《工程测试与信号处理》课程教学资源（实验指导）直流电机转速测控实验

直流电机转速测控实验实验目的1.掌握电机转速的测量原理；学会根据被测环境、对象不同选择合适的传感器测量转速；2.掌握电机转速控制的原理；学会用计算机和传感器组成转速测控系统。二、实验原理图1所示为计算机直流电机转速测控系统原理图。数据采集模板计算机RS232MCU驱动器电机电枢转盘DALabVIEW软件转速设置LTPID控制rT转速传感器图1计算机测控直流电机转速原理框图根据被测环境和对象选择不同转速传感器（光电、霍尔、磁电）实现直流电机转速的测量及控制。三.实验仪器和设备1.CSY一5000型传感器测控技术实训公共平台；2.环形带综合测控实验台：3.数据采集模板及测控软件（LabVIEW试用版）：4.12V直流电机调节驱动挂箱：5.光电式、霍尔式、磁电式转速传感器各一件：6.PC机及RS232通讯接口。四：实验预习要求1.查阅资料，了解旋转轴转速测量的常用方法：2.掌握采用光电式、霍尔式、磁电式传感器测量转速的原理及特点：3.理解计算机测控直流电机转速的系统工作原理；4.熟悉CSY-5000型传感器测控技术实训平台的硬件配置。五.实验步骤及内容

直流电机转速测控实验 一、 实验目的 1. 掌握电机转速的测量原理；学会根据被测环境、对象不同选择合适的传感器测量转 速； 2. 掌握电机转速控制的原理；学会用计算机和传感器组成转速测控系统。 二、 实验原理 图 1 所示为计算机直流电机转速测控系统原理图。 图 1 计算机测控直流电机转速原理框图 根据被测环境和对象选择不同转速传感器（光电、霍尔、磁电）实现直流电机转速的测 量及控制。 三. 实验仪器和设备 1. CSY－5000 型传感器测控技术实训公共平台； 2. 环形带综合测控实验台； 3. 数据采集模板及测控软件(LabVIEW 试用版)； 4. 12V 直流电机调节驱动挂箱； 5. 光电式、霍尔式、磁电式转速传感器各一件； 6. PC 机及 RS232 通讯接口。 四．实验预习要求 1.查阅资料，了解旋转轴转速测量的常用方法； 2.掌握采用光电式、霍尔式、磁电式传感器测量转速的原理及特点； 3.理解计算机测控直流电机转速的系统工作原理； 4.熟悉 CSY-5000 型传感器测控技术实训平台的硬件配置。 五. 实验步骤及内容

第一部分：转速测量1、在关闭公共平台主机箱电源开关的前提下，连接数据采集模板电源线、RS232通讯线：2、根据你选用的转速传感器，按转速传感器附录图1、图2、图3示意图安装接线：（注意光电、霍尔传感器为+5V供电，磁电传感器为+15V供电）3、主机箱上0～12V可调电源与电压表（电压表量程选择20V档）及环形带综合测控实验台电机（环形带综合测控实验台背面）接口并接（注意接口的相应极性）：4、检查接线无误后，首先将主机箱上0～12V可调旋钮逆时针方向缓慢调节到底（起始输出电压最小）：然后桌面“环形带综合测试软件”（或者启动计算机中的测试软件目录“SensorTest.vi”)，双击打开，显示图2环形带综合测试程序软件界面：再打开主机箱电源开关给测量系统供电。更环形教合需式五项目禁作）工具）口奶园·CSY-5000型传感器创新实训台串口参数配置工件计数及膜材质别别超声位移及高度测量手动转速控制及测量PID转速控制覆拟量输出甲口配置通道通道1通道：通通通道4通道5通道6通道Y波特红外反财电容式电感式自定义：自定必2颜色一红色颜色一绿色颜色一黄色奇偶校验ddT009o通道0计数通道1计数通道2计数通遵3计数通道4计数通道6计数通道6计数通道计数益乐or非金属计数1通道历史波形图通道通道1J儿超时时间通道U10300通道U通道四山通道通道九从机地址雨道采样点款STOP国梦图2环形带综合测试软件界面5、在计算机的环形带综合测试程序软件界面采单栏下方栏点击运行按钮，串口通讯正常后选择测试软件中“手动转速控制与测量”选项，软件界面显示为图3转速测量选择传感器类型界面；在界面下方选择“传感器类型”为现在做测量转速实验相对应的转速传感器。6、顺时针缓慢调节主机箱0~12V可调电源启动环形带电机转动，软件界面显示为图3转速测量值及转速测量曲线图

第一部分：转速测量 1、在关闭公共平台主机箱电源开关的前提下，连接数据采集模板电源线、RS232 通讯线； 2、根据你选用的转速传感器，按转速传感器附录图 1、图 2、图 3 示意图安装接线；（注意 光电、霍尔传感器为+5V 供电，磁电传感器为+15V 供电） 3、主机箱上 0～12V 可调电源与电压表（电压表量程选择 20V 档）及环形带综合测控实验 台电机（环形带综合测控实验台背面）接口并接（注意接口的相应极性）； 4、检查接线无误后，首先将主机箱上 0～12V 可调旋钮逆时针方向缓慢调节到底（起始输出 电压最小）；然后桌面“环形带综合测试软件”（或者 启动计算机中的测试软件目录 “SensorTest.vi”），双击打开，显示图 2 环形带综合测试程序软件界面；再打开主机箱电 源开关给测量系统供电。 图 2 环形带综合测试软件界面 5、在计算机的环形带综合测试程序软件界面采单栏下方栏点击 运行按钮，串口通讯正 常后选择测试软件中“手动转速控制与测量”选项，软件界面显示为图 3 转速测量选择传感 器类型界面；在界面下方选择“传感器类型”为现在做测量转速实验相对应的转速传感器。 6、顺时针缓慢调节主机箱 0～12V 可调电源启动环形带电机转动，软件界面显示为图 3 转速 测量值及转速测量曲线图

7、将主机箱上频率转速表的按钮开关设置在频率档显示电机转动频率。光电、霍尔转速传感器（可以在转速档测量转速）测量的转速u=频率表显示值×10（转／分钟）：磁电传感器测量的转速U=频率表显示值×2（转／分钟）（为什么？）。环来希体合测达+国mCSY-5000型传感器创新实训台串口参配置快路线0280.00特速M特速速形图1电我152314采择点款购电压特通关系特感器美型霍尔转违传感器电机控净电压(）速与电压之的天电子泵电动新动器控电系究从机热社9443图3转速测量选择传感器类型界面图8、调节主机箱012V（△V=0.5V或1V)可调电源（改变电机电枢电压，利用公共平台上的电压表读数），人工记录电压V对应的电机转速n，在直角坐标上作出电机转速特性曲线即V一n曲线。9、利用计算机测定电机控制电压与转速间关系点击“测定电压转速关系”按钮，按钮由灰绿色变为亮绿色：在测定这个关系曲线时，为了更准确测定转速，程序设置了在输出控制电压后延时5秒测定转速，需要耐心等待，试验曲线会自动生成：10、实验完毕关闭电源。第二部分直流电机转速控制1、在关闭电源的前提下，按图4示意安装接线

7、将主机箱上频率／转速表的按钮开关设置在频率档显示电机转动频率。光电、霍尔转速 传感器（可以在转速档测量转速）测量的转速 u=频率表显示值×10（转／分钟）；磁电传感 器测量的转速 u=频率表显示值×2（转／分钟）（为什么？）。 图 3 转速测量选择传感器类型界面图 8、调节主机箱 0～12V(△V=0.5V 或 1V)可调电源（改变电机电枢电压，利用公共平台上的电 压表读数），人工记录电压 V 对应的电机转速 n，在直角坐标上作出电机转速特性曲线即 V —n 曲线。 9、利用计算机测定电机控制电压与转速间关系 点击“测定电压转速关系”按钮，按钮由灰绿色变为亮绿色；在测定这个关系曲线时， 为了更准确测定转速，程序设置了在输出控制电压后延时 5 秒测定转速，需要耐心等待，试 验曲线会自动生成； 10、实验完毕关闭电源。 第二部分 直流电机转速控制 1、在关闭电源的前提下，按图 4 示意安装接线

电电06n直流移压电池5孔转盘模板直流电机调节驱动红外对射式：1oe环形带综合测控实验台图4计算机控制电机转速安装接线示意图2、检查接线（传动器引线标志；正、负极性等）无误后，打开主机箱的电源开关。然后，桌面“环形带综合测试软件”（或者打开电脑上测试软件目录下“.|环形带测控对象ISensorTest.vi”）双击打开：电脑显示环形带综合测试软件界面如图2。在界面采单栏下方栏点击运行按钮进行数据采集模板与电脑通讯(软件界面中设置了连接超时，即如果在10秒内，硬件联通有问题，会提示超时，如超时，则请检查串口连接、数据采集模板电源连线是否正常：如果未显示超时，则软件已经与数据模板通讯成功），通讯正常后可进行实验。3、计算机自动控制(PID自动调节电机转速)：在图3界面中选择“PID转速控制”选项，界面变成图5界面。改变界面中左侧的设定转速值，观察转速调节过程（界面中控制曲线）；改变界面中下方的PID控制参数（点击界面下方P、I、D输入框、进行修改），观察转速控制波形图，并注意观察控制输出电压曲线与设定转速、实际转速之间的关系：本实验中P、I、D参数默认为经验值，实际上并不是最优的参数；可参考此默认值进行进一步的优化，以获得系统最佳的控制效果：再观察转速控制波形图，并注意观察控制输出电压曲线与设定转速、实际转速之间的关系：

图 4 计算机控制电机转速安装接线示意图 2、检查接线(传动器引线标志；正、负极性等)无误后，打开主机箱的电源开关。然后，桌 面“环形带综合测试软件”（或者 打开电脑上测试软件目录下“.\环形带测控对象 \SensorTest.vi”） 双击打开；电脑显示环形带综合测试软件界面如图 2。在界面采单栏下 方栏点击 运行按钮进行数据采集模板与电脑通讯(软件界面中设置了连接超时，即如果 在 10 秒内，硬件联通有问题，会提示超时，如超时，则请检查串口连接、数据采集模板电 源连线是否正常； 如果未显示超时，则软件已经与数据模板通讯成功)，通讯正常后可进行 实验。 3、计算机自动控制(PID 自动调节电机转速)： 在图 3 界面中选择“PID 转速控制”选项，界面变成图 5 界面。改变界面中左侧的设 定转速值，观察转速调节过程(界面中控制曲线)；改变界面中下方的 PID 控制参数（点击界 面下方 P、I、D 输入框、进行修改），观察转速控制波形图，并注意观察控制输出电压曲线 与设定转速、实际转速之间的关系； 本实验中 P、I、D 参数默认为经验值，实际上并不是最优的参数；可参考此默认值进 行进一步的优化，以获得系统最佳的控制效果；再观察转速控制波形图，并注意观察控制输 出电压曲线与设定转速、实际转速之间的关系；

D区环意带综合测试程片文件编）查看项目禁作工具窗口助口中园日CSY-5000型传感器测控试验台串口参数配置工件计数及腹色识别材质判别超声位移及高度测量手动转速控制及测量PID转速控制模拟量输出WISA瓷源名称过程变量1设定转速N设定转速（rpm）历史数据图转速测量值(rpa)2000.001600.0波特率2000-192001800. 001400.018001600.00-1600-1200.0号奇得校验1400.001400-nn1001200,001200-800.0流控制1000.00站1000-N0n600.0800800.00400.0600600.00超时时间400400.00-10000200.0-200-200.000.0O-01020304050607080901050.00-模式时间(s)980RTU973.15从机地址-中用PID增益打印比例增益（Ka）62.900积分时间（T，min）0.008微分时间（Tdmin）0.006STOPENUS图5计算机自动控制调节电机转速界面4、实验完毕，关闭所有电源。六．实验报告要求1.简述实验目的和原理。2.拷贝实验系统运行界面（“Ctrl+PrintScreen”），插入到Word格式的实验报告中（“Ctrl+V”），保存实验界面结果。3.保存实验数据在图形上点击鼠标右键，选择“导出”，导出数据至Excel；在Excel表中全选("Ctrl+A")，拷贝("Ctr1+C”），插入到Word格式的实验报告中（"Ctrl+V”)，完成并上交实验报告。七。思考题1.比较磁电转速传感器、透射式光电转速传感器、霍尔转速传感器的应用差异和特点。2.若采用实验台提供的反射式光电传感器或涡流式传感器能实现转速测量吗？试画出其测量原理图并简述测量原理。3.简述直流电机PID控制的原理。附录：转速传感器及系统接线简介一、透射型光电转速传感器附图1是透射型光电传感器测转速的原理框图：本透射型光电传感器（光电断续器也称光耦）的端部二内侧分别装有发光管和光电接收管，发光管发出的光源透过转盘上的通孔后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动一周光通过6次，光电

图 5 计算机自动控制调节电机转速界面 4、实验完毕，关闭所有电源。 六. 实验报告要求 1. 简述实验目的和原理。 2. 拷贝实验系统运行界面（“Ctrl+PrintScreen”），插入到Word格式的实验报告中 （“Ctrl+V”），保存实验界面结果。 3. 保存实验数据 在图形上点击鼠标右键，选择“导出”，导出数据至 Excel；在 Excel 表中全选(“Ctrl+A” ), 拷贝(“Ctrl+C” ), 插入到 Word 格式的实验报告中（“Ctrl+V”），完成并上交实验报告。 七. 思考题 1.比较磁电转速传感器、透射式光电转速传感器、霍尔转速传感器的应用差异和特点。 2. 若采用实验台提供的反射式光电传感器或涡流式传感器能实现转速测量吗？试画出 其测量原理图并简述测量原理。 3.简述直流电机 PID 控制的原理。 附录：转速传感器及系统接线简介 一、透射型光电转速传感器 附图 1 是透射型光电传感器测转速的原理框图：本透射型光电传感器(光电断续器也称 光耦)的端部二内侧分别装有发光管和光电接收管，发光管发出的光源透过转盘上的通孔后 由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的 6 个孔，转动一周光通过 6 次，光电

接收管输出6个脉冲，脉冲经放大整形处理由转速表显示转速n=10f。转速表fn(转速)光耦r脉冲 放大整形6孔转动盘数据采集转速n=10f光电传感器附图1透射型光电传感器测转速实验原理框图高联新江大管CS术实训台电源开关电压表频率/转速表交流电源8.88.88.8.86~220F电D6”直流稳压电源a0D0+O6孔锌纸数据采集模板红外对射式光电传感器GX405o@0#0e0@Q?环形带综合测控实验台@@@附图2红外对射式光电传感器GK405测转速安装接线示意图二、霍尔转速传感器附图3是霍尔传感器测转速的原理框图：当被测圆盘上嵌入6只磁体时，圆盘每转二周磁场就变化6次，开关式霍尔传感器输出6个脉冲，经转速表显示转速n=10f或进行数据采集。开关式霍尔转速表带6个磁体n(转速）传感器数据采集转动盘转速n=10f附图3霍尔传感器测转速原理框图

接收管输出 6 个脉冲，脉冲经放大整形处理由转速表显示转速ｎ=10f。 附图 1 透射型光电传感器测转速实验原理框图 附图 2 红外对射式光电传感器 GK405 测转速安装接线示意图 二、霍尔转速传感器 附图 3 是霍尔传感器测转速的原理框图：当被测圆盘上嵌入 6 只磁体时，圆盘每转一周 磁场就变化 6 次，开关式霍尔传感器输出 6 个脉冲，经转速表显示转速 n=10f 或进行数据 采集。 附图 3 霍尔传感器测转速原理框图

高联讲江大学CS术实训台下国发科故电压表频率/转违表交流电源8.88.888.88220F订电话01D主直流稳压电源C-8数据采集模板量H模检量编入?@尔传感器HJX-5001C0????e磁忙座架0W计算机OE工开关量等fo-环形带综合测控实验台R@?附图4霍尔传感器NJK-5001C测转速安装接线示意图三、磁电转速传感器附图5是磁电传感器测转速的原理框图：当30个齿形转动盘每转一周磁电传感器感应电势e产生30次的变化，感应电势e通过放大、整形由转速表显示转速n=2f。f转速表30个齿形n(转速)放大整形一磁电传感器数据采集转速 n=2f转盘附图5磁电传感器测转速实验原理框图

附图 4 霍尔传感器 NJK-5001C 测转速安装接线示意图 三、磁电转速传感器 附图 5 是磁电传感器测转速的原理框图：当 30 个齿形转动盘每转一周磁电传感器感应 电势 e 产生 30 次的变化，感应电势 e 通过放大、整形由转速表显示转速 n=2f。 附图 5 磁电传感器测转速实验原理框图

联街江大学今高CS术实训台频率/转速表电压表交流电源8.8.88888220FO-稳压电源德电线速传感器-12教据菜集模板80转摄算环形带综合测控实验台附图6磁电传感器RP6660CY-12A测转速安装接线示意图

附图 6 磁电传感器 RP6660CY-12A 测转速安装接线示意图