《运动控制系统》实验指导书新15.docx
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《运动控制系统》实验指导书新15
《运动控制系统》实验指导书（新）（152023）
一、运动控制系统实验项目一览表
实验室名称：
电机拖动实验室
课程名称：
运动控制系统
适用专业：
电气工程及自动化、自动化
实验总学时：
16
设课方式：
课程实验（“课程实验”或“独立设课”二选一）
是否为网络实验：
否（“是”或“否”二选一）
序
号
实验项目名称
学
时
实验类别
实验要求
实验类型
每组人数
主要设备名称
目的和要求
1
晶闸管直流调速系统主要单元调试
2
专业
必修
综合
4
电机拖动实验台
见实验指导书
2
不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究
2
专业
必修
综合
4
电机拖动实验台
见实验指导书
3
双闭环晶闸管不可逆直流调速系统
4
专业
必修
综合
4
电机拖动实验台
见实验指导书
4
闭环可逆直流脉宽调速系统
2
专业
必修
综合
4
电机拖动实验台
见实验指导书
5
晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定
2
专业
必修
综合
4
电机拖动实验台
见实验指导书
6
逻辑无环流可逆直流调速系统
2
专业
必修
综合
4
电机拖动实验台
见实验指导书
7
异步电动机SPWM与电压空间矢量变频调速系统
2
专业
必修
综合
4
电机拖动实验台
见实验指导书
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。
反馈电容由外接电容箱改变数值。
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
1
0
0
0
1
UI
1
0
0
1
0
0
输出
Uz（Ublf）
0
0
0
1
1
1
UF（Ublr）
1
1
1
0
0
0
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）。
注意：
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）
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
一．实验目的
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
五．注意事项
1．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。
注意：
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
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