運動控制系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書

1、運動控制系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書趙黎明、王雁編廣東海洋大學(xué)信息學(xué)院自動化系直流調(diào)速實驗一 不可逆單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性的研究一實驗?zāi)康?研究晶閘管直流電動機調(diào)速系統(tǒng)在反饋控制下的工作。2研究直流調(diào)速系統(tǒng)中速度調(diào)節(jié)器ASR的工作及其對系統(tǒng)靜特性的影響。3學(xué)習(xí)反饋控制系統(tǒng)的調(diào)試技術(shù)。二預(yù)習(xí)要求1了解速度調(diào)節(jié)器在比例工作與比例積分工作時的輸入輸出特性。2弄清不可逆單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理。三實驗線路及原理見圖6-7。四實驗設(shè)備及儀表1MCL系列教學(xué)實驗臺主控制屏。2MCL18組件（適合MCL)或MCL31組件（適合MCL）。3MCL33(A)組件或MCL53組件。4MEL-11掛箱5MEL03三相可調(diào)電

2、阻（或自配滑線變阻器）。6電機導(dǎo)軌及測速發(fā)電機、直流發(fā)電機M01（或電機導(dǎo)軌及測功機、MEL13組件）。7直流電動機M03。8雙蹤示波器。五注意事項1直流電動機工作前，必須先加上直流激磁。2接入ASR構(gòu)成轉(zhuǎn)速負反饋時，為了防止振蕩，可預(yù)先把ASR的RP3電位器逆時針旋到底，使調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)最小，同時，ASR的“5”、“6”端接入可調(diào)電容（預(yù)置7F）。3測取靜特性時，須注意主電路電流不許超過電機的額定值（1A）。4三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。5電源開關(guān)閉合時，過流保護發(fā)光二極管可能會亮，只需按下對應(yīng)的復(fù)位開關(guān)SB1即可正常工作。6系統(tǒng)開環(huán)連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機。7起動電

3、機時，需把MEL-13的測功機加載旋鈕逆時針旋到底，以免帶負載起動。8改變接線時，必須先按下主控制屏總電源開關(guān)的“斷開”紅色按鈕，同時使系統(tǒng)的給定為零。9雙蹤示波器的兩個探頭地線通過示波器外殼短接，故在使用時，必須使兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可），以免造成短路事故。六實驗內(nèi)容1移相觸發(fā)電路的調(diào)試（主電路未通電）（a）用示波器觀察MCL33（或MCL53，以下同）的雙脈沖觀察孔，應(yīng)有雙脈沖，且間隔均勻，幅值相同；觀察每個晶閘管的控制極、陰極電壓波形，應(yīng)有幅值為1V2V的雙脈沖。（b）觸發(fā)電路輸出脈沖應(yīng)在3090范圍內(nèi)可調(diào)?？赏ㄟ^對偏移電壓調(diào)節(jié)單位器及ASR輸出電壓的調(diào)整實現(xiàn)。例如：使AS

4、R輸出為0V，調(diào)節(jié)偏移電壓，實現(xiàn)=90；再保持偏移電壓不變，調(diào)節(jié)ASR的限幅電位器RP1，使=30。2求取調(diào)速系統(tǒng)在無轉(zhuǎn)速負反饋時的開環(huán)工作機械特性。a斷開ASR的“3”至Uct的連接線，G（給定）直接加至Uct，且Ug調(diào)至零，直流電機勵磁電源開關(guān)閉合。b合上主控制屏的綠色按鈕開關(guān)，調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器的輸出，使Uuv、Uvw、Uwu=200V。注：如您選購的產(chǎn)品為MCL、，無三相調(diào)壓器，直接合上主電源。以下均同。c調(diào)節(jié)給定電壓Ug，使直流電機空載轉(zhuǎn)速n0=1500轉(zhuǎn)/分，調(diào)節(jié)測功機加載旋鈕（或直流發(fā)電機負載電阻），在空載至額定負載的范圍內(nèi)測取78點，讀取整流裝置輸出電壓Ud，輸出電流id以及被測電

5、動機轉(zhuǎn)速n。id（A）Ud（V）n（r/min）3帶轉(zhuǎn)速負反饋有靜差工作的系統(tǒng)靜特性a斷開G（給定）和Uct的連接線，ASR的輸出接至Uct，把ASR的“5”、“6”點短接。b合上主控制屏的綠色按鈕開關(guān)，調(diào)節(jié)Uuv，Uvw，Uwu為200伏。c調(diào)節(jié)給定電壓Ug至2V，調(diào)整轉(zhuǎn)速變換器RP電位器，使被測電動機空載轉(zhuǎn)速n0=1500轉(zhuǎn)/分，調(diào)節(jié)ASR的調(diào)節(jié)電容以及反饋電位器RP3，使電機穩(wěn)定運行。調(diào)節(jié)測功機加載旋鈕（或直流發(fā)電機負載電阻），在空載至額定負載范圍內(nèi)測取78點，讀取Ud、id、n。id（A）Ud（V）n（r/min）4測取調(diào)速系統(tǒng)在帶轉(zhuǎn)速負反饋時的無靜差閉環(huán)工作的靜特性a斷開ASR的“5

6、”、“6”短接線，“5”、“6”端接MEL11電容器，可預(yù)置7F，使ASR成為PI（比例積分）調(diào)節(jié)器。b調(diào)節(jié)給定電壓Ug，使電機空載轉(zhuǎn)速n0=1500轉(zhuǎn)/分。在額定至空載范圍內(nèi)測取78個點。id（A）Ud（V）n（r/min）七實驗報告繪制實驗所得靜特性，并進行分析、比較。八思考題1系統(tǒng)在開環(huán)、有靜差閉環(huán)與無靜差閉環(huán)工作時，速度調(diào)節(jié)器ASR各工作在什么狀態(tài)？實驗時應(yīng)如何接線？2要得到相同的空載轉(zhuǎn)速n0，亦即要得到整流裝置相同的輸出電壓U，對于有反饋與無反饋調(diào)速系統(tǒng)哪個情況下給定電壓要大些？為什么？3在有轉(zhuǎn)速負反饋的調(diào)速系統(tǒng)中，為得到相同的空載轉(zhuǎn)速n0，轉(zhuǎn)速反饋的強度對Ug有什么影響？為什么？4

7、如何確定轉(zhuǎn)速反饋的極性與把轉(zhuǎn)速反饋正確地接入系統(tǒng)中？又如何調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋的強度，在線路中調(diào)節(jié)什么元件能實現(xiàn)？運動控制系統(tǒng)綜合實驗指導(dǎo)書趙黎明、王雁編廣東海洋大學(xué)信息學(xué)院自動化系實驗名稱 雙閉環(huán)三相異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及串級系統(tǒng)實驗項目性質(zhì)：綜合性實驗所涉及課程：運動控制系統(tǒng)、電力電子、電機學(xué)計劃學(xué)時：4實驗?zāi)康模罕揪C合性實驗是將調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)與串級系統(tǒng)的綜合調(diào)速性能的綜合比較。首先熟悉三相異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的組成及工作原理、調(diào)速性能；熟悉相位控制交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的組成與工作;了解并熟悉雙閉環(huán)三相異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的原理及組成;了解繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻時在調(diào)節(jié)定子電壓調(diào)速時的機械特性

8、;通過測定系統(tǒng)的靜特性和動態(tài)特性進一步理解交流調(diào)壓系統(tǒng)中電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的作用。然后熟悉雙閉環(huán)三相異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)的組成及工作原理、調(diào)速性能；掌握串級調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試步驟及方法；了解串級調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)特性。最后將兩種調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理及調(diào)速性能進行比較。注意事項：每一步實驗都必須嚴(yán)格檢查接線是否正確。 實驗內(nèi)容：（分三步）一、雙閉環(huán)三相異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)（將直流電機作為交流電動機的負載）（一）系統(tǒng)在無轉(zhuǎn)速負反饋時的開環(huán)工作機械特性（接線圖見圖一所示）首先將MCL-31的低壓電源+15V、0V、-15V與MCL-33低壓直流輸入+15V、0V、-15V對應(yīng)連線；然后將MCL-32中的

9、直流電機勵磁電源的+、-分別與M03直流機的勵磁繞組F1、F2對應(yīng)相連接。實驗步驟：a斷開ACR（MCL31）的“7”至Uct（MCL33）的連接線，MCL31的Ug（給定）直接加至Uct，且Ug調(diào)至零。直流電機勵磁電源開關(guān)閉合。電機轉(zhuǎn)子回路接入每相為10W左右的三相電阻(由二極管整流橋電路代替)。b合上主控制屏的綠色按鈕開關(guān)，調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器的輸出，使Uuv、Uvw、Uwu=230V。c調(diào)節(jié)給定電壓Ug(調(diào)節(jié)MCL-31的G給定中的RP1滑動變阻器)，使電機空載轉(zhuǎn)速n0=1300轉(zhuǎn)/分，調(diào)節(jié)或直流發(fā)電機負載電阻，在空載至額定負載的范圍內(nèi)測取45點，讀取直流發(fā)電機輸入電壓Ud，輸出電流id以及被

10、測電動機轉(zhuǎn)速n，算出測功機輸出轉(zhuǎn)矩M。n(r/min)IG(A)UG(V)M(N.m)注：若采用直流發(fā)電機，轉(zhuǎn)矩可按下式計算 M三相異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩；IG直流發(fā)電機電流；UG直流發(fā)電機電壓；RS直流發(fā)電機電樞電阻；P0機組空載損耗。不同轉(zhuǎn)速下取不同數(shù)值：n=1500r/min，Po=13.5W；n=1000r/min，Po=10W；n=500r/min，Po=6W。（二）、閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)試（1）調(diào)壓器輸出接三相電阻負載，觀察輸出電壓波形是否正常。（2）將系統(tǒng)接成雙閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)：即將上面實驗過程中斷開的連線連上(仍按照圖一接線)。轉(zhuǎn)子回路仍串每相10W左右的電阻(由二極管整流橋電路代替)，漸加

11、給定Ug至+5V, 調(diào)節(jié)FBS的反饋電位器，使電機空載轉(zhuǎn)速n0=1300轉(zhuǎn)/分，觀察電機運行是否正常。（3）調(diào)節(jié)ASR.ACR的外接電容及放大倍數(shù)調(diào)節(jié)電位器，用慢掃描示波器觀察突加給定的動態(tài)波形，確定較佳的調(diào)節(jié)器參數(shù)。（三）系統(tǒng)閉環(huán)特性的測定調(diào)節(jié)Ug，使轉(zhuǎn)速至n =1300r/min，從輕載按一定間隔做到額定負載，測出閉環(huán)靜特性n =f(M)。n(r/min)IG(A)UG(V)M(N.m)系統(tǒng)動態(tài)特性的觀察，用慢掃描示波器觀察：（1）突加給定起動電機時轉(zhuǎn)速n，電機定子電流i及ASR輸出Ugi的動態(tài)波形。（2）電機穩(wěn)定運行，突加，突減負載時的n, Ugi, i的動態(tài)波形。（四）、實驗報告1根據(jù)

12、實驗數(shù)據(jù)，畫出開環(huán)時，電機人為機械特性。2根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出閉環(huán)系統(tǒng)靜特性，并與開環(huán)特性進行比較。3根據(jù)記錄下的動態(tài)波形分析系統(tǒng)的動態(tài)過程。二、雙閉環(huán)三相異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)（）實驗內(nèi)容1控制單元及系統(tǒng)調(diào)試2測定開環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)的靜特性。3測定雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)的靜特性。4測定雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性。（二）實驗系統(tǒng)組成及工作原理繞線式異步電動機串級調(diào)速，即在轉(zhuǎn)子回路中引入附加電動勢進行調(diào)速。通常使用的方法是將轉(zhuǎn)子三相電動勢經(jīng)二極管三相橋式不控整流得到一個直流電壓，再由晶閘管有源逆變電路代替電動勢，從而方便地實現(xiàn)調(diào)速，并將能量回饋至電網(wǎng)，這是一種比較經(jīng)濟的調(diào)速方法。本系統(tǒng)為晶閘管亞同步閉

13、環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由速度調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR，觸發(fā)裝置GT，脈沖放大器MF，速度變換器FBS，電流變換器FBC等組成，其系統(tǒng)原理圖如圖7-2所示。（三）注意事項1本實驗是利用串調(diào)裝置直接起動電機，不再另外附加設(shè)備，所以在電動機起動時，必須使晶閘管逆變角處于min位置。然后才能加大角，使逆變器的逆變電壓緩慢減少，電機平穩(wěn)加速。2本實驗中，角的移相范圍為90150，注意不可使90，否則易造成短路事故。3接線時，注意繞線電機的轉(zhuǎn)子有4個引出端，其中1個為公共端，不需接線。4接入ASR構(gòu)成轉(zhuǎn)速負反饋時，為了防止振蕩，可預(yù)先把ASR的RP3電位器逆時針旋到底，使調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)最小，同時，

14、ASR的“5”、“6”端接入可調(diào)電容（預(yù)置7F）。5測取靜特性時，須注意電流不許超過電機的額定值（0.55A）。6三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。逆變變壓器采用MEL-03三相芯式變壓器的高壓繞組和中壓繞組，注意不可接錯。7電源開關(guān)閉合時，過流保護、過壓保護的發(fā)光二極管可能會亮，只需按下對應(yīng)的復(fù)位開關(guān)SB1、SB2即可正常工作。8系統(tǒng)開環(huán)連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機。9起動電機時，需把MEL-13的測功機加載旋鈕逆時針旋到底，以免帶負載起動。10改變接線時，必須先按下主控制屏總電源開關(guān)的“斷開”紅色按鈕，同時使系統(tǒng)的給定為零。11雙蹤示波器的兩個探頭地線通過示波器外殼短接，故在

15、使用時，必須使兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可），以免造成短路事故。12繞線式異步電動機：PN=100W，UN=220V，IN=0.55A，nN=1350，MN=0.68，Y接。（四）實驗方法1移相觸發(fā)電路的調(diào)試（主電路未通電）（a）用示波器觀察MCL33（或MCL53）的雙脈沖觀察孔，應(yīng)有間隔均勻，幅值相同的雙脈沖；將G輸出直接接至Uct，調(diào)節(jié)Uct，脈沖相位應(yīng)是可調(diào)的。（b）將面板上的Ublf端接地，調(diào)節(jié)偏移電壓Ub，使Uct=0時，a接近1500。將正組觸發(fā)脈沖的六個鍵開關(guān)“接通”，觀察正橋晶閘管的觸發(fā)脈沖是否正常（應(yīng)有幅值為1V2V的雙脈沖）。（c）觸發(fā)電路輸出脈沖應(yīng)在3090范圍

16、內(nèi)可調(diào)。可通過對偏移電壓調(diào)節(jié)電位器及ASR輸出電壓的調(diào)整實現(xiàn)。例如：使ASR輸出為0V，調(diào)節(jié)偏移電壓，實現(xiàn)=30；再保持偏移電壓不變，調(diào)節(jié)ASR的限幅電位器RP1，使=90。2控制單元調(diào)試按直流調(diào)速系統(tǒng)方法調(diào)試各單元3求取調(diào)速系統(tǒng)在無轉(zhuǎn)速負反饋時的開環(huán)工作機械特性。a斷開ASR（MCL18或MCL31）的“3”至Uct（MCL33或MCL53）的連接線，G（給定）直接加至Uct，且Ug調(diào)至零。直流電機勵磁電源開關(guān)閉合。電機轉(zhuǎn)子回路接入每相為10W左右的三相電阻。b三相調(diào)壓器逆時針調(diào)到底，合上主控制屏的綠色按鈕開關(guān)，調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器的輸出，使Uuv、Uvw、Uwu=230V。c緩慢調(diào)節(jié)給定電壓Ug

17、，使電機空載轉(zhuǎn)速n0=1300轉(zhuǎn)/分，調(diào)節(jié)測功機加載旋鈕（或直流發(fā)電機負載電阻），在空載至額定負載的范圍內(nèi)測取78點，讀取測功機輸出轉(zhuǎn)矩M（或直流發(fā)電機輸入電壓Ud，輸出電流id）以及被測電動機轉(zhuǎn)速n。注：如您選購的產(chǎn)品為MCL、，無三相調(diào)壓器，直接合上主電源。以下均同。n(r/min)IG(A)UG(V)M(N.m)注：若采用直流發(fā)電機，轉(zhuǎn)矩可按下式計算 式中 ：M三相異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩；IG直流發(fā)電機電流；UG直流發(fā)電機電壓；RS直流發(fā)電機電樞電阻；P0機組空載損耗。不同轉(zhuǎn)速下取不同數(shù)值：n=1500r/min，Po=13.5W；n=1000r/min，Po=10W；n=500r/min，

18、Po=6W。3閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)試MCL18（或MCL31）的G（給定）輸出電壓Ug接至ASR的“2”端，ACR的輸出“7”端接至Uct。三相調(diào)壓器逆時針調(diào)到底。調(diào)節(jié)Uct，使ACR飽和輸出，調(diào)節(jié)限幅電位器RP1，使b=30O。合上主控制屏的綠色按鈕開關(guān)，調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器的輸出，使Uuv、Uvw、Uwu=230V。調(diào)節(jié)給定電壓Ug，使電機空載轉(zhuǎn)速n0=1300轉(zhuǎn)/分，觀察電機運行是否正常。調(diào)節(jié)ASR,ACR的外接電容及放大倍數(shù)調(diào)節(jié)電位器，用慢掃描示波器觀察突加給定的動態(tài)波形，確定較佳的調(diào)節(jié)器參數(shù)。4雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)靜特性的測定調(diào)節(jié)給定電壓Ug，使電機空載轉(zhuǎn)速n0=1300轉(zhuǎn)/分，調(diào)節(jié)測功機加載旋鈕（或

19、直流發(fā)電機負載電阻），在空載至額定負載的范圍內(nèi)測取78點，讀取測功機輸出轉(zhuǎn)矩M（或直流發(fā)電機輸入電壓Ud，輸出電流id）以及被測電動機轉(zhuǎn)速n。n(r/min)IG(A)UG(V)M(N.m)5系統(tǒng)動態(tài)特性的測定用慢掃描示波器觀察并用示波器記錄：（1）突加給定起動電機時的轉(zhuǎn)速n，定子電流i及輸出Ugi的動態(tài)波形。（2）電機穩(wěn)定運行時，突加，突減負載時的n, I,Ugi的動態(tài)波形。（五）實驗報告1根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出開環(huán)，閉環(huán)系統(tǒng)靜特性n =f (M)，并進行比較。2根據(jù)動態(tài)波形，分析系統(tǒng)的動態(tài)過程。三、雙閉環(huán)三相異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)與串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及調(diào)速性能的比較 比較兩種調(diào)速系統(tǒng)的工作原理；在調(diào)速性能上的區(qū)別；實驗中所測取的開環(huán)及閉環(huán)特性的區(qū)別。比較出兩種調(diào)速性能的優(yōu)劣。實驗儀器設(shè)備和材料清單1MCL系列教學(xué)實驗臺主控制屏。2MCL18組件（適合MCL)或MCL31組件（適合MCL）。3MCL33組件或MCL53組件（適合MCL、）。4電機導(dǎo)軌及測速發(fā)電機、直流發(fā)電機5MEL03三相可調(diào)電阻器(或自配滑線變阻器450W，1A)6繞線式異步電動機7MEL11組件 8直流電動機M03 9雙蹤示波器。 10萬用表試驗要求按照實驗內(nèi)容要求將兩種系統(tǒng)的實驗數(shù)據(jù)及其特性曲線作出詳細分析比較。實驗步驟及結(jié)果測試詳見實驗內(nèi)容?？己诵问揭詫嶒瀳蟾鏋橹?，參考平時實驗表現(xiàn)。按照實