一种双闭环直流调速系统的教学实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种双闭环直流调速系统的教学实验装置，该装置包括：模拟信号给定模块、转速环模拟控制器、电流环模拟控制器、晶闸管驱动电路、主电路和被控对象直流伺服电机，以及电流检测和变换电路、旋转编码器和转速变换电路；该装置还包括：模数转换模块以及依次连接的数字信号给定模块、转速环数字控制器、电流环数字控制器、数模转换模块和功率放大模块；模拟信号给定模块给定的模拟信号、转速反馈信号分别经模数转换模块输入至转速环数字控制器的输入端；电流反馈信号经模数转换模块输入至电流环数字控制器的输入端；功率放大模块输出端与晶闸管驱动电路的输入端连接。利用本发明专利技术进行实验时无需上位机即可实现参数整定，人机交互友好。

A Teaching and Experimental Device for Double Closed Loop DC Speed Regulation System

The invention discloses a teaching experimental device of a double closed-loop DC speed regulating system, which includes: analog signal setting module, speed loop analog controller, current loop analog controller, thyristor driving circuit, main circuit and controlled object DC servo motor, current detection and conversion circuit, rotary encoder and speed conversion circuit; the device also includes: analog-to-digital conversion. The analog signal given by the analog signal given by the analog signal given module and the speed feedback signal are input to the input of the speed loop digital controller through the analog-to-digital conversion module, and the current feedback signal is input to the current loop digital controller through the analog-to-digital conversion module. The input end of the digital controller and the output end of the power amplifier module are connected with the input end of the thyristor driving circuit. When the experiment is carried out by the invention, the parameters can be adjusted without the upper computer, and the human-computer interaction is friendly.

【技术实现步骤摘要】
一种双闭环直流调速系统的教学实验装置
本专利技术涉及控制工程
，特别是涉及一种双闭环直流调速系统的教学实验装置。
技术介绍
双闭环直流调速系统是典型的电气传动控制系统，是自动化、电气工程及其自动化等工科专业的重要应用方向和本科教学必修实践课程，是学习、理解、掌握运动控制调速系统的重要教学手段，在本科教学中通常以课程设计的方式进行教学。目前，高校中应用的直流调速系统实验设备，通常采用以运算放大器为主体设计的模拟电路控制器，教学环节围绕系统PI参数整定展开。模拟系统的控制规律体现在硬件电路和所用器件上，线路复杂、操作性和通用性差，控制效果受器件性能、温度、外界干扰等因素的影响，且无法进行复杂控制规律的研究性实验环节。以数字控制器为核心的直流调速系统实验设备多为专用的控制器，或计算机作为上位机在专门设计的软件上进行PI参数整定，实验装置和软件固定且需实验室配备计算机，教学内容单一、人机交互效果差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双闭环直流调速系统的教学实验装置，以解决现有双闭环直流调速系统教学实验设备需要计算机作为上位机进行参数整定和人机交互效果差的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种双闭环直流调速系统的教学实验装置，所述实验装置包括：依次连接的模拟信号给定模块、转速环模拟控制器、电流环模拟控制器、晶闸管驱动电路、主电路和被控对象直流伺服电机，以及用于检测电流反馈信号的电流检测和变换电路、用于检测转速反馈信号的旋转编码器和转速变换电路；所述电流反馈信号输入至所述电流环模拟控制器的输入端，所述转速反馈信号输入至所述转速环模拟控制器的输入端；所述实验装置还包括：模数转换模块以及依次连接的数字信号给定模块、转速环数字控制器、电流环数字控制器、数模转换模块和功率放大模块；所述模拟信号给定模块给定的模拟信号、所述转速反馈信号分别经所述模数转换模块输入至所述转速环数字控制器的输入端；所述电流反馈信号经所述模数转换模块输入至所述电流环数字控制器的输入端；所述功率放大模块输出端与所述晶闸管驱动电路的输入端连接。可选的，所述模数转换模块、所述转速环数字控制器、所述电流环数字控制器、所述数模转换模块和所述功率放大模块构成控制器和信号转换装置；所述转速环数字控制器和所述电流环数字控制器的参数设定模块、所述电流反馈信号和所述转速反馈信号的显示模块以及所述数字信号给定模块构成触摸屏。可选的，所述参数设定模块包括显示区域和输入按键区域，所述参数设定模块用于设定并显示所述转速环数字控制器和所述电流环数字控制器的比例、积分、积分限幅和输出限幅；所述显示模块用于显示所述电流反馈信号和所述转速反馈信号的瞬时值以及信号曲线。可选的，所述模数转换模块包括第一A/D转换器、第二A/D转换器和第三A/D转换器；所述第一A/D转换器连接于所述模拟给定信号模块的输出端与所述转速环数字控制器的输入端之间，所述第一A/D转换器用于将所述模拟给定信号模块输出的模拟信号转换为数字信号；所述第二A/D转换器连接于所述旋转编码器和转速变换电路的输出端与所述转速环数字控制器的输入端之间，所述第二A/D转换器用于将所述旋转编码器和转速变换电路输出的转速反馈信号转换为数字信号；所述第三A/D转换器连接于所述电流检测和变换电路的输出端与所述电流环数字控制器的输入端之间，所述第三A/D转换器用于将所述电流检测和变换电路输出的电流反馈信号转换为数字信号。可选的，所述转速环数字控制器和所述电流环数字控制器采用同一主控制器。可选的，所述控制器和信号转换装置包括模拟给定端口、电流反馈信号接入口和转速反馈信号接入口；所述模拟给定端口与所述模拟信号给定模块的阶跃信号输出端口连接；所述电流反馈信号接入口与所述电流检测和变换电路的电流检测反馈模拟信号输出端口连接；所述转速反馈信号接入口与所述旋转编码器和转速变换电路的转速变换反馈模拟信号输出端口连接。可选的，所述功率放大模块的输出端口与所述晶闸管驱动电路中的模块锯齿波发生器的输入控制端口连接。可选的，所述转速环数字控制器用于将所述模拟信号给定模块的模拟信号转换后的数字信号和所述转速反馈信号转换后的数字信号进行比较和运算后输出第一控制信号至所述电流环数字控制器。可选的，所述转速环数字控制器用于将所述数字信号给定模块的数字信号和所述转速反馈信号转换后的数字信号进行比较和运算后输出第一控制信号至所述电流环数字控制器。可选的，所述电流环数字控制器用于将所述第一控制信号和所述电流反馈信号转换后的数字信号比较和运算后输出第二控制信号至所述数模转换器中，进行数模转换。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：1、本专利技术在控制对象和主电路、触发电路和模拟控制器回路不变的基础上，增加数据采集输入、数字控制器和触摸屏人机交互界面模块，实现直流调速系统的数字控制。实验教学装置只增加模块，不破坏原有系统结构，无需实验室配备计算机即可进行数字控制器实验，功能丰富、结构简单。2、本专利技术在模拟控制系统教学设备的基础上进行数字化改造，设计新模块，不影响已有实验教学内容。实验装置可以对比模拟控制器和数字控制器的控制效果，且能够通过学生编程进一步拓展实现复杂最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律的研究性实验，教学效果好。3、本专利技术采用触控屏输入数据并显示反馈信号，实验过程参数调试方便、外接设备少、人机交互友好。4、本专利技术的教学实验装置的实验方法，能够应用工程设计法对控制系统进行数学建模、仿真实现和现场调试，具有系统的设计过程且增加设计过程的研究性，易于操作，具备良好的实践性和可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的实施例提供的双闭环直流调速系统的教学实验装置的结构框图；图2为本专利技术的实施例提供的双闭环直流调速系统的教学实验装置的实际接线图；图3为利用本专利技术提供的双闭环直流调速系统的教学实验装置进行实验的方法的流程图；图4为数字控制器执行的主程序流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本实施例提供的双闭环直流调速系统的教学实验装置如图1所示：所述实验装置在传统以模拟控制器为基础的实验设备基础上进行改造，本实验装置包括：依次连接的模拟信号给定模块14、转速环模拟控制器15、电流环模拟控制器16、晶闸管驱动电路9、主电路10和被控对象直流伺服电机11，以及用于检测电流反馈信号的电流检测和变换电路13、用于检测转速反馈信号的旋转编码器和转速变换电路12；所述电流反馈信号输入至所述电流环模拟控制器16的输入端，所述转速反馈信号输入至所述转速环模拟控制器15的输入端；所述实验装置还包括：模数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双闭环直流调速系统的教学实验装置，所述实验装置包括：依次连接的模拟信号给定模块、转速环模拟控制器、电流环模拟控制器、晶闸管驱动电路、主电路和被控对象直流伺服电机，以及用于检测电流反馈信号的电流检测和变换电路、用于检测转速反馈信号的旋转编码器和转速变换电路；所述电流反馈信号输入至所述电流环模拟控制器的输入端，所述转速反馈信号输入至所述转速环模拟控制器的输入端；其特征在于，所述实验装置还包括：模数转换模块以及依次连接的数字信号给定模块、转速环数字控制器、电流环数字控制器、数模转换模块和功率放大模块；所述模拟信号给定模块给定的模拟信号、所述转速反馈信号分别经所述模数转换模块输入至所述转速环数字控制器的输入端；所述电流反馈信号经所述模数转换模块输入至所述电流环数字控制器的输入端；所述功率放大模块输出端与所述晶闸管驱动电路的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种双闭环直流调速系统的教学实验装置，所述实验装置包括：依次连接的模拟信号给定模块、转速环模拟控制器、电流环模拟控制器、晶闸管驱动电路、主电路和被控对象直流伺服电机，以及用于检测电流反馈信号的电流检测和变换电路、用于检测转速反馈信号的旋转编码器和转速变换电路；所述电流反馈信号输入至所述电流环模拟控制器的输入端，所述转速反馈信号输入至所述转速环模拟控制器的输入端；其特征在于，所述实验装置还包括：模数转换模块以及依次连接的数字信号给定模块、转速环数字控制器、电流环数字控制器、数模转换模块和功率放大模块；所述模拟信号给定模块给定的模拟信号、所述转速反馈信号分别经所述模数转换模块输入至所述转速环数字控制器的输入端；所述电流反馈信号经所述模数转换模块输入至所述电流环数字控制器的输入端；所述功率放大模块输出端与所述晶闸管驱动电路的输入端连接。2.根据权利要求1所述的双闭环直流调速系统的教学实验装置，其特征在于，所述模数转换模块、所述转速环数字控制器、所述电流环数字控制器、所述数模转换模块和所述功率放大模块构成控制器和信号转换装置；所述转速环数字控制器和所述电流环数字控制器的参数设定模块、所述电流反馈信号和所述转速反馈信号的显示模块以及所述数字信号给定模块构成触摸屏。3.根据权利要求2所述的双闭环直流调速系统的教学实验装置，其特征在于，所述参数设定模块包括显示区域和输入按键区域，所述参数设定模块用于设定并显示所述转速环数字控制器和所述电流环数字控制器的比例、积分、积分限幅和输出限幅；所述显示模块用于显示所述电流反馈信号和所述转速反馈信号的瞬时值以及信号曲线。4.根据权利要求2所述的双闭环直流调速系统的教学实验装置，其特征在于，所述模数转换模块包括第一A/D转换器、第二A/D转换器和第三A/D转换器；所述第一A/D转换器连接于所述模拟给定信号模块的输出端与所述转速环数字控制器的输入端之间，所述第一A/D转换器用于将所述模拟给定信号模块输出的模拟信号转换为数字信号；所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李怡然，彭熙伟，张婷，吴美杰，刘瑞静，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11