逻辑无环流系统实验指导.docx
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逻辑无环流系统实验指导
逻辑无环流系统实验指导书
一、实验目的
1．理论联系实际，把“运动控制系统”、“电力电子技术”等课程所学的理论应用于实际，掌握和巩固逻辑无环流可逆系统的组成原理和主要优缺点。
2．熟悉和掌握逻辑无环流可逆系统的调试方法和步骤。
3．通过实验，分析和研究系统的静态堵转特性及动态特性，并研究调节器参数对动态品质的影响。
4．通过实验，使同学提高实际操作能力，并在实验中培养分析和解决问题的能力。
二、实验要求
1、预习
（1）实验前必须掌握实验系统方框原理图，系统图及实验系统各个单元的工作原理。
（2）熟悉MPD-08实验装置的结构，面板布置及系统主要设备的参数。
（3）实验前必须认真阅读实验指导书，拟定实验的具体操作步骤，列出所需记录的数据表格，实验前由教师进行抽查，如发现末预习者，不得参加实验。
2、实验指标要求
（1）电流超调量
，并记录有关参数对
的影响，用理论计算并分析误差的原因。
（2）由突加给定到稳态的过渡过程中，转速超调量
，并记录波形，用理论计算分析误差原因。
（3）用示波器测定系统起动、制动、由正转稳态运行到反转稳态运行的过渡过程时间。
（4）稳态转速无静差。
3、实验报告要求
（1）画出组成实验系统的实验线路的方框图和原理图。
（2）实验的内容、步骤和方法，实验测定的结果数据曲线和波形图。
（3）分析参数的关系。
（4）提出对本实验的改进意见。
三、实验系统的简介及操作说明
调速系统的原理框图如图1所示。
图1系统框图
（一）系统简介
1.实验系统为典型的电流、速度双闭环系统，采用逻辑选触无环流的控制方式，只用一个电流调节器和一组触发器，简化了系统的结构，便于系统参数的调整。
2.由于电流反馈信号Ui的极性不能改变，故用逻辑控制单元来（DLC）来指挥切换电流给定信号Ui*的极性，以实现电流的负反馈控制。
3.只因为采用一组触发器，故正、反组脉冲输出用逻辑控制单元来指挥切换，以实现无环流控制。
4.实验系统在触发器单元人为增设了SZ、SZ1、SZ2（正组）；SF、SF1、SF2（反组）及GZ、GZ1、GND1（正组）；GF、GF1、GND2（反组）插孔和正组、反组脉冲电源开关，目的是为了简化实验线路的连接与步骤，使做实验时更加方便和安全。
具体见操作说明。
5.实验系统增设了零速封锁单元，当速度给定信号Un*和速度反馈信号Un为零伏时，速度调节器ASR、电流调节器ACR的输入-输出端被电子开关短接，即输出为零。
目的是防止放大器的零点漂移和其他的扰动信号的窜入使电机爬行或运行而造成事故。
若要对ASR、ACR进行单元调试时，必须要解除封锁，即在给上述两个单元的控制信号时，同时也要给零速封锁单元的控制信号。
（二）操作说明（注：
这只是操作说明，不要急于接线）
1.主回路操作说明
①合上墙壁上三相电源开关，实验台带电，进线电源指示灯亮。
②合上QF1，操作电路得电，操作电源指示灯亮。
在此操作下：
a.按启动按钮，则主回路得电；
b.拨控制挂箱上的电源开关，则控制挂箱便接通了工作电源；
c.合电动机的励磁总电源开关CB1，再合CB2和CB3给电动机M1和发电机G1送上励磁电源。
2.模拟挂箱上（包括控制大板）几个开关的操作说明
①挂箱左边的操作面板：
K1开关：
往上拨，正给定，往下拨，负给定，给定电压UGD大小可调RP1或RP2。
K2开关：
往上拨，允许给定信号输出系统运行，往下拨，给定信号为零系统停止运行。
电源开关：
拨“通”位置，控制电源及同步电源引入挂箱；拨“断”位置，挂箱的全部电源被切断。
正组脉冲开关：
拨“通”位置，+15V电源引入正组脉冲输出单元，有脉冲输出给正组晶闸管；拨“断”位置，无脉冲输出。
反组脉冲开关：
拨“通”位置，+15V电源引入反组脉冲输出单元，有脉冲输出给反组晶闸管；拨“断”位置，无脉冲输出。
复位按钮：
事故跳闸后，检查一下跳闸原因，当事故排除后，必须先按一下复位按钮，才能重新启动主回路，不然主回路接触器不能合闸。
②控制大板的触发单元几个插孔接线操作说明：
SZ、SZ1、SZ2为正组脉冲自动/手动切换插孔，当SZ和SZ1连通时，为手动开放正组脉冲；当SZ和SZ2连通时，为自动（由逻辑单元控制）开放正组脉冲。
SF、SF1、SF2为反组脉冲自动/手动切换插孔，当SF和SF1连通，为手动开放反组脉冲；当SF和SF2连通时，为自动（由逻辑单元控制）开放反组脉冲。
GZ、GZ1、GND1为正组自动/手动切换脉冲输出插孔，GZ与GND1连通，为人为地手动接地，使正组脉冲有输出至晶闸管；GZ与GZ1连通，由逻辑单元自动控制其接地，有脉冲输出至晶闸管。
GF、GF1、GND2为反组自动/手动切换脉冲输出插孔，GF与GND2连通，为人为的手动接地，使反组脉冲有输出至晶闸管；GF与GF1连通，由逻辑控制单元自动控制其接地，有脉冲输出至晶闸管。
这样做的目的是：
在做触发器实验、系统开环实验、电流环闭环实验、不可逆的电流速度双闭环实验时，切除了逻辑控制单元的控制作用，恢复了不可逆直流调速系统的真实情况，也大大简化了接线的复杂性。
综合上述，操作过程总结如下：
a．手动使正组晶闸管工作：
电源开关（通）→正组脉冲开关（通）→SZ孔与SZ1孔相连接→GZ孔与GND1孔相连接→正组晶闸管工作
注意：
禁止将反组SF孔与SF1孔相连接，禁止将GF孔与GND2孔相连接，否则会形成环流短路而造成事故！
b.手动使反组晶闸管工作：
电源开关（通）→反组脉冲开关（通）→SF孔与SF1孔相连接→GF孔与GND2孔相连接→反组晶闸管工作
说明：
触发器实验、系统开环实验、电流环闭环实验、不可逆的电流速度双闭环实验，必须遵循上述操作过程，只允许开放一组触发脉冲，只允许一组晶闸管工作，否则会形成环流短路，造成事故。
c.双闭环电枢可逆的逻辑无环流系统实验
只有做电枢可逆实验时，才将逻辑控制单元接入系统参与控制，此时开关（或按钮）操作如下：
电源开关（通）→正组脉冲开关（通）→反组脉冲开关（通）→SZ-SZ2、SF-SF2;GZ-GZ1、GF-GF1孔连接好，此时完全由逻辑控制单元来控制其工作。
经检查接线无误后，才能按下主回路启动按钮，开始做反并联可逆电路的实验。
四、实验方法与步骤
系统总的调试步骤是：
先单元，后系统；
先开环，后闭环；
先内环，后外环；
先单向（不可逆），后双向（可逆）；
先电阻负载，后电动机负载。
五、系统的开环调试
实验线路如图2所示.
图2开环系统接线图
注：
只将虚线部分用导线连接，实线部分线路已接好。
（一）系统的相位整定
（1）定相分析：
定相目的是根据各相晶闸管在各自的导电范围，触发器能给出触发器脉冲，也就是确定触发器的同步电压与其对应的主回路电压之间的正确相位关系，因此必须根据触发器结构原理，主变压器的接线组别来确定同步变压器的接线组别。
由KJ004组成的三相移相触发电路要求三相交流同步电压Usa，Usb，Usc应分别与主回路电源电压UA17，UB17，UC17分别同相位，因此若主电路的整流变压器TM的接线组别为Y/Y-12型，则要求触发器的同步变压器TB的接线组别也为Y/Y-12型，（见图2）。
其矢量关系图如图15所示。
将Usa送入A相触发器的KJ004所产生的脉冲去触发A相的晶闸管VT11和VT14；将Usb送入B相触发器的KJ004所产生的脉冲去触发B相的晶闸管VT13和VT16；将Usc送入C相触发器的KJ004所产生的脉冲去触发C相的晶闸管VT15和VT12，因此，主电压与同步电压的矢量关系如图3所示，其对应关系如表1所示。
图3主电压与同步电压矢量关系图
主回路电压
+UA17
-UC17
+UB17
-UA17
+UC17
-UB17
触发器同步电压
+Usa
-Usc
+Usb
-Usa
+Usc
-Usb
被触发晶闸管
VT11
VT12
VT13
VT14
VT15
VT16
表1（表中：
“+”表示正半波，“-”表示负半波）
（2）实验接线：
将图2中的虚线部分用导线连接好，并将控制板上的触发单元的插孔：
SZ与SZ1，GZ与GND1用线连接好，其余不用连接。
并检查接线是否有错。
（3）相位相序检查：
步骤：
①合三相电源总开关QF1
②将模拟挂箱上左边的电源开关拨至“通”位置，此时，控制箱便接入了直流工作电源也引入了三相同步电源Usa，Usb，Usc.
③用示波器观察Usa，Usb，Usc孔的相序是否正确，相位是否一次相差120
（注：
用示波器的公共端接GND，其他两信号探头分别依次检测三个同步信号）。
（二）触发器的整定（调试）
（1）触发器锯齿波斜率的调试
1先将触发器的控制信号Uct=0V；
2将示波器的两个信号探头检测同一个被测试点（例如斜率A孔），示波器两探头使用唯一的公共端（注：
示波器两信号探头各有一个公共端，在示波器内部已经连接好，为避免发生烧坏示波器的事故，只允许一根公共端线作外部检测用）。
接GND孔，调节示波器上的幅值调整旋钮，使两根线的锯齿波完全重合。
调整好后，在斜率检查时不要再动幅值调整旋钮。
3用示波器的一个信号探头检测斜率B孔，观察斜率A孔的斜率是否与斜率B孔的斜率一致。
若不一致，调斜率电位器RW23或RW21使其一致。
4将观察斜率A孔的示波器信号探头移至斜率C孔，观察斜率C孔的斜率是否与斜率B孔的斜率一致。
若不一致，调C相斜率电位器RW25使其一致。
（2）触发器相控特性的整定：
a.系统初相位（脉冲零位）的整定
触发器中偏移电位器RW22、RW24、RW26就是为了整定系统的初始工作状态而设置的。
在本系统中，要求Uct=0V时，Ud=2.34U2COS
=0V,
=
，电机应停止不动
步骤：
1.先设置Uct=0V，先调A相触发器，用示波器的公共端接GND孔，示波器一信号探头接同步信号电压的Usb孔（注意：
确定横坐标位置，Usb波形在示波器显示屏上必须上下对称），一信号探头接11#孔，调节斜率电位器RW22，使11#孔的双脉冲的第一个脉冲前沿正好位于Usb由负到正的过零点处，14#脉冲正好位于Usb由正到负的过零点处。
如图4所示的对应关系。
再用示波器一信号探头观察PA孔,其波形如图4-b实线所示，其X宽度=Y的宽度，这就是
位置。
2.仿照上述方法，调B相和C相触发器的偏移信号Up
B相：
调偏移电位器RW24，13#双脉冲正好对应于Usc由负变正的过零点，16#双脉冲正好对应于Usc由正变负的过零点，PB孔的波形与PA孔的波形形状相同
C相：
调偏移电位器RW26，15#双脉冲正好对应于Usa由负变正的过零点，12#双脉冲正好对应于Usa由正变负的过零点，PC孔的波形与PA孔的波形形状相同。
（备注：
“给定为零，
，则输出为零”是有前提条件的，即：
所带电感为无穷大。
但事实不可能达到，故为了保证给定为零输出为零，就得把
调的稍微大于
。
）
3.验证
是否在
位置
按下列步骤进行：
①按图2接好实验线路，带纯电阻负载；
②使Uct=0V
③将正组脉冲电源开关置“通”位置
④将孔：
SZ-SZ1和GZ-GND1分别连接好
⑤按主回路启动按钮，接通主电路（注：
负载电源不要超过2A）
⑥用示波器观察负载两端的电压波形应如图5所示
图5纯电阻负载
=90
的三相桥式整流电压波形
若个别波形不符合上述要求，可微调所对应的斜率电位器和偏移电位器。
一旦符合上述波形要求，则所有斜率电位器和偏移电位器不能再动。
4.初始相位整定好后，按停止按钮，切断主回路的供电。
（备注：
由于
稍微大于
，故平直线比斜线要稍微宽些。
）
b.触发器移相控制特性的整定与±Uctm的确定
步骤：
1.将K2开关拨至停止位置，即给定为Uct=0V，α=90°，用示波器观察11#脉冲孔脉冲，并调整示波器如图6所示的波形（说明：
第一周期11#脉冲的发出到第二个周期11#脉冲的发出正好经历了一个周期时间，即360°，在示波器上将其分为6大格，每大格为60°）.
2.将正给定电位器RP1和负给定电位器RP2逆时针调至零位，再将K2开关拨至运行位置，将K1开关拨至正给定位置，顺时针调RP1，使Uct﹥0V，脉冲向前移动，若脉冲向前移动了一大格的1/2，即脉冲向前移动了30°，即α=60°，将α和Uct数据记于表2中。
图6α=90°，调示波器脉冲显示的波形
表2α角所对应的Uct值
Uct﹥0V，α﹤90°￤Uct﹤0V，α﹥90°
Uct（v）
+Uctm
Uct=0V
-Uctm
α角度
脉冲刚消失
30°
60°
90°
120°
150°
脉冲刚消失
3.继续增大+Uct，脉冲继续向前移，当脉冲再向前移动一大格的1/2时（较α=90°时移动了一大格），即脉冲又向前移动了30°，即α=30°，将α和Uct数据记于表2中，此时的
α角就作为αmin=30°,对应的Uct作为Uctm,它将作为电流调节器ACR输出正限幅值的参数。
4.若再增大+Uct，脉冲继续前移，11#双脉冲的第一个脉冲刚消失，记录此时的α角和对应的Uct。
5.将RP1又逆时针回调使Uct=0V，将K1开关拨至负给定位置，顺时针调RP2，使Uct﹤0V，脉冲后移，将表中α角所对应的-Uct记入表2中，α=150°即βmin=30°所对应的-Uct作为-Uctm，作为电流调节器ACR输出负限幅值的参数。
6.做出触发器的移相特性如图7所示。
图7触发器移相控制特性
7.脉冲移相范围的确定：
当分别给定±Uct脉冲刚消失，所有移动的α角度相加，就是脉冲移动的范围，一般KJ004为170°左右。
8.触发器实验做完后，将RP1和RP2逆时针旋转至零位，K2拨至停止运行位置。
（三）系统开环运行及特性测试
实验线路在图2的基础上，只将主回路的电阻性负载改为反电动势负载就行了，如图8所示（只画出了负载改动部分）
图8系统开环特性测定电路图（主回路）
步骤：
（1）先断开QF1，按图8接好实验线路，并检查连线是否有错。
（2）合电源总开关QF1→模拟挂箱上电源开关置“通”位置→正组脉冲开关置“通”位置（注意：
反组脉冲电源开关必须置“断”位置）控制大板上接线维持原接线不变。
（3）RP1和RP2给定电位器逆时针旋转至零位，K1开关拨至“正给定”位置，K2开关拨至“运行”位置，这时给定信号应为零。
（4）合励磁开关CB1、CB2、CB3，先给电动机M1和发电机G1加励磁（注意：
CB3上方的开关CB5必须置“断”位置，不然会造成事故）。
（5）合主回路启动按钮，此时接通了主回路，由于UCT=0V，α=90º，电机应该不旋转。
（6）高速特性测试：
缓慢调节RP1即逐步增加给定电压+Uct，α﹤90º，使电动机启动、升速。
（注意：
开环调试，Uct不能增加过快，更不能突加给定，不然主回路电流过大而跳闸或电流过大烧坏其他元器件）。
调节Uct和负载电阻RZ的大小，使流过电动机的电流（从直流表直接读取）Id=Idm=3A，转速n=1200rpm（注意：
Uct给定后不能动）。
改变RZ，使负载电流Id由3A分别降至2.5A、2A、1.5A、1A、0.5A，记录所对应的转速和整流电压Ud至表3中（电流、电压、转速可以直接从表中读出）。
注意：
操作过程及记录要快，不然负载电阻因发热过热而烧坏。
表3开环高速n=f（Id）特性实验数据
Id
0.5A
1A
1.5A
2A
2.5A
3A
Ud
n
（7）低速特性测试：
缓慢降低Uct,调节RZ，使Id=Idm=3A，n=200rpm，然后再改变RZ使电流由3A逐步降低，记录所对应的转速和整流电压Ud值至表4中。
（注：
若n=200rpm~300rpm，调RZ使电流达不到3A时，就从RZ最小所对应的Id做起）
表4开环低速n=f（Id）特性实验数据
Id
0.5A
1A
1.5A
2A
2.5A
3A
Ud
n
（8）根据开环高速和低速时的实验数据作出n=f（Id）特性如图9所示。
图9系统的开环特性
（9）根据上述Ud和Id值，可测得整流装置外特性：
Ud=f（Id）
（备注：
由于流过负载电阻的电流很大，则要求用体积很大的大功率电阻，而台子的空间有限，只能做到40欧姆，这样导致实际做实验时Id会很大）
（四）系统各单元的调试与参数整定
（1）电流反馈系数
的整定
系统开环运行，主回路接电枢负载（但电动机不加励磁，将励磁总电源开关SB1拨至“断开”位置）。
电流反馈强度整定：
若考虑速度调节器输出的限幅值为±8V，电机最大启动电流为4A，缓慢调节Uct，使Id=4A时，调整（电流反馈及保护单元）电流反馈电位器RW
1，使Ui=8V。
即
。
（3）速度反馈系数
的整定：
（注意：
当电机达到1450rpm时，负载电流会很大，为防止负载电阻烧坏，在把转速调上去之前一定要把准备工作都做好再调给定，且在1450rpm停留的时间一定要短！
！
！
）
1先使Uct=0V，合电动机的励磁电源开关（将励磁总电源开关SB1及电动机励磁开关SB2拨至“通”位置）；
2缓慢给定+Uct，使电机起动并升速。
当电机升速至电机的额定转速1450rpm时，检查“速度反馈单元”Un信号的极性是否为负（因是速度负反馈，反馈信号极性必须为“负”值）。
若考虑速度给定Un*为8V时，对应的转速为1450rpm，则调节速度反馈强度电位器RW27，使速度反馈电压Un=—8V，因而可求得速度反馈系数
。
做完后，先将给定电位器逆时针调至零位，按电源控制的停止按钮，切断主回路的供电，再将励磁总电源开关CB1推至“断”位置，切断电动机的励磁电源。
（3）速度调节器ASR和电流调节器ACR的调试
1S1或S2是调节PI参数的微拨开关（共10位），其中将5位和10位开关同时往上拨，调节器为比例调节器。
1位至4位改变调节器的反馈电阻大小，6位至9位改变调节器反馈电容的大小，因此PI参数的组合有多种，而且可在线调节PI参数（注：
开关往上拨为接通，往下拨为切断，在调节PI参数时，将1—4位至少拨上一个开关，6—9位至少拨上一个开关后，可把第5位和第10位开关同时往下拨）。
2ASR的检查及正、负限幅的整定
a.实验线路：
将操作面板的UGD给定孔分别接入ASR的Un*端和零速封锁单元的Un*孔，并将ASR单元的Un孔接GND孔。
（见图10）
图10
b.将ASR单元的S1微拨开关1位和10位往上拨（其余往下拨），使ASR为比例调节器。
当给定UGD为0V时，用万用表测ASR输出孔Ui1*应为零伏。
当UGD为正时，Ui1*应为负，UGD为负时，Ui1*应为正，说明调节器具有倒相作用。
验证后将UGD为0V。
c.将S1微拨开关1至4位的任一位往上拨，6至9位的任一位往上拨，再将第5位和10位往下拨，ASR便构成PI调节器。
d.给定正UGD，调节负限幅电位器RW4，使之Ui1*为负限幅值（-8V）；
给定负UGD，调节正限幅电位器RW3，使之Ui1*为正限幅值（+8V）。
注意：
若UGD的给定超过±8V，Ui1*仍为
8V，则正、负限幅的调节已完成。
③ACR的检查及正、负限幅的整定
a.实验线路：
将操作面板上的UGD孔分别接入ACR的Ui*孔和零速封锁单元的Un*孔，并将ACR的Ui、
、
孔接GND。
（见图11）
图11
b.其余检查过程与调ASR环节一样，但ACR输出必须按表2中±Uctm值来限幅。
（4）逻辑控制单元（DLC）的检查
由于逻辑切换的必要和充分条件是：
转矩必须要改变极性，主回路电流必须为零。
Ui*代表转矩极性信号，Ui0代表主回路电流过零信号，因此检测DLC单元工作是否正常，实验线路和操作过程如下：
a.实验线路：
按虚线接好
b.操作过程：
将K2合上，调RP1和RP2给出±1V左右的UGD信号，用示波器或万用表直流电压档检查检测孔K0和K1。
当切换K1开关时，K0和K1两孔也切换电平，表明DLC工作正常。
各单元检查完毕后，将操作面板上的电源开关置“断”位置，停止对控制板的供电，为下面实验接线做准备。
（五）电流环闭环调试（电动机不加励磁）
在开环调试基础上，增加电流环。
1实验接线：
主回路为三相桥式（正组），接电枢负载（电动机不加励磁）,并串入平波电抗器Ld1.
控制回路：
如图12所示。
ACR单元的Uc孔与脉冲触发单元的Uct孔相连接；
操作面板的UGD孔分别与ACR单元Ui*孔和零速封锁单元的Un*孔相连接；ACR单元的Ui孔和
孔分别与电流反馈及保护单元的Ui孔和
孔相连。
触发器单元原连线不变。
并检查整个接线电路是否完全正确。
图12
②准备工作：
a．将操作面板上的正负给定电位器RP1、RP2逆时针旋转至零位。
b.将正组脉冲电源开关拨至“通”位置，将反组脉冲电源开关置“断”位置。
c.将电源开关置“通”位置，，控制板上的所有电源被施加上了。
d.检查触发器单元SZ与SZ1孔和GZ与GND1孔是否连接好。
③合主回路，逐步增加给定信号（应为负给定），用示波器观察应有6个对称波形平滑变化。
④给ACR输入突加给定（阶跃）信号（-1~-2V左右），用示波器（将示波器扫描调成亮点状）观察电流的动态波形（从Ui孔观测）。
⑤做完上一步后，将负给定电位器RP2逆时针调至零位，停主回路，将操作面板上的电源开关置“断”位置，切断了主回路及控制回路的供电。
（六）速度环闭环调试（电动机加励磁）
①实验接线：
主回路接成三相桥式反并联，接电动机负载，并串接平波电抗器Ld1。
控制回路在电流环闭环线路基础上，再加外环（速度环），接线见图13。
接线：
ACR单元的Ui*孔与ASR单元的Ui*孔相连接；
ACR单元的
孔与DLC单元的
孔相连接；
ASR单元的KF孔与DLC单元的KF孔相连接；
ASR单元的KZ孔与DLC单元的KZ孔相连接;
ASR单元的Ui1*孔与DLC单元的Ui*孔相连接;
电流反馈及保护单元的Ui0孔与DLC单元的Ui0孔相连接;
ASR单元的Un*孔与操作面板上的UGD孔相连接再与零速封锁单元的Un*孔相连接;
ASR单元的Un孔与速度反馈单元和零速封锁单元的Un孔相连接。
检查整个接线线路是否有错。
②准备工作：
a．将脉冲触发单元SZ与SZ2、SF与SF2孔用线接好，再将GZ与GZ1、GF与GF1孔用导线接好，这样由逻辑控制单元来控制其工作状态。
b.先做单边（不可逆）实验，即将操作面板上的正组脉冲电源开关置“通”，将反组脉冲电源开关置“断”位置。
c.将操作面板上给定电位器逆时针旋转至零位。
③合励磁总电源开关CB1，合电动机M1的励磁开关CB2，合发电机G1的励磁开关CB3。
④合操作面板上控制电源开关，控制大板得电。
⑤按主回路启动按钮，主回路接通了交流电源。
⑥缓慢调节正给定电位器RP1，电机开始旋转（若有异常，按停止按钮）。
用示波器观察Ud波形，应比较连续平滑。
⑦突加给定（阶跃）信号（+1~+3V左
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