直流电机和步进电机控制实验报告

自动控制原理实验

实验报告

直流电机转速控制设计

一、实验目的

1、了解直流电机转速测量与控制的基本原理。

2、掌握LabVIEW图形化编程方法，编写直流电机转速控制系统程序。 3、熟悉PID参数对系统性能的影响，通过PID参数调整掌握PID控制原理。

二、实验设备与器件

计算机、NI ELVIS II多功能虚拟仪器综合实验平台、LabVIEW软件、万用表、12V直流电

机、光电管，电阻、导线。

三、实验原理

直流电机转速测量与控制系统的基本原理是：通过调节直流电机的输入电压大小调节电 机转速；利用光电管将电机转速转换为一定周期的光电脉冲、采样脉冲信号，获取脉冲周期。将脉冲的周期变换为脉冲频率，再将脉冲频率换算为电机转速；比较电机的测量转速与设定转速，将转速偏差信号送入PID控制器，由PID控制器输出控制电压，通可变电源输出作为直流电机的输入电压，实现电机转速的控制。

四、实验过程

（1）在实验板上搭建出电机转速光电检测电路

将光电管、直流电机安装在实验板上的合适位置，使得直流电机的圆片恰好在光电管之 中，用导线将光电管与相应阻值的电阻相连，并将电路与相应的接口相连，连接好的电路图如下。

（2）编写程序，实现PID控制

SP为期望转速输出，是

河南科技大学 课 程 设 计 说 明 书

课程名称 ＿＿现代电子系统课程设计＿＿ 题 目 ＿＿＿直流电机控制设计＿＿＿

学 院 ＿＿＿＿＿＿＿＿ 班 级 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 学生姓名 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 指导教师 ＿＿ ＿＿＿ 日 期 ＿＿ ＿＿＿＿＿＿

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课程设计任务书 （指导教师填写）

课程设计名称 现代电子系统课程设计 学生姓名 专业班级 设计题目 直流电机控制设计 一、 课程设计目的

学习直流电机PWM的FPGA控制； 掌握PWM控制的工作原理；

掌握GW48_SOPC实验箱的使用方法； 了解基于FPGA的电子系统的设计方法。 二、 设计内容、技术条件和要求

利用PWM控制技术实现直流电机的速度控制。 （1）基本要求：

a．速度调节：不少于4档，可实现加减档控制。 b．能控制电机的旋转方向。

c．通过红外光电电路测得电机的转速，设计频率计用4位10进制显示电机的转速。 （2）发挥部分

实验五 直流电机闭环调速控制

2011级测控一班 王婷婷 2011134128

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

计算机控制技术（二）、PCI数据采集卡（含上位机软件） 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5-1 PWM的控制电路

图5-1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5-2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

DC Machine

Implement separately excited DC machine (continuous and discrete blocks)

Library Machines Description

The DC Machine block and the Discrete DC Machine block (also in the Machines library) both implement a separately excited DC machine. The DC Machine block implements a continuous model, and the Discrete DC Machine block implements a discrete model. The following description applies to both blocks.

An access is provided to the field terminals (F+, F-) so that the machine model can be used as a shunt-connected or

直流电机

一、填空

1. 直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是 。 答：交流的。

2. ★★一台四极直流发电机采用单叠绕组，若取下一支或相邻的两支电刷，其电流和功

率 ，而电刷电压 。 答：减小，不变。

3. ★一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流If不变，当加上一恒定转矩的负载后，

发现电枢电流超过额定值，有人试在电枢回路中接一电阻来限制电流，此方法 。串入电阻后，电动机的输入功率P1将 ，电枢电流Ia ，转速n将 ，电动机的效率η将 。 答：不行，不变，不变，下降，下降。

4. ★一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20℅，

则稳定后电机的电流为 倍的额定电流（假设磁路不饱和）。 答：1.25倍。

5. 并励直流电动机，当电源反接时，其中Ia的方向 ，转速方向 。

答：反向，不变。

6. 直流发电机的电磁转矩是 转矩，直流电动机的电磁转矩是 转矩。 答：制动，驱动。

7. 一台串励直流电动机与一台并

杭州电子科技大学信息工程学院院赛设计报告

杭州电子科技大学信息工程学院

项目设计报告

项目：直流电机转速控制

学生姓名 指导教师 完成日期 2016年4月27日

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杭州电子科技大学信息工程学院院赛设计报告

摘要

电机在各行各业发挥着重要的作用,而电机转速是电机重要的性能指标之一,因而测量电机的转速和电机的调速,使它满足人们的各种需要,更显得重要，而且随着科技的发展,PWM调速成为电机调速的新方式。

随着数字技术的迅速发展，微控制器在社会的各个领域得到了广泛的应用，由于数字系统有着模拟系统所没有的优势，如抗干扰性强、便于和PC机相联、系统易于升级维护。

本设计是以单片机AT89S52和L298控制的直流电机脉宽调制调速系统。利用AT89S52芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。系统实现对电机的正转、反转、急停、加速、减速的控制，以及PWM的占空比在LCD上的实时显示。

关键词 直流电机；AT89S52；PWM调速；L298

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杭州电子科技大学信息工程学院院赛设计报告

Abstract

Mo

直流电机原理

电机与拖动

第

三

章

直 流 电 机 的 原 理

直流电机原理

电机与拖动

直 流 电 机 原 理结构和原理 空载磁场及磁化曲线 电 枢 绕 组 电 枢 反 应

感应电势与电磁转矩

直流电机原理

第三章本 章 要 求：

直流电机的原理

电机与拖动

掌握直流发电机和直流电动机的工作原理。 了解直流电机的结构、电枢绕组。 熟练掌握并能正确使用直流电机的额定值。 熟练掌握直流电机的励磁方式。

搞清直流电机空载磁场，正确理解磁化曲线。 正确理解电枢反应概念及其影响。 正确理解电势及转矩公式，并能正确使用。 了解直流电机的换向原理，掌握换向方法。

直流电机原理

电机与拖动

直流电机的特点 直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大。 由于存在换向器，其制造复杂，价格较高

直流电机原理

第一节 直流电机的用途结构和原理一、直流电机的用途和结构

电机与拖动

端盖定子 转子

上一张 下一张

直流电机原理

电机与拖动

直流电机的原理和结构一、直流电机的结构

直流电机原理

电机与拖动

定子和转子

直流电机原理

电机与拖动

直流电机电枢绕组结构

直流电机原理

电机与拖动

直流电机电刷和换向器结构

直流电机原理

电机与拖动

第二篇 直流电机

一、填空题：

1. 直流电机电枢导体中的电势是 电势，电刷间的电势是 电势。

2. 直流电机电枢绕组中流过的电流方向是___________的，产生电磁转矩的方向是___________的（填变化或不变）。 3. 直流电机的主磁路不饱和时，励磁磁动势主要消耗在________上。

4. 直流电机空载时气隙磁密的波形曲线为____________波。 5. 直流电机的磁化特性曲线是指电机空载时______________与______________之间的关系曲线。

6. 一台6极他励直流发电机，额定电流为150A，若采用单叠绕组，则电枢绕组的支路电流为 A，若采用单波绕组，则电枢绕组的支路电流为 A。

7. 一直流电机，Qu=S=K=22，2p=4，右行单叠绕组，绕组节距y=yK= ，y1= ， y2= 。

8. 一台四极直流电机，元件数为21，换向片数为____________，构成左行单波绕组，则合成节距为____________，第一节距为____________，并联支路数为______________。 9. 直

习题

2.1 直流发电机是如何发出直流电的？如果没有换向器，直流发电机能否发出直流电？ 2.2 直流电机有哪些励磁方式？各有何特点？不同的励磁方式下，负载电流、电枢电流与励磁电流有何关系？

2.3 什么是电机的可逆性？为什么说发电机作用和电动机作用同时存在于一台电机中？ 2.4 试述直流发电机和直流电动机主要额定参数的异同点。 2.5 直流电机由哪些主要部件组成？其作用如何？

2.6 一台Z2型直流电动机，额定功率为PN=160kW，额定电压UN=220V，额定效率?N=90%，额定转速nN=1500r/min，求该电机的额定电流。

2.7 一台Z2型直流发电机，额定功率为PN=145kW，额定电压UN=230V，额定转速

nN=1450r/min，求该发电机的额定电流。

2.8 一台直流发电机额定容量PN=180kW，额定电压UN=230V，额定转速nN＝1450r/min，额定效率?N=89.5%,求额定输入功率和额定电流。

2.9 一台四极直流电机，采用单叠绕组，问：

(1) 若取下一只或相邻两只电刷，电机是否可以工作？ (2) 若只用相对两只电刷，是否可以工作？ (3) 若有一磁极失去励磁将产生什么后果？

2.10 直流发电机和直流电动

直流电机原理

计算题

例题1、 一台并励直流发电机

PN=16kW, UN=230V,IN=69.6A,nN=1600r/min,电枢回路电阻

=150?,额定效率

Ra=0.128?,励磁回路电阻Rf?N=85.5%.试求额定工作状态下的励磁电流、

电枢电流、电枢电动势、电枢铜耗、输入功率、电磁功率。

解

IfNUN230===1.53A IaN=IN+IfN=69.6+1.53=71.13A Rf150Ra=230+71.13?0.128=239.1V

EaN=UN+IaN

2pcua=IaNRa=71.132?0.128=647.6W

EaNIaN=239.1?71.13=17kW

PN1616p输出功率1N=

?N=85.5?.5%=18.7kW

例题2、并励直流电动机PN=7.5kW,

UN=220V, IN=40.6A, nN=3000r/min,Ra=0.213?.额定励磁电流

IfN=0.683A,不计附加损耗，求电机工作在额定状态下的电枢电流、额定效率、输出转矩、电枢铜耗、励

磁铜耗、空载损耗、电磁功率、电磁转矩及空载转矩。

解：

Ia=IN-IfN=40.6-0.683=40A

UNIN=220?40.6=8932W

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