实验十三 单闭环直流调速系统.doc

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13-1PWM的控制电路
上图所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是美国SiliconGeneral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。

图13-2SG3525内部结构

图13-3直流电机控制系统
四、实验步骤
1、实验接线
1.1用导线将直流电机单元24V的“+”输入端接到直流稳压电源24V的“+”端；
1.2用导线将直流电机单元0～5V的“+”输入端接到数据采集卡的“DA1”的输出端，同时将UO的“+”(霍耳输出)输出端接到数据采集卡的“AD1”处；
1.3打开实验平台的电源总开关。
2、脚本程序运行
2.1启动计算机，在桌面双击图标“THBCC-1”，运行实验软件。
2.2顺序点击虚拟示波器界面上的“”按钮和工具栏上的“”按钮(脚本编程器)；
2.3在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击“打开”按钮，并在“计算机控制技术应用算法”文件夹下选中“直流电机”脚本程序并打开，阅读、理解该程序，然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“步长设置”，将脚本算法的运行步长设为50ms；
2.3点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“启动”；观察直流电机的运行情况。
2.4当直流电机的转速稳定在设定值后，再点击“脚本编辑器”窗口上“停止”按钮，重新配置P、I、D的参数或改变算法的运行步长，并再次运行算法程序，观察直流电机的运行情况；
2.5实验结束后，关闭脚本编辑器窗口，退出实验软件。
五、实验报告要求
1．画出直流电机控制系统的方框图。
2．分析P、I、D控制参数对直流电机运行的影响。
六、参考程序
dimpv,sv,ei,K,Ti,Td,q0,q1,q2,mx,pvx,op
subInitialize(arg)'初始化函数
WriteData0,1
mx=0
pvx=0
endsub
subTakeOneStep(arg)'算法运行函数
pv=GetFS'电机的控制的转速，该转速在20～35左右
TTTRACE"转速=%f",pv
sv=35
K=2
Ti=2
Td=0
Ts=0.05'采集周期50ms
ei=(sv-pv)/20
TTRACE"ei=%f",ei
q0=K*ei'比例项
ifTi=0then
mx=0
q1=0
else
mx=K*Ts*ei/Ti'当前积分项
endif
q2=K*Td*(pvx-pv)/Ts'微分项
q1=q1+mx
ifq1>3.5then
q1=3.5
endif
ifq1<-3.5then'当前积分限幅，以防积分饱和
q1=-3.5
endif
pvx=pv
op=q0+q1+q2'当前输出值
ifop<=1then'输出值限幅
op=1
endif
ifop>=3.5then
op=3.5
endif
WriteDataop,1
TTRACE