运动控制实验指导.docx

1、运动控制实验指导实验一 转速负反馈有静差直流调速系统一、实验目的1熟悉单闭环直流调速系统的组成及其主要组成单元的原理与作用。2学习调速系统单元及系统调试的基本方法及其注意事项。3分析、研究转速负反馈有静差和无静差直流调速系统的静特性及其特点。 二、实验内容1调速系统的单元调试及系统静态参数的整定。2直流电动机开环与闭环系统的静态特性测试。3分析、研究转速负反馈有静差和无静差直流调速系统的静特性及其特点。三、实验设备与仪器1综合实验台主体(主控箱)及其主控电路、转速变换(DD02)、电流检测及变换电路变(DD06)、同步变压器(DD05)、负载控制器单元(DD07)等单元以及平波电抗器。2可控硅

2、主电路挂箱(DSM01)3触发电路挂箱(DST02)DT04。4给定单元挂箱(DSG01) DG01单元5调节器挂箱(DSA01) DA01、DA02单元。6直流电动机+磁粉制动器+旋转编码器机组。7慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器。四、实验电路的组成“带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统”是单闭环直流调速系统的典型实例，系统的组成框图如图1-1所示，接线电路见附图1-1。主要由“DG01”、“DA01”、“DT04”、“DSM01”、“DD02”、“DD06”等基本环节组成。该系统简单实用，在要求不高的场合常见采用。图1-1 带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统的组成五、实验步

3、骤与方法(一)实验电路连接、检查及调试。1本实验系统所使用的单元环节，其中“触发器单元GT1(DT04)”和“可控硅主电路(DSM01)”的调试要点和方法见触发电路挂箱(DST02)使用说明和可控硅主电路挂箱(DSM01)使用说明。“给定及给定积分器(DG01)”见给定单元挂箱(DSG01)使用说明，“转速调节器ASR(DA01)”和“零速封锁(DA02)”见调节器挂箱(DSA01)使用说明。2按附图1-1连接系统。确保转速给定和转速、电流反馈极性正确合理，转速、电流反馈系数、调至最大(将转速和直流电流变换单元DD02、DD06的输出电位器顺时针调至最大)；“工作模式选择”开关置“直流调速”档

4、 ；给定单元(DG01)的极性开关S1、阶跃开关S2拨向上方，并调整正、负给定电位器使输出为0。3将转速调节器ASR输入端子Un和Ui1的转速和电流负反馈输入改为接地输入，即先断开转速负反馈和电流截止负反馈；ASR接成1:1的比例状态(取Rn=R0=40k、)；经实验指导教师检查认可后，打开钥匙开关(电源控制与故障指示(CTD)单元，检查各指示灯状态，确认无异常后开始以下步骤。4闭合控制回路(电源控制与故障指示(CTD)面板控制电路按钮ON)，保持主电路分断。并将励磁电源整定至额定励磁电流；负载控制器模式选择为“恒转矩”模式，负载给定为零；旋动正、负给定电位器，经极性开关切换，依次使给定U*n

5、=0.5、2V，检查转速调节器ASR的比例特性；取给定U*n=2V，电容Cn=2F，用万用表测量ASR的输出，同时整定所要求的限幅值。5检查并调整“触发器单元GT1”和“直流调速系统主电路”，整定触发零位：用双踪示波器检查“双路晶闸管移相触发器”是否工作正常及主电路接线的正确与否；触发电路和主电路正常后，微调“DT04”单元的偏置电位器，使U*n=0时，触发角=90(整定零位)。6控制电路状态正常后，将正、负给定电位器重新调至0，将阶跃开关拨向上方，极性开关拨向下方(为什么？)。(二)直流电动机的开环机械特性测试 1负载给定为零，保持转速负反馈，使电流截止负反馈为断开状态，转速调节器ASR重新

6、接成1:1的比例状态，检查无误后，闭合主电路。注意：“开环系统”或“无电流截止负反馈”的“单闭环系统” ，不得阶跃起动，实验中只能缓慢改变给定电压和电机转速(为什么？)。2缓慢增大给定电压U*n，使电动机转速逐渐上升，用双踪示波器观察整流装置输出电压Ud，看波形是否正常、连续可调。当电动机电枢电压达到额定值Ud=Udnom，记录并保持此时的转速给定U*nnom不变，调节负载给定，使电动机电枢电流Id在Id0Idm(Idm1.5 Id nom)间分别读取五级负载电流Id和转速n录于表1-1；减小给定并恒定于1/2U*nnom，调节负载给定，在Id0Idm(Idm1.5 Id nom )之间分别读

7、取电流Id和转速n等五组数据录于表1-1。3计算转速比n*=n/n0 和电流比I*d=Id/Idnom，也录于表1-1。4依次(、)绘制高、低速两条机械特性曲线n=f(Id)于图1-2中。表1-1 开环机械特性实验数据 U *n(V)U*nnom=1/2U*nnom=Id(A)Id0Id 1Id nomId2Id mId0Id1Id nomId2Id mI*dn(rmin)n*额定参数P nom= KW；U nom= V；Idnom= A；n nom= rmin图1-2 直流电动机的开环机械特性与转速负反馈系统的闭环静特性开环机械特性：高速 闭环静特性：有静差系统 高速 低速 低速 无静差系统

8、 高速 低速(三)转速负反馈有静差直流调速系统1逐步减小给定电位器至0，待电机停止后关闭主电路；按附图1-1恢复转速负反馈(接线端子Un由接地改为转速负反馈输入，注意反馈极性，确保负反馈无误，但仍不接电流截止负反馈；RC阻容箱取Rn=kpR0(kp为转速调节器ASR的放大倍数，以系统稳定运行为限，尽量取大些，或实验前设计、计算得出)、短接电容Cn。负载给定置0，检查无误后闭合主电路。2缓慢增大给定U*n，使电机转速逐渐上升，当给定电压达到U*n=-6V时保持恒定(即取U*n=U*nm= -6V)，调整(减小)转速反馈系数直至n=nnom，同时用万用表测量反馈电压Unnom以完成转速反馈系数的整

9、定，并计算转速反馈系数(=Unm/nnom)录于表1-2。3调节负载给定，在 Id0Id m(Id m 1.5 Id nom ) 之间分别读取电枢电流 Id 和转速 n 等五组数据录于表1-2；置负载至为0，减小给定并恒定于1/2 U*nm，调节负载给定，在Id0Idm (Idm1.5 Idnom )之间分别读取电流Id和转速n五组数据录于表1-2。4逐步减小给定至0，侍电机停止后关闭主电路；将负载减小至0。5计算转速比n*=n/n0、电流比I*d =Id /I nom，也录于表1-2。6于图1-2中，依次(、)绘制高、低速两条静特性曲线n= f(Id)。表1-2 转速负反馈有静差系统静特性实

10、验数据U *n(V)U *nm=1/2 U *nm=Id(A)Id0Id 1Id nomId2Id mId0Id1Id nomId2Id mI*dn(rmin)n*反馈系数=U nm/nnom= Vmin/r六、思考题1为什么“单闭环直流调速系统”，在未带电流截止负反馈前，不得阶跃起动，只能缓慢增加给定？2在转速负反馈系统中，引入“电流截止负反馈”的目的是什么？3有静差系统为什么要限制其开环放大倍数？产生静差的原因是什么？为什么说，理论上讲该系统是无法消除静差的，为什么？注：各个控制电路以及检测电路的地用细实验导线连起来，但是绝对不能接到主电路的地上附图1-1 带电流截止负反馈的转速负反馈直流

11、调速系统实验二 带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统一、实验目的1分析、研究转速负反馈有静差和无静差直流调速系统的静特性及其特点。 2熟悉“电流截止负反馈”的组成及其在“转速负反馈系统”中的作用。3分析、研究“带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统”的静、动态特性和电流反馈系数、截止电压(稳压二极管Vs的稳压值)的整定及其对系统静、动特性的影响。二、实验内容1分析、研究转速负反馈有静差和无静差直流调速系统的静特性及其特点。2“带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统”的静特性测试。3“带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统”的静态精度和动态稳定性的实验与分析4分析研究电流截止负反馈环节

12、的作用和参数变化对系统特性的影响。三、实验设备与仪器1综合实验台主体(主控箱)及其主控电路、转速变换(DD02)、电流检测及变换电路变(DD06)、同步变压器(DD05)、负载控制器单元(DD07)等单元以及平波电抗器。2可控硅主电路挂箱(DSM01)3触发电路挂箱(DST02)DT04。4给定单元挂箱(DSG01) DG01单元5调节器挂箱(DSA01) DA01、DA02单元。6直流电动机+磁粉制动器+旋转编码器机组。7慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器。四、实验电路的组成“带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统”是单闭环直流调速系统的典型实例，系统的组成框图如图1-1所示，接线电路

13、见附图1-1。主要由“DG01”、“DA01”、“DT04”、“DSM01”、“DD02”、“DD06”等基本环节组成。该系统简单实用，在要求不高的场合常见采用。图1-1 带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统的组成五、实验步骤与方法(一)实验电路连接、检查及调试。1本实验系统所使用的单元环节，其中“触发器单元GT1(DT04)”和“可控硅主电路(DSM01)”的调试要点和方法见触发电路挂箱(DST02)使用说明和可控硅主电路挂箱(DSM01)使用说明。“给定及给定积分器(DG01)”见给定单元挂箱(DSG01)使用说明，“转速调节器ASR(DA01)”和“零速封锁(DA02)”见调节器挂箱

14、(DSA01)使用说明。2按附图1-1连接系统。确保转速给定和转速、电流反馈极性正确合理，转速、电流反馈系数、调至最大(将转速和直流电流变换单元DD02、DD06的输出电位器顺时针调至最大)；“工作模式选择”开关置“直流调速”档 ；给定单元(DG01)的极性开关S1、阶跃开关S2拨向上方，并调整正、负给定电位器使输出为0。3将转速调节器ASR输入端子Un和Ui1的转速和电流负反馈输入改为接地输入，即先断开转速负反馈和电流截止负反馈；ASR接成1:1的比例状态(取Rn=R0=40k、)；经实验指导教师检查认可后，打开钥匙开关(电源控制与故障指示(CTD)单元，检查各指示灯状态，确认无异常后开始以

15、下步骤。4闭合控制回路(电源控制与故障指示(CTD)面板控制电路按钮ON)，保持主电路分断。并将励磁电源整定至额定励磁电流；负载控制器模式选择为“恒转矩”模式，负载给定为零；旋动正、负给定电位器，经极性开关切换，依次使给定U*n=0.5、2V，检查转速调节器ASR的比例特性；取给定U*n=2V，电容Cn=2F，用万用表测量ASR的输出，同时整定所要求的限幅值。5检查并调整“触发器单元GT1”和“直流调速系统主电路”，整定触发零位：用双踪示波器检查“双路晶闸管移相触发器”是否工作正常及主电路接线的正确与否；触发电路和主电路正常后，微调“DT04”单元的偏置电位器，使U*n=0时，触发角=90(整

16、定零位)。6控制电路状态正常后，将正、负给定电位器重新调至0，将阶跃开关拨向上方，极性开关拨向下方(为什么？)。 (二) 转速负反馈无静差直流调速系统实验1将转速调节器ASR改接成PI调节器，取Cn=2F，检查无误后闭合主电路。2缓慢增大给定电压U*n直至U*n=U*nnom=U*nm= -6V恒定，调整(减小)转速反馈直至n=nnom，从而完成转速反馈系数的整定。(为什么？)3重复有静差实验步骤3、4、5、6相应数据录于表1-3。4依次绘制高、低速(、)两条静特性曲线n= f(Id)于图1-2中。并分析、比较图1-2中高、低速各三组特性曲线，得出开环系统、有静差和无静差转速负反馈系统等三类简

17、单直流调速系统的特点。表1-3 转速负反馈无静差系统静特性实验数据U *n(V)U *nm=1/2U *nm=Id(A)Id0Id 1Id nomId2Id mId0Id1Id nomId2Id mI*dn(rmin)n*(三)带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统实验1连接并调试完成电流截止负反馈(接线端子Ui2由接地改为电流反馈输入，其比较电压为Ucom=UVS2=3.6V注意反馈极性)，检查无误后闭合主电路。注：电流截止负反馈环节参数按调节器挂箱(DSA01)使用说明中转速调节器的单元调试部分确定，此处不另重复。2逐步增大给定U*n直至U*n=U *nm= -6V、n=no恒定；系统稳

18、定后，缓慢减小电流反馈强度和增大负载给定直至Id=Id nom(电流截止负反馈尚未起作用)；用万用表测量此时的电流反馈电压Ui1(ASR输入端子Ui1处)和记录给定转矩，并令电流反馈系数=1=Ui1/Idnom、负载给定为额定转矩录于表1-4；最后恢复负载给定为0。3调节负载给定，在Id0Idm之间分别读取电流Id和转速n等五组数据录于表1-4；保持此时的转速反馈和电流反馈不变、负载给定为0。4保持比较电压Ucom=UVS2不变，增大电流反馈系数使=21(令2=Ui2/Idnom，录于表1-4)；调节负载给定，在Id0Idm之间分别读取电流Id和转速n五组数据，录于表1-4；保持此时的转速反馈

19、和电流反馈不变、负载给定为0。5保持=21，改变比较电压使Ucom=UVS1=6.3VUVS2(将电流反馈由接线端子Ui2改为Ui1输入)；调节负载给定，在Id0Idm之间分别读取电流Id和转速n五组数据，录于表1-4；保持此时的转速反馈和电流反馈不变、负载给定为零。6保持比较电压Ucom=UVS1UVS2，恢复电流反馈系数=1(参照步骤2)；调节负载给定，在Id0Idm之间分别读取电流Id和转速n五组数据录于表1-4；逐步减小给定至0，侍电机停止后“分断”主电路；保持转速和电流反馈不变，负载给定为0，；恢复比较电压Ucom=UVS2(将电流反馈由接线端子Ui1恢复为Ui2输入)。7计算各转速

20、比n*=n/n0 和电流比 I*d =Id /I nom，录于表1-4。表1-4 带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统静特性实验数据特 性=1=、 Ucom=UVS2=2=、Ucom=UVS2Id(A)Id0Id 1Id 2Id3Id mId0Id1Id2Id3Id mI*dn(rmin)n*特 性=21 Ucom=UVS1UVS2=1、Ucom=UVS1UVS2Id(A)I*dn(rmin)n*1=Uci1/Id nom= 2=Uci2/Id nom= RGnom=图14 带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统的闭环静特性=1 Ucom=UVS2 =21 、Ucom=UVS2 =21

21、Ucom=UVS1UVS2 =1、Ucom=UVS1UVS28根据表1-4 数据绘制以上四条系统静特性n = f(Id)于图1-4。注意观察四条系统静特性的斜率、截止电流Idcr、堵转电流(负载较小，不能满足要求达不到堵转停机)Idbl之异同，并讨论、分析以得出正确结论。9将阶跃开关拨向下方，置给定 U*n=-6V，设定负载在恒转矩模式下为额定转矩，负载模式选择在2档与恒转矩档之间切换可实现负载的突加和突卸，以完成空载和带载(额定负载)时的突加给定起动过渡过程实验，由双踪示波器观察电流Id和转速n的过渡过程。变动 RC的阻、容值，直至过渡过程曲线满意，并认真临模最满意的一组曲线于图1-5。10

22、分析比较图1-5的两条曲线，讨论空载和带载起动过渡过程的异同。图15 突加给定起动的过渡过程曲线空载 带载11*通过左下面板的微机接口电路(DD01)，接好微机系统，演示、存储、打印相应过渡过程曲线，供撰写实验报告和分析、研究系统动态性能。(未配置微机时可采用“存储示波器”，或将此项内容省略。)12实验完毕，将阶跃开关拨向下方，待电机停转后，依次分断主电路、控制电路和总电源开关。六、思考题1无静差转速负反馈系统最终真的能使系统的误差为零吗，为什么？2什么是“电流截止负反馈”？3带电流截止负反馈的直流调速系统中，改变和Ucom将引起系统的静、动态特性有何变化？为什么？注：各个控制电路以及检测电路

23、的地用细实验导线连起来，但是绝对不能接到主电路的地上附图2-1 带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统实验三 转速、电流双闭环直流调速系统一、实验目的1熟悉“转速、电流双闭环直流调速系统”的组成及其工作原理。2熟悉“转速、电流双闭环直流调速系统”及其主要单元环节的调试。3分析、研究“转速、电流双闭环直流调速系统”的静特性及其特点。 4分析、研究“转速、电流双闭环直流调速系统”在突加给定起动过渡过程曲线和系统在突加、突卸负载时的抗扰性以及参数对系统动态性能的影响。二、实验内容1系统的单元调试及静态参数的整定。2“转速、电流双闭环直流调速系统”的静特性测试。3“转速、电流双闭环直流调速系统”突加

24、给定起动过渡过程研究。4“转速、电流双闭环直流调速系统”突加、突卸负载时的抗扰性研究。三、实验设备与仪器1综合实验台主体（主控箱）及其主控电路、转速变换电路（DD02）、电流检测及变换电路（DD06）、同步变压器（DD05）、负载控制器单元（DD07）等以及、平波电抗器（DD11）。2可控硅主电路挂箱（DSM01） 和触发电路挂箱（DST02）DT04。3给定单元挂箱（DSG02） DG01、 DA01、DA03。4直流电动机+磁粉制动器+旋转编码器机组。5慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器四、实验电路的组成“转速、电流双闭环系统”是不可逆直流调速中，应用最普遍、最基本的典型实例，也是各种

25、可逆和不可逆的直流调速系统的基本组成部分，系统的组成框图如图11所示，接线电路见附图1。主要由“DG01” 、“DA01” 、“DA03”、 “DT04” 、“DSM01” 以及电流检测（DD06）、转速变换器（DD02）等基本环节组成。五、实验步骤与方法（一）实验路的连接与检查。图11 转速、电流双闭环直流调速系统组成 1本实验系统所使用的单元环节，与实验一基本相同，只是增加了一个“电流调节器ACR（DA03）”单元以组成电流内环，其调试要点和方法见调节器挂箱（DSA01）使用说明。2按附图1连接系统。负载模式选择为恒转矩模式，负载给定为零；确保各给定和反馈极性正确合理，反馈系数、调至最大；

26、“工作模式我把”置“直流调速”档。3调节器ASR、ACR接成1 : 1的比例状态（RnRi = R040k）；正、负给定置0V；切断转速和电流负反馈（转速和电流调节器接线端子Un和Ui的反馈输入改为接地）。4经实验指导教师检查认可后，打开总电源（左下面板），检查各指示灯状态，确认无异常后开始以下步骤。（二）静态参数的整定1主要单元环节的检查、调整及其参数整定1）闭合控制电路（电源控制与故障指示（CTD）控制电路按钮ON），主电路保持分断，将给定单元的阶跃开关S2拨向上方；依次使正、负给定U *n0.5、2V，测量ASR、ACR的输入、输出，检查比例特性；取U *n2V， Cn Ci 2F，用万

27、用表分别测量ASR、ACR的输出并整定其限幅。2）检查并调整“触发器单元GT1”和“直流调速系统主电路”，整定触发零位：用双踪示波器检查“双路晶闸管移相触发器”斜率、相位、双窄脉冲输出；检查主电路接线，确认触发电路和主电路正常后，整定系统零位，即微调“DT04”单元的偏置电位器，使U *n0时，触发角90。2电流内环静态参数整定1） 给定及给定积分器（DG01）单元的阶跃输出端U*n1由引向转速调节器的U*n端改为直接直接引向电流调节器的U*I输入端，（即暂且去掉ASR，注意！U*n1端不得与ASR的U*n端和ACR的U*i端同时相接）；电流调节器ACR接成PI调节器（取 Ri = R040k

28、、Ci 2F）。检查无误后闭合主电路。2）负载给定为0，给定单元的极性开关S1拨向下方，缓慢增大给定直至U*nU*im；（U*im为转速调节器ASR的下限幅）待系统稳定运行后，同时调节电流反馈和负载转矩直至 Id Idm1.5Idnom（设电流过载倍数 1.5 ，若 不同，系数应随之变更），整定电流反馈系数U*imIdm，并锁定之。系统重新稳定运行后，减小给定U*n至0，电机停止后切除主电路。3转速外环静态参数整定1）闭合控制电路，将励磁电流整定至额定值，恢复“转速、电流双闭环直流调速系统”（即恢复ASR的给定输入引自给定单元的阶跃输出端U*n1，ACR的输入U*i引自ASR的输出），将ASR接成 PI 调节器（取 R n = R040k、C n2F）。经检查无误后闭合主电路。2）给定单元的极性开关S1拨向上方，逐步增加给定使U*n=U*nm=+8V，电机升速至某值稳定后。调节（减小）转速反馈直至nnnom，以完成转速反馈系数U*nmnnom的整定，并锁定之。3）减小给定U*n至0，电机停止后切除主电路。负载给定为零。（三）转速、电流双闭环直流调速系统的静特性研究“转速、电流双闭环直流调速系统”的二个调节器（ASR、ACR）都是 PI调节器，无论是内环（电流环）还是外环（转速环）都是无静差系统。理论上，无静差系统的静特性是一条平行于横坐标的直线，即偏差UnU*nUn