伺服电机实验Word格式.docx

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2）双踪示波器一台。

1.4实验步骤

1）接通电源，打开开关。

2）将P07号参数设置为00，选择SPWM控制方式。

将加速度设置到10，按“运行”键，控制电动机运行，观察电动机的加速过程，直至电动机达到稳速运行状态，按照60HZ的频率运行。

3）通过示波器，观察三相正弦波信号（在测试孔1、2、3）。

分别如下

4）通过示波器，观察三角波载波信号，并估算其频率（在测试孔5）。

5）通过示波器。

观察SPWM波信号（在测试孔6、7、8、9、10、11）。

6）将频率设定值在0.1HZ—100HZ的范围内不断变化，通过示波器在测试孔1、2、3中观察信号的频率和幅值的关系。

1.5 

实验总结

2.六脉冲型电压矢量控制方式的实验

2.1实验目的

1）通过实验，掌握空间电压矢量控制方式的原理和实现方法。

2）熟悉与六脉冲型空间电压矢量控制方式有关的信号波形。

2.2实验原理

前面介绍的SPWM控制方法和三次谐波注入PWM控制方法都是主要着眼于使逆变器输出电压尽量接近正弦波，最终目的是在空间产生圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。

如果直接针对这一目标，把逆变器和异步电动机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制PWM电压，这样的控制方法就叫做“磁链跟踪控制”，磁链的轨迹是靠电压空间矢量相加得到的，所以又称“电压空间矢量控制”。

在变压变频调速系统中，异步电动机由三相PWM逆变器供电，这时，供电电压和三相正弦电压有所不同。

为使电动机对称工作，必须三相同时供电，即在任一时刻一定有处于不同桥臂下的三个器件同时导通，而相应桥臂的另三个功率器件则处于关断状态。

对于每一个桥臂都有两种工作状态，那就是“上管导通，下管关断”和“下管导通，上管关断”，前者称为“1”状态，后者称为“0”状态。

这样从逆变器总的拓扑结构看，共有8种工作状态，那就是001、010、011、100、101、110、111、000。

其中111表示三个桥臂都是上管通，下管断，而000则表示三个桥臂都是下管通，上管断，在这两种情况下，电动机的绕组都不和电源连接，但是从控制电动机的运行的角度来看，这两种开关状态也并非是完全无意义的。

这两种工作状态所对应的电压矢量称为零矢量，而另外六种开关状态所对应的矢量称为非零矢量。

如果逆变器顺序地按照100、110、010、011、001、101的工作状态运行，那么电动机的旋转磁场是正六边形的。

从前面的分析可以看出，如果希望改变电动机磁场的旋转速度，只需要改变中的每种开关状态作用时间Δt，但是问题也就由此产生了。

由于电压矢量的幅值只取决于直流母线电压，可以看作是固定的，因此可以认为，无论在正六边形的哪一条边上，磁链矢量端点的运行的线速度是固定的，作用时间Δt的改变必然会使得磁链矢量端点的运行的距离发生改变，也就是六边形的边长发生了改变。

归根到底一句话，如果单纯地改变作用时间Δt，将会使得磁通变大或者变小，这显然是不符合恒磁通变频调速的要求的。

零矢量的作用在这里就体现出来了。

零矢量作用电动机绕组，磁链端点原地踏步，停止不前，如果在正六边形的条边上，在非零矢量作用的同时，均匀地插入零矢量，让电动机的磁链端点“走走停停”，就可以改变磁链运行速度，而不改变磁链的运行轨迹，从而实现了恒磁通变频调速。

可以把磁链端点在六边形的每个边上的运行时间Δt分成两个部分，Δt1和Δt2，Δt1是零矢量作用的时间，Δt2是非零矢量作用的时间，在恒磁通的前提下通过插入零矢量来改变磁链端点的运行速度的本质是改变零矢量的作用时间Δt2，而非零矢量的作用时间Δt1是不变的。

改变非零矢量的作用时间Δt1与总的作用时间Δt的比值，就既改变了输出电压的频率，同时也改变了输出电压的幅值。

2.3实验设备及仪器

2.4实验步骤

2）将P07号参数设置为10，选择六脉冲电压矢量控制方式。

3）通过示波器，观察三角波载波信号，并估算其频率（在测试孔24）。

4）观测“电压矢量合成”环节输出的波形。

5）观测磁链旋转轨迹的波形。

五、实验结论

实验二无刷电机控制系统实验

1转子位置检测和电子换相的实验

1．1实验目的

1）了解无刷电机内部结构

2）掌握无刷电机换向工作原理

1．2实验原理

无刷直流电机与普通永磁直流电机相比，从结构上，可以认为是定子和转子互换了位置，

三相无刷直流电动机驱动器内部包含有电子换相器主电路---三相H形桥式逆变器、换相控制逻辑电路、PWM调速电路以及过流等保护电路，系统结构框图如图1。

三相永磁无刷直流电动机的转子位置传感器输出信号Ha、Hb、Hc在每360o电角度内给出了6个代码，换相控制逻辑电路接收转子位置传感器的输出信号Ha、Hb、Hc，并对其进行译码处理，给出电子换相器主回路（三相桥式逆变器）中6个开关管的驱动控制信号。

Ha、Hb、Hc给出的6个代码顺序是101、100、110、010、011、001。

这一顺序与电动机的转动方向有关，如果转向反了，代码出现的顺序也将倒过来。

所以，换相控制逻辑电路还应当接收电动机的转向控制信号DIR，这也是一个逻辑信号，高电平控制电动机正转，低电平控制电动机反转。

Ha、Hb、Hc给出的6个代码与6个“定子空间扇区”是一一对应的关系。

为了得出换相控制逻辑电路中的逻辑关系，不失一般性，可以假定六个代码101、100、110、010、011、001分别与1、6、5、4、3、2号扇区相对应。

根据以上的条件，可以得出表1。

表1 

扇区与导通的开关管的对应关系

扇区

1号

6号

5号

4号

3号

2号

Ha、Hb、Hc

101

100

110

010

011

001

正转时（DIR=1）导通的开关管

2、1

6、1

5、6

4、5

3、4

2、3

反转时（DIR=0）导通的开关管

5、4

4、3

3、2

1、6

6、5

1．3实验设备及仪器

1）全数字伺服系统实验装置，本控制系统电机采用南京强辰电机配件厂生产的无刷电机，其技术参数如下，

电机型号

额定电压

额定功率

额定转速

额定扭矩

额定电流

最大电流

重量

92BL045

24V

100W

1000Rpm

1

6A

10A

2.2kg

1）打开控制电源，此时默认为开环状态，这时操作台面板上会有霍尔信号指示灯点亮，同时三组桥臂六个开关管中也会有两盏灯点亮，分别位于不同桥臂上的高压侧和低压侧。

2）把方向开关拨至正转，转动电机输出轴，观察霍尔信号指示灯和开关管开关状态指示灯的变化，开关管开关状态指示灯亮表明该开关管导通，反之，表明截止。

3）霍尔信号指示灯点亮记为1，熄灭记为0，把三相霍尔信号的状态和导通的开关管号码关系，记录变化关系。

4）把方向开关拨至反转，重复

（2）（3）

1.5实验结论

1）由于电机共有5对极，所以一个机械周期共有5个电周期，每个电周期又对应6个状态，因此每转动12度电机输出状态就改变一次。

因此用手转动电机轴时幅度不宜过大。

2）根据记录的实际的开关管换相状态，验证了换相理论。

3）功率管换相时开关状态逻辑表达式：

K1=Ha/HbDIR+/HaHb/DIR

K2=/HbHcDIR+Hb/Hc/DIR

K3=/HaHcDIR+Ha/Hc/DIR

K4=/HaHbDIR+Ha/Hb/DIR

K5=Hb/HcDIR+/HbHc/DIR

K6=Ha/HcDIR+/HaHc/DIR

1．6撰写实验报告

2正反转调速实验

2．1实验目的

1）了解无刷电机正反转调速工作原理

2）了解通常使用的PWM频率范围。

2．2实验原理

无刷直流电动机，加上电子换相器（包括换相器的主回路---逆变器和换相控制逻辑电路），从原理上说，就相当于一台有刷的直流电动机，也就是说，电子换相器解决了无刷电动机换相的问题，但没有解决电动机调速的问题。

需要脉宽调制电路来实现电动机的调速。

在目前实际的无刷直流电动机控制系统中，这一频率一般都在10KHZ以上。

由换相控制逻辑电路输出的换相信号的频率与电动机的转速有关，还与电动机的磁极数有关。

无论在何种情况下，换相控制信号的频率都远远低于PWM信号的频率。

因此，可以把PWM信号和换相控制信号，通过逻辑“与”的办法合成在一起，通过调节PWM信号的占空比，来调节电动机的定子电枢电压，从而实现调速。

考虑到电动机在运行的过程中，在任何时刻，在电子换相器的主回路—三相桥式逆变器中只有两个开关管导通，见图1，这两个开关管中的一个在高压侧（1、3、5管中的一个），另一个在低压侧（4、6、2管中的一个），也就是说，总是有高压侧的一个开关管与低压侧的一个开关管串联导通的，所以，PWM信号只需与高压侧的三个开关管的控制信号通过逻辑“与”的办法合成在一起即可实现调压调速。

图2中表明了PWM信号与换相控制信号的合成。

有关的波形见图2。

2．3实验设备及仪器

1）全数字伺服系统实验装置。

2）双踪示波器一台。

2．4实验步骤

1）使控制系统处于开环状态，控制系统上电后默认状态为开环状态，若此时电机为正转，拨动方向开关至反转，则电机仍然为正转，需将电位器归零后重新启动，则此时电机才反转，若已经启动了PC端控制软件，则点击开环正反调速按钮使控制系统处于开环状态，电机正反转切换在下次启动时生效，比如此时电机为正转，拨动方向开关至反转，则电机仍然为正转，需点击启动按钮，则此时电机才反转。

2）转动调速电位器，用示波器观察PWM测试孔波形以及PWM周期。

2．5实验结论

1）无刷电机通过脉宽调制来改变电枢电压，从而实现电动机的调速。

2）脉宽调制频率一般在10k左右，过高会增加开关损耗、降低驱动效率和最大输出力矩，过低使得低速转矩波动增大，尖叫音提高。

2．6撰写实验报告

3.转速电流双闭环零启动及稳态加载实验

3．1实验目的

1）掌握无刷电机双闭环调速系统起动时转速与电流的关系

2）掌握无刷电机双闭环调速系统稳态运行突加负载时转速与电流变化关系

3）掌握无刷电机双闭环调速