《运动控制系统》实验指导书新Word文件下载.docx

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4

电机拖动实验台

见实验指导书

不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究

２

3

双闭环晶闸管不可逆直流调速系统

４

闭环可逆直流脉宽调速系统

5

晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定

6

逻辑无环流可逆直流调速系统

7

异步电动机ＳPＷM与电压空间矢量变频调速系统

实验一　晶闸管直流调速系统主要单元调试

.实验目的

１．熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。

2.掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。

.实验内容

1.调节器的调试

2.电平检测器的调试

3．反号器的调试

4.逻辑控制器的调试

．实验设备及仪器

１.教学实验台主控制屏。

2.NMCL—31A组件

3.NMCL—18组件

４．双踪示波器

５.万用表

．实验方法

１．速度调节器（ASＲ）的调试　

按图1-5接线,ＤＺS（零速封锁器）的扭子开关扳向“解除”。

注意：

正常使用时应“封锁”，以防停机时突然启动。

（1）调整输出正、负限幅值

“5”、“６”端接可调电容,使AＳＲ调节器为ＰＩ调节器，加入一定的输入电压（由NMＣL—31的给定提供,以下同）,调整正、负限幅电位器ＲP1、ＲＰ2,使输出正负值等于±

5V。

（2）测定输入输出特性　

将反馈网络中的电容短接（“5”、“６”端短接），使ASＲ调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。

（3）观察PI特性

拆除“5”、“6”端短接线接入5~７ｕf电容,（必须按下选择开关,绝不能开路）,突加给定电压,用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律,改变调节器的放大倍数及反馈电容,观察输出电压的变化。

反馈电容由外接电容箱改变数值。

2．电流调节器（ACＲ）的调试

按图1－５接线。

（1）调整输出正,负限幅值　

“9”、“10”端接可调电容，使调节器为PＩ调节器,加入一定的输入电压，调整正,负限幅电位器,使输出正负最大值大于±

６Ｖ。

（２）测定输入输出特性　

将反馈网络中的电容短接（“9”、“1０”端短接）,使调节器为Ｐ调节器,向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值,并画出曲线。

（3）观察PＩ特性

拆除“９”、“10”端短接线，突加给定电压,用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律,改变调节器的放大倍数及反馈电容,观察输出电压的变化。

3．电平检测器的调试

（1）测定转矩极性鉴别器（DＰT）的环宽,要求环宽为0.4~0．6伏，记录高电平值,调节ＲP使环宽对称纵坐标。

具体方法:

（ａ）调节给定Ｕg，使DPT的“１”脚得到约０.3V电压，调节电位器RP，使“2”端输出从“１”变为“0”。

（b）调节负给定,从0V起调,当ＤPＴ的“2”端从“0”变为“１”时，检测ＤPT的“１”端应为-０.3Ｖ左右，否则应调整电位器，使“２”端电平变化时，“1”端电压大小基本相等。

（2）测定零电流检测器（DＰＺ）的环宽,要求环宽也为0.4~0.6伏，调节ＲP，使回环向纵坐标右侧偏离０．1~0.2伏。

具体方法：

（ａ）调节给定Ｕg，使ＤPＺ的“1”端为0．7V左右,调整电位器ＲP，使“2”端输出从“1”变为“０”。

（ｂ）减小给定，当“2”端电压从“０”变为“1”时,“1”端电压在0．１~0.2V范围内,否则应继续调整电位器RP。

（3）按测得数据,画出两个电平检测器的回环。

４.反号器（AR）的调试

测定输入输出比例，输入端加+5Ｖ电压,调节RＰ,使输出端为-5Ｖ。

５．逻辑控制器（DＬC）的调试

测试逻辑功能，列出真值表，真值表应符合下表：

输入

UM

1

０

ＵＩ

输出

Uz（Uｂlf）

UF（Ublr）

调试时的阶跃信号可从给定器得到。

调试方法：

按图1－6接线

（a）给定电压顺时针到底，Ug输出约为1２Ｖ。

（b）此时上下拨动NＭＣL—３１中G（给定）部分S２开关，Ublｆ、Ublr的输出应为高、低电平变化,同时用示波器观察DＬC的“5”，应出现脉冲,用万用表测量,“３”与“Ublf”,“4”与“Ubｌr”等电位。

（c）把+1５Ｖ与DLC的“2”连线断开,ＤLＣ的“２”接地，此时拨动开关S2，Ublr、Uｂlf输出无变化。

五.实验报告

１.画各控制单元的调试连线图。

2．画出各调节器和电平检测器的输入输出特性曲线。

实验二不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究

一.实验目的

１．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。

2.研究直流调速系统中速度调节器AＳR的工作及其对系统静特性的影响。

3．学习反馈控制系统的调试技术。

二.预习要求

1．了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。

2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。

三．实验线路及原理

见图。

四．实验设备及仪表

1.MＣL系列教学实验台主控制屏。

２．MCＬ—18组件（适合MCＬ—Ⅱ）或ＭCL—31组件（适合ＭCL—Ⅲ）。

３．MＣＬ—33（Ａ）组件或MCＬ—５3组件。

4．ＭEL-11挂箱

5.MEＬ—03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。

6.电机导轨及测速发电机、直流发电机M0１（或电机导轨及测功机、MEＬ—13组件）。

７.直流电动机Ｍ03。

8.双踪示波器。

五．注意事项

1．直流电动机工作前,必须先加上直流激磁。

2．接入ASR构成转速负反馈时,为了防止振荡,可预先把AＳＲ的RＰ3电位器逆时针旋到底,使调节器放大倍数最小,同时，ASR的“5”、“６”端接入可调电容（预置7μＦ）。

必须加ＤZS零速封锁信号,且正常使用时应“封锁”，以防停机时突然启动。

3.测取静特性时,须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。

4.三相主电源连线时需注意，不可换错相序。

5．电源开关闭合时，过流保护发光二极管可能会亮,只需按下对应的复位开关SB1即可正常工作。

6.系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。

7.起动电机时,需把MEL-1３的测功机加载旋钮逆时针旋到底,以免带负载起动。

８.改变接线时,必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。

9.双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接,故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。

六.实验内容

1.带转速负反馈有静差工作的系统静特性

a.断开G（给定）和Uct的连接线，ＡSR的输出接至Uct，把ASR的“５”、“6”点短接。

ｂ.合上主控制屏的绿色按钮开关，调节Uｕv,Uvw,Ｕwu为200伏。

c.调节给定电压Uｇ至2V,调整转速变换器RP电位器,使被测电动机空载转速n0＝１500转/分，调节ASR的调节电容以及反馈电位器ＲP3，使电机稳定运行。

调节测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻）,在空载至额定负载范围内测取７～8点，读取Ud、id、n。

ｉd（A）

Ud（V）

n（ｒ/miｎ）

ﻩﻩﻩﻩﻩ

２.测取调速系统在带转速负反馈时的无静差闭环工作的静特性

a.断开ASR的“5”、“６”短接线,“5”、“６”端接MＥＬ—11电容器,可预置７μＦ，使ASＲ成为PI（比例—积分）调节器。

b.调节给定电压Ug,使电机空载转速n０＝1５00转/分。

在额定至空载范围内测取７~8个点。

iｄ（A）

Uｄ（V）

n（r/min）

七．实验报告

绘制实验所得静特性，并进行分析、比较。

八.思考题

1．系统在开环、有静差闭环与无静差闭环工作时,速度调节器ASR各工作在什么状态？

实验时应如何接线?

实验三　双闭环晶闸管不可逆直流调速系统

1．了解双闭环不可逆直流调速系统的原理,组成及各主要单元部件的原理。

2．熟悉电力电子及教学实验台主控制屏的结构及调试方法。

3．熟悉NMＣL-18，NＭCL-33的结构及调试方法

４.掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤,方法及参数的整定。

二．实验内容

1．各控制单元调试

2．测定电流反馈系数。

３．测定开环机械特性及闭环静特性。

4.闭环控制特性的测定。

５．观察,记录系统动态波形。

三.实验系统组成及工作原理

双闭环晶闸管不可逆直流调速系统由电流和转速两个调节器综合调节,由于调速系统调节的主要量为转速，故转速环作为主环放在外面,电流环作为付环放在里面，这样可抑制电网电压波动对转速的影响,实验系统的控制回路如图1-8ｂ所示，主回路可参考图1-８a所示。

系统工作时，先给电动机加励磁,改变给定电压的大小即可方便地改变电机的转速。

ASR，ACR均有限幅环节，AＳR的输出作为AＣR的给定，利用ASR的输出限幅（±

5V）可达到限制起动电流的目的,AＣR的输出作为移相触发电路的控制电压,利用ACR的输出限幅（±

６V）可达到限制αmiｎ和βmin的目的（限制最大输出电压）。

当加入给定Uｇ后，ASR即饱和输出，使电动机以限定的最大起动电流加速起动，直到电机转速达到给定转速（即Ug=Ufn）,并出现超调后,ASR退出饱和,最后稳定运行在略低于给定转速的数值上。

四.实验设备及仪器

１．教学实验台主控制屏。

2.NMCＬ—33组件

3．NMEL—０３组件

4．NMCL—18组件

5.电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机M０1

6．直流电动机M0３

７．双踪示波器

８.万用表

1.三相主电源连线时需注意，不可换错相序。

电流环调试整定用主电路图（不加励磁）

２.系统开环连接时,不允许突加给定信号Ug起动电机。

３.改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮,同时使系统的给定为零。

4．进行闭环调试时,若电机转速达最高速且不可调，注意转速反馈的极性是否接错。

5．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。

六．实验方法

1.按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。

（略）

（1）用示波器观察双脉冲观察孔,应有间隔均匀,幅度相同的双脉冲

（２）检查相序（Ｕ、V、W），用示波器观察“１”,“2”脉冲观察孔,“１”脉冲超前“2”脉冲60０，则相序正确，否则，应调整输入电源。

（3）将控制一组桥触发脉冲通断的六个直键开关弹出,用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极,应有幅度为1V—2V的脉冲。

2.双闭环调速系统调试原则

（1）先部件,后系统。

即先将各单元的特性调好，然后才能组成系统。

（给定单元、整流器、二个调节器、电流反馈环节、速度反馈环节）

（2）先开环，后闭环,即使系统能正常开环运行，然后在确定电流和转速均为负反馈时组成闭环系统。

（3）先内环,后外环。

即先调试电流内环,然后调转速外环。

3．开环外特性的测定（略）

（１）控制电压Uｃｔ由给定器Ug直接接入。

主回路按图１-８a接线,直流发电机所接负载电阻RＧ断开，短接限流电阻RD。

（2）使Ｕg=０,调节偏移电压电位器,使α稍大于90°

。

（3）NMＣL-32的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”。

合上主电源,即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W端有电压输出。

（4）逐渐增加给定电压Ug,使电机起动、升速,调节Uｇ使电机空载转速ｎ0=1500r/mｉｎ，再调节直流发电机的负载电阻RG,改变负载,在直流电机空载至额定负载范围，测取７~8点,读取电机转速n，电机电枢电流Iｄ，即可测出系统的开环外特性n=f（Id）。

n（r／min）

Ｉ（A）

注意，若给定电压Ug为０时,电机缓慢转动,则表明α太小，需后移

4．单元部件调试

ASR调试方法与实验

相同。

必须加ＤZＳ零速封锁信号,且正常使用时应“封锁”,以防停机时突然启动。

ACR调试：

使调节器为ＰＩ调节器,加入一定的输入电压，调整正,负限幅电位器,使脉冲前移α≤３0０,使脉冲后移β=300,反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小。

5.系统调试（重点内容）

将Ubｌf接地，Ublｒ悬空，即使用

组桥六个晶闸管。

（１）电流环调试

电动机不加励磁

（ａ）系统开环,即控制电压Uct由给定器Uｇ直接接入,主回路接入电阻RD并调至最大（RD由NＭEＬ—0３的两只900Ω电阻并联）。

逐渐增加给定电压,用示波器观察晶闸管整流桥两端电压波形。

在一个周期内,电压波形应有6个对称波头平滑变化　。

（b）增加给定电压,减小主回路串接电阻ＲＤ＝450Ω，直至Id=1.１Ｉed,再调节NＭCL-33挂箱上的电流反馈电位器RP,使电流反馈电压Ufi近似等于速度调节器ASR的输出限幅值+５Ｖ（ASR的输出限幅可调为±

５Ｖ）。

（注意：

电流反馈信号接入电流调节器，以便考虑调节器输入电阻的影响）

（c）ＮMCＬ—3１的G（负给定）输出电压Ｕg接至ＡCR的“３”端,ＡCR的输出“7”端接至Uct，即系统接入已接成PI调节的ACＲ组成电流单闭环系统。

ＡＣR的“9”、“10”端接可调电容,可预置7μF，ACR输出限幅值（±

６V）,同时,反馈电位器RP３逆时针旋到底，使放大倍数最小。

逐渐增加给定电压Ug，使之等于ASR输出限幅值（-5V），观察主电路电流是否小于或等于1.1Ｉed，如Ｉｄ过大,则应调整电流反馈电位器,使Ufｉ增加，直至Iｄ<

1．１Ｉed;

如Id<

Ied，则可将Rｄ减小直至切除，此时应增加有限,小于过电流保护整定值,这说明系统已具有限流保护功能。

测定并计算电流反馈系数

（２）速度变换器的调试

电动机加额定励磁,短接（去掉）限流电阻ＲＤ。

（a）系统开环,即给定电压Ug直接接至Uct，Ｕg作为输入给定,逐渐加正给定，当转速ｎ=1500r／mｉn时,调节ＦBＳ（速度变换器）中速度反馈电位器RP,使速度反馈电压为-５V左右,计算速度反馈系数。

（b）速度反馈极性判断:

系统中接入ASR构成转速单闭环系统，即给定电压Ｕg接至ASR的第２端，AＳR的第3端接至Uct。

调节Ug（Ｕg为负电压），若稍加给定，电机转速即达最高速且调节Ug不可控，则表明单闭环系统速度反馈极性有误。

但若接成转速—电流双闭环系统,由于给定极性改变,故速度反馈极性可不变。

6.系统特性测试

将ASR,AＣＲ均接成PI调节器接入系统,形成双闭环不可逆系统。

（特别注意：

必须连接零速封锁信号并“解除”）

ASR的调试:

（ａ）反馈电位器RＰ3逆时针旋到底,使放大倍数最小；

　　（ｂ）“５”、“６”端接入可调电容，预置５~7μＦ;

（不能开路）

　　　（c）调节RＰ１、RP2使输出限幅为±

5Ｖ。

（１）机械特性ｎ=f（Id）的测定

（ａ）调节转速给定电压Ｕg,使电机空载转速至1５00r/min,再调节发电机负载电阻Rg，在空载至额定负载范围内分别记录7～８点，可测出系统静特性曲线n＝f（Id）

ｎ（ｒ/ｍin）

I（A）

（2）闭环控制特性n＝f（Uｇ）的测定

调节Ug，记录Ｕg和n，即可测出闭环控制特性n=f（Uｇ）。

ｎ（r/ｍin）

Ｕg（V）

7．系统动态波形的观察

用二踪慢扫描示波器观察动态波形,用数字示波器记录动态波形（扫描周期200mｓ或500ms）。

在不同的调节器参数下，观察,记录下列动态波形:

（1）突加给定起动时,电动机电枢电流波形和转速波形。

（2）突加额定负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。

（3）突降负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。

注：

电动机电枢电流波形的观察可通过ACＲ的第“1”端（电流反馈信号）

　　　转速波形的观察可通过ＡSＲ的第“１”端（电压反馈信号）

七．　实验报告

1.根据实验数据,画出闭环控制特性曲线。

2．根据实验数据,画出闭环机械特性，并计算静差率。

3．根据实验数据,画出系统开环机械特性,计算静差率,并与闭环机械特性进行比较。

实验四闭环可逆直流脉宽调速系统

１．掌握闭环可逆直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理。

2.熟悉直流ＰWM专用集成电路SG３525的组成、功能与工作原理。

３．熟悉H型PWＭ变换器的各种控制方式的原理与特点。

４.掌握闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。

二.实验内容

1.PWM控制器SＧ3525性能测试。

２．控制单元调试。

3．系统开环调试。

４.系统闭环调试

5．系统稳态、动态特性测试。

6．H型ＰWM变换器不同控制方式时的性能测试。

三.实验系统的组成和工作原理

在中小容量的直流传动系统中，采用自关断器件的脉宽调速系统比相控系统具有更多的优越性，因而日益得到广泛应用。

双闭环脉宽调速系统的原理框图如图1—10所示。

图中可逆ＰWＭ变换器主电路系采用IGＢT所构成的H型结构形式，ＵＰW为脉宽调制器，DLD为逻辑延时环节,GD为MOS管的栅极驱动电路,FＡ为瞬时动作的过流保护。

脉宽调制器UＰW采用美国硅通用公司（SilｉcoｎGｅneral）的第二代产品ＳG3525,这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM控制器。

由于它简单、可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试，故获得广泛使用。

1．教学实验台主控制屏。

2．NMCL—31A组件

3．NMCL—22组件或NMCＬ—10A组件

4.NMＥL—03组件

5.NMCL—18组件

６．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机Ｍ０1

７．直流电动机Ｍ0３

８．双踪示波器

９.万用表

１.直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。

2.接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小,同时，ＡＳＲ的“5”、“6”端接入可调电容（预置７μF）。

3.测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。

4.系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。

5．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。

6.实验时需要特别注意起动限流电路的继电器有否吸合，如该继电器未吸合,进行过流保护电路调试或进行加负载试验时,就会烧坏起动限流电阻。

特别注意：

ＰWM柜子的地必须与给定单元的地相连,否则,给定电压无回路，控制无效。

该柜子不像晶闸管整流柜的地线是相连的。

六.实验方法

１.开环系统调试

主回路按图1—1０a接线，控制回路可参考图1—１０ｂ,但调节器不接，控制回路直接将ＮMCL－31的给定接至ＮMCL-２2的UPW“3”端,并将ＵPＷ“２”端和DLＤ“1”端相连，驱动电路的G1、G2、Ｇ3、G４相连。

（1）电流反馈系数的调试（电机电枢接入主电路的6、７脚。

若从5、7引出则无电流反馈电压。

5、６脚之间为霍尔电流传感器。

）

a．将正、负给定均调到零,合上主控制屏电源开关，接通直流电机励磁电源。

b．调节正给定，电机开始起动直至达１5０0r/ｍin

c．给电动机拖加负载,即逐渐减小发电机负载电阻,直至电动机的电枢电流为1A。

d.调节“FＢA”的电流反馈电位器,用万用表测量“9”端电压达２V左右。

（必须接入电路，否则，输入电阻作为负载电阻会使整定值减小。

（2）速度反馈系数的调试

在上述实验的基础上,再次调节电机转速的1400r/min，调节ＮMCＬ-3１Ａ的“ＦBＳ”电位器，使速度反馈电压为-5Ｖ左右。

（3）系统开环机械特性测定

参照速度反馈系数调试的方法，使电机转速达14００r/min，改变直流发电机负载电阻（9００并联,调至最大）Rd，在空载至额定负载范围内测取7—8个点，记录相应的转速n和直流电动机电流id。

　ｎ=140０ｒ/ｍiｎ

ｎ（r/min）

id（A）

调节给定,使n=１0００/min和n＝5０0r／miｎ,作同样的记录，可得到电机在中速和低速时的机械特性。

ｎ＝1００0r/miｎ

M（N．m）

ｎ=5０0r/ｍin

M（Ｎ．m）

断开主电源，NMCL-31A的S1开关拨向“负给定”，然后按照以上方法，测出系统的反向机械特性。

２．闭环系统调试

控制回路可按图1—1０b接线,将ASR，ACＲ均接成ＰI调节器接入系统,形成双闭环不可逆系统。

（必须遵循“先空载,后带载;

先环节,后系统；

先内环，后外环”原则。

先检查PWM及驱动信号,Ug＝0时,占空比为50%。

再检查整流桥电容滤波输出是否为30０V，正常则接入桥式可逆斩波电路。

最后将PWM方波加入驱动,检查６、7脚是否为直流０V。

若正常，则可接入电机，进行开环系统运行。

（1）速度调节器的调试。

必须加ＤZＳ零速封锁信号,且正常使用时应“封锁”，以防停机时突然启动。

（a）反馈电位器ＲP３逆时针旋到底,使放大倍数最小;

（b）“5”、“6”端接入可调电容器，预置５~7μF；

（c）调节RＰ1、RP2使