电动机速度开环控制和闭环控制

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1、电气学科大类2010级《信号与控制综合实验》课程实验报告(综合实验:DC/DC单端正激式变换电路设计实验，电动机速度开环控制和闭环控制)姓名学号专业班号同组者1学号专业班号同组者2学号专业班号指导教师李军日期实验成绩评阅人实验评分表基本实验实验编号名称/内容实验分值评分设计性实验实验名称/内容实验分值评分创新性实验实验名称/内容实验分值评分DC/DC单端正激式变换电路设计实验电动机速度开环控制和闭环控制教师评价意见总分目录实验四十九、DC/DC单端正激式变换电路设计实验1实验三十三、电动机速度开环控制和闭环控制8实验感想14参考文献1515实验四十九、DC/DC单端正激式变换电路设

2、计实验一、实验目的通过研究DC/DC单端正激式变换电路的工作原理，进一步掌握其复位特性和设计方法，并熟悉电路闭环控制的设计方法。二、实验原理1、实验主电路及原理该实验中我们采用辅助绕组复位方式的电路，电路图如图1所示：图1辅助绕组复位方式电路图其中隔离变压器有3个绕组：一次绕组N1，二次绕组N2和复位绕组N3,设开关周期为T，占空比为D。则在Ton期间，开关管T导通，VD2导通，VD1、VD3截止，电流向负载传递能量，此时有：磁通增加量：φ+=ViN1DT输出电压：Vo=N2N1Vi同理，在在Toff时间内，开关管T截止，VD2截止，VD1导通续流，VD3导通向电源回馈能量，如果在

3、整个Toff期间内，VD3都导通，则有：磁通减少量：φ-=ViN3(1-D)T输出电压：Vo=0为了使磁通完全复位，须使磁通增加量小于磁通减少量，由以上四式可得：15占空比需满足：D≤N1(N1+N3)输出电压平均值:Vo=N2N1DVi2、实验中运算放大器使用LM324，其引脚图如右图所示，实验中采用±12V的电源给其供电。3、控制电路与闭环的实现实验中使用实验板BO1控制电路产生PWM波，由实验板的电路可知反馈电压信号可以加在TP1上，它将与TL494芯片2号端口的输入图2LM324引脚图给定电压（约为2.5V）做比较，实现闭环。将输出电压通过电压传感器，经过PI环节加到BO1

4、实验板上，PI环节的作用是使得输出电压稳定值与给定电压相差更小，相当于实现无静差。4、电路参数设计（1）实验中绕组N1、N2、N3的匝数分别为20匝、32匝、10匝。（2）滤波电感L的选择：设输出电压为50V，最大负载为500Ω时有最小输出电流0.1A，因此可知此时为保证输出电流不断流，在占空比D=0.5，开关频率为20kHz的情况下，必须有：L≥Vo2fsIOmin1-D=6.25mH实际上，电感同时也有滤除输出电压谐波的作用，在考虑输出电流不断流的前提下，为了使得输出的电压更为平稳、滤除更小次数的谐波，同时也是考虑到实验室的实际元件参数情况，我们最终取电感L=133mH。（3）

5、滤波电容C的选择:根据输出电压的波动公式可得：∆VoVo=(1-D)8LCfs2为了使得纹波小于0.1%，可得C≥Vo∆Vo(1-D)8Lfs2=1.17μF结合实验室的实际情况，我们取电容C=10μF。这样，LC滤波器的截止频率为：fc=12πLC=138Hz也即能够有效滤除频率大于138Hz的谐波。5、电压传感器：电压互感器在闭环实验中用到，用来测定输出电压，返回到反馈网络，实现闭环控制，传感器输入端选择15kΩ的电阻，输出选择300kΩ的电阻，设输入电压为V1，输出电压为V2，则根据实验板上的参数可得：VV2300=1025因此有：V1V2=2015三、实验步骤1、测试控制电

6、路：在BO1实验板中，连接JP1的1、2端选择开关频率为20kHz，连接JP2的5、6端，连接JP3选择单路输出，用示波器观察输出Vg1的波形，同时调节电位器R24使得输出PWM波占空比为0.5。2、开环特性测试：（1）连接电路，但先不加入电压传感器与运算放大器，不构成闭环。（2）保持输入电压为100V，占空比D=0.5，改变负载的大小，观察并记录输出电压变化。（3）保持负载为200Ω，改变输入电压的大小，观察并记录输出电压变化。3、闭环特性测试：（1）将输出电压通过电压传感器引到PWM产生实验板上。（2）选择给定电压值Vo*=4V（该电压可以通过5V电压源用电阻分压得到），此时相

7、当于给定输出电压值为80V，保持输入电压为100V，占空比D=0.5，改变负载的大小，观察并记录输出电压变化。（3）保持负载为200Ω，改变输入电压的大小，观察并记录输出电压变化。4、在输入为50V，占空比D=0.5的情况下，记录绕组、开关管、二极管两端的波形。四、实验结果及分析1、BO1实验板产生的PWM波：图3BO1实验板产生的PWM波2、开环特性测试：15（1）保持输入电压为100V，占空比D=0.5，改变负载的大小：表1开环下输出电压与负载大小的关系R/Ω50