VST在30V的电压作用下而击穿，VT1饱和导通，可使3端输出为15V。（c）当已在（b）的情况，3端子输出为15V，此时D:C的输出为0V，D:A上输入电压接近0V。若要回到（a）的情部，则D：C的输出先由“0”态变成“1”态，VD11截止，D:

25、A上输入上电压应为+15V，但电容C5二端电压不能突变，+15V电源通过R27对C5充电，C5电压逐步上升，上升到一定数值后D：A的输出由“1”态变为“0”态，从而使3端输出为0V，所以3端由15V变为0V有一延时时间，其延时长短取决于R27C5的充电回路时间常数。（d）钮子开关S3有二个位置，放在“封锁位”，用在调速系统正常工作的情况，即为上述分析情况，放在“解除位”，A1：A组成的山形电平检测器输入总是+15V，3端子电位总是15V，使各调节器解除封锁，以便单独调试调节器用。系统整体连接图：图2-5 开环系统整体连接图2.2 转速反馈有静差系统的配置与设计，系统整体连接图实验设备及仪器:1

26、MCL系列教学实验台主控制屏。2MCL18组件（适合MCL)或MCL31组件（适合MCL）。3MCL33(A)组件或MCL53组件。4MEL03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。5电机导轨及测速发电机、直流发电机M01（或电机导轨及测功机、MEL13组件）。6直流电动机M03。7双踪示波器。各模块设计、配置:一、G（给定）二、FBS（速度变换器）三、速度调节器（ASR）四、电流调节器（ACR）五、零速封锁器（DZS）六、MCL-33挂箱MCL33由脉冲控制及移相，双脉冲观察孔，一组可控硅，二组可控硅及二极管，RC吸收回路，平波电抗器L组成。本实验台提供相位差为60O，经过调制的“双窄”脉冲（调

27、制频率大约为310KHz），触发脉冲分别由两路功放进行放大，分别由Ublr和Ublf进行控制。当Ublf接地时，第一组脉冲放大电路进行放大。当Ublr接地时，第二组脉冲放大电路进行工作。脉冲移相由Uct端的输入电压进行控制，当Uct端输入正信号时，脉冲前移，Uct端输入负信号时，脉冲后移，移相范围为1001600。偏移电压调节电位器RP调节脉冲的初始相位，不同的实验初始相位要求不一样。双脉冲观察孔输出相位差为60o的双脉冲，同步电压观察孔，输出相电压为30V左右的同步电压，用双踪示波器分别观察同步电压和双脉冲，可比较双脉冲的相位。使用注意事项：单双脉冲及同步电压观察孔在面板上俱为小孔，仅能接示

28、波器，不能输入任何信号。1. 脉冲控制。面板上部的六档直键开关控制接到可控硅的脉冲，1、2、3、4、5、6分别控制可控硅VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的触发脉冲，当直键开关按下时，脉冲断开，弹出时脉冲接通。2. 一桥可控硅由六只5A800V组成。3. 二桥可控硅由六只5A800V构成，另有六只5A800V二极管。4. RC吸收回路可消除整流引起的振荡。当做调速实验时需接在整流桥输出端。平波电抗器可作为电感性负载电感使用，电感分别为50mH、100mH、200mH、700mH, 在1A范围内基本保持线性。使用注意事项：外加触发脉冲时，必须切断内部触发脉冲。系统整体连接图：图2-6

29、有静差系统整体连接图2.3转速反馈无静差系统的配置与设计，系统整体连接图实验设备及仪器:1MCL系列教学实验台主控制屏。2MCL18组件（适合MCL)或MCL31组件（适合MCL）。3MCL33(A)组件或MCL53组件。4MEL-11挂箱（电容箱）。5MEL03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。6电机导轨及测速发电机、直流发电机M01（或电机导轨及测功机、MEL13组件）。7直流电动机M03。8双踪示波器。各模块设计、配置:一、G（给定）二、FBS（速度变换器）三、速度调节器（ASR）四、电流调节器（ACR）五、零速封锁器（DZS）六、MCL-33挂箱七、MCL11挂箱MCL11挂箱分成两部

30、分：正弦波逆变电源和单相交流调压。1正弦波逆变电源正弦波逆变电源的功能是把直流电逆变成交流电。由波形发生器产生一50Hz、幅度可变的正弦波，送入SG3525中的第9端，和3525的第5脚（为锯齿波）比较后，输出经调制（调制频率约为10kHz）的SPWM波形，经过倒相器反相后，得到两路互为反相的PWM驱动信号，分别驱动功率场效应管VT1、VT2，使VT1、VT2交替导通，从而在高频变压器的副边得到一SPWM波形，经过LC滤波后，得到一50Hz的正弦波，幅度可通过电位器RP进行改变。图 2-7正弦波逆变电源原理图比较得：相比于开环系统与有静差系统，无静差系统多了一个电容箱。系统整体连接图：图2-8

31、无静差系统整体连接图第三章 系统调试3.1移相触发电路调试（a）用示波器观察MCL33（或MCL53，以下同）的双脉冲观察孔，应有双脉冲，且间隔均匀，幅值相同；观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1V2V的双脉冲。（b）触发电路输出脉冲应在3090范围内可调。可通过对偏移电压调节单位器及ASR输出电压的调整实现。例如：使ASR输出为0V，调节偏移电压，实现=90；再保持偏移电压不变，调节ASR的限幅电位器RP1，使=30。3.2各控制模块调试1. 速度调节器（ASR）的调试，按图3-1线，DZS(零速封锁器)的扭子开关扳向“解除”。 （1）调整输出正,负限幅值： “5”“6”端 接

32、MEL-11挂箱，使ASR调节器为PI调节器，加入一定的输入电压（由MCL18或主控制屏的给定提供，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。（3）观察PI特性： 图3-1 MCL-18挂箱示意图拆除“5”、“6”端短接线，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3-1线）：

33、（1）调整输出正,负限幅值 ：“9”、“10”端 接MEL-11挂箱，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。（3）观察PI特性 ：拆除“9”、“10”端短接线，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。3.变换器（FBS）的调试：速度变换器（FBS）用于转速反馈的调速系统中，将直流测速发电机

34、的输出电压变换成适用于控制单元并与转速成正比的直流电压，作为速度反馈。其原理图如图所示。使用时，将测速发电机的输出端接至速度变换器的输入端1和2。分两路输出。（1）一路经电位器RP2至转速表，转速表(0-2000n/s)已装在电机导轨上。（2）另一路经电阻及电位器RP，由电位器RP中心抽头输出，作为转速反馈信号，反馈强度由电位器RP的中心抽头进行调节，由电位器RP输出的信号，同时作为零速封锁反映转速的电平信号。4. G（给定）的调试：原理图如图：它的作用是得到下列几个阶跃的给定信号：（1）0V突跳到正电压，正电压突跳到0V。（2）0V突跳到负电压，负电压突跳到0V。（3）正电压突跳到负电压，负

35、电压突跳到正电压。正负电压可分别由RP1、RP2两多圈电位器调节大小（调节范围为0-13V左右）。数值由面板右边的数显窗读出。只要依次扳动S1、S2的不同位置即能达到上述要求：（1）若S1放在“正给定”位，扳动S2由“零”位到“给定”位即能获得0V突跳到正电压的信号，再由“给定”位扳到“零”位能获得正电压到0V的突跳。（2）若S1放在“负给定”位，扳动S2，能得到0V到负电压及负电压到0V的突跳。（3）S2放在“给定”位，扳动S1，能得到正电压到负电压及负电压到正电压的突跳。使用注意事项：给定输出有电压时，不能长时间短路，特别是输出电压较高时，否则容易烧坏限流电阻。3.3开环系统调试根据开环系

36、统的方案设计进行系统调试：a断开ASR的“3”至Uct的连接线，G（给定）直接加至Uct，且Ug调至零，直流电机励磁电源开关闭合。b合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输出，使Uuv、Uvw、Uwu=200V。注：如您选购的产品为MCL、，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同。c调节给定电压Ug，使直流电机空载转速n0=1500转/分，调节测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻），在空载至额定负载的范围内测取78点，读取整流装置输出电压Ud，输出电流id以及被测电动机转速n。id（A）0.430.480.50.520.590.640.730.9Ud（V）2402402402402402

37、40240240n（r/min）15101500149314881474145414331395表一 开环系统调试表绘制id -n曲线如下：图3-2 开环系统调试图3.4单闭环有静差系统调试a断开G（给定）和Uct的连接线，ASR的输出接至Uct，把ASR的“5”、“6”点短接。b合上主控制屏的绿色按钮开关，调节Uuv，Uvw，Uwu为200伏。c调节给定电压Ug至2V，调整转速变换器RP电位器，使被测电动机空载转速n0=1500转/分，调节ASR的调节电容以及反馈电位器RP3，使电机稳定运行。调节测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻），在空载至额定负载范围内测取78点，读取Ud、id、n。（

38、这78个点的id最好与上面开环相同）id（A）0.440.480.510.560.60.660.720.8Ud（V）248248248248248248248248n（r/min）15451543154015301526152015161501表二 单闭环有静差系统调试表 绘制id -n曲线如下：图3-3 单闭环有静差系统调试图使直流电机空载转速n0=1500转/分，然后突加负载（负载大小同开环突加负载），用示波器看转速变化过程。3.5单闭环无静差系统调试a断开ASR的“5”、“6”短接线，“5”、“6”端接MEL11电容器，可预置7F，使ASR成为PI（比例积分）调节器。b调节给定电压Ug，

39、使电机空载转速n0=1500转/分。在额定至空载范围内测取78个点。（这78个点的id最好与上面开环相同）。id（A）0.420.480.50.250.60.680.720.80Ud（V）242242242242242242242242n（r/min）15141511150915081510151115071509表三 单闭环无静差系统调试表绘制id -n曲线如下：图3-4 单闭环无静差系统调试图3.6调试时的注意事项1.双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气

40、短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。2.电机启动前，应先加上电动机的励磁，才能使电机启动。在启动前必须将移相控制电压调到零，使整流输出电压为零，这时才可以逐渐加大给定电压，不能在开环或速度闭环时突加给定，否则会引起过大的启动电流，使过流保护动作，报警，跳闸。3.通电调试时，可先用电阻作为整流桥的负载，待确定电路能正常工作后，再换成电动机作为负载。

41、4.再连接反馈信号时，给定信号的极性必须与反馈信号的极性相反，确保为负反馈，否则会造成失控。5.直流电动机的电枢电流不要超过额定值使用，转速也不要超过1.2倍的额定值。以免影响电机的使用寿命，或发生意外。6.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7F）。7.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）。8.三相主电源连线时需注意，不可换错相序。9.电源开关闭合时，过流保护发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1即可正常工作。10.起动电机时，需把MEL-13

42、的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。11.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。第四章 测量及分析4.1额定转速1500转/分，开环直流调速使直流电机空载转速n0=1500转/分，然后突加负载(灯)，用示波器看转速变化过程，记录波形如下：横坐标：2.50S；纵坐标：200mv图4-1开环直流调速图说明了开环直流调速突然增加负载时，电机转速会迅速变慢，而且不会自动调节，恢复。42无静差单闭环仅pi调节器转速波动图（即转速无积分）使直流电机空载转速n0=1500转/分，然后突加负载（负载大小同开环突加负载），用示波器看转速变化过程，记录波形如下

43、：横坐标：2.50S；纵坐标：200mv图4-2静差单闭环仅pi调节器转速波动图说明了当负载增加时，系统能迅速调节，当负载减轻时，系统也能迅速调节，使转速在额定转速附近。总结出比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点，扬长避短，互相补充。比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。 43有静差单闭环仅p调节器转速波动图（即转速有积分）使直流电机空载转速n0=1500转/分，然后突加负载（负载大小同开环突加负载），用示波器看转速变化过程，记录波形如下：横坐标：2.50S；纵坐标：200mv图4-3差单闭环仅p调节器转速波动图说明了当增加负载时，电机速度会

44、有所下降，且幅度不大，过一段时间后，会自我恢复到额定转速附近。因此总结得出采用比例（P）放大器控制的直流调速系统，可使系统稳定，并有一定的稳定裕度，同时还能满足一定的稳态精度指标。但是，带比例放大器的反馈控制闭环调速系统是有静差的调速系统。第五章 结论一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。开环特性与闭环特性调速过程比较：开环系统调节过程为 Id n 。闭环系统调节过程为 Id n Un DUnUcUdon。反馈控制系统的规律是： 一方面能够有效地抑制一切被包在负反馈环内前向通道上的扰动作用；另一方面，则紧紧地跟随着给定作用，对给定信号的任何变化都是唯命是从的。

45、从而闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。 采用积分调节器，当转速在稳态时达到与给定转速一致，系统仍有控制信号，保持系统稳定运行，实现无静差调速。而比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状；积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。从无静差的角度突出地表明了积分控制优于比例控制的地方，但是另一方面，在控制的快速性上，积分控制却又不如比例控制；在同样的阶跃输入作用之下，比例调节器的输出可以立即响应，而积分调节器的输出却只能逐渐地变。但比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种

46、规律的优点，又克服了各自的缺点，扬长避短，互相补充。比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。 P控制器是具有比较控制规律的控制器，实质上是一个具有可调增益的放大器，在信号变换过程中，P控制器只改变信号的增益而不影响其相位。降低增益，使系统的稳定性改善，但使系统的稳态精度变差。PI控制器是具有比例积分控制规律的控制器，在串联校正时，PI控制器相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点，位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能，而增加的负实零点则用来减小系统的阻尼程度，缓和PI控制器极点对系统稳定性及

47、动态过程产生的不利影响。将使系统的稳态性能得到明显的改善，但使系统的稳定性变差。PI校正使系统的相位后移。PID控制器是具有比例积分微分控制规律的控制器，其控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。此比例积分微分校正兼顾了系统稳态性能和动态性能的改善。使系统在低频段相位后移，而在中、高频段相位前移。参考文献1 电力拖动自动控制系统（第3版）M，陈伯时主编 ，北京，机械工业出版社2003年7月2 电力电子及电气传动实验台实验指导书（下）M，浙江求是科教设备有限公司3 莫正康，电力电子应用技术M，机械工业出版社，2005年5月4 孔凡才，自动控制原理与系统M

48、，上海理工大学，2007年2月 5 浙江机电职业技术学院电气工程系M，典型机电控制系统实验指导致谢毕业设计终于完成了。虽然在这过程中有很多挫折，但经过自己不断地查阅资料、思考和动手在加上蔡老师的指导，最终还是完成啦。因此，我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学，谢谢他们给予了我很大的帮助。本文能够成功的完成，要特别感谢电气工程系的蔡炯炯老师的指导，是蔡老师在实践中给了我很多帮助，让我完成了不可逆单闭环直流调速系统相关的实验，从过程中分析实验的组成和结构，让我进一步了解不可逆单闭环直流调速系统的性能，为我做好毕业设计打下了坚实的基础，在此表示衷心的感谢。大学生活即将结束，新的起点即将开始。34