运动控制导论

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 ；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=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f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 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(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 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；“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、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*nUn0。实际并非尽然，内、外闭环都存在误差，即Un0，故静特性也不是一条平行于横坐标的直线。因此，有必要测试其静特性，并分析产生偏差的原因。1按实验前设计、计算之阻、容（Rn、Cn、Ri、Ci），设定DA01、DA03两个单元的参数，检查无误后闭合主电路。2增大给定并恒定至U*n=U*nm=+8V、nnnom；稳定后，调节负载给定，电枢电流在0 Idm 之间分别读取电流 Id 和转速 n 五组数据录于表11；负载给定为零，减小给定并恒定于12U*n，调节负载给定，在0 Idm 之间分别读取电流 Id 和转速 n 五组数据录于表21。表11 转速、电流双闭环系统静特性实验数据U*n（V）U*n1/2U*nId（A）0Idm0Idmn（rmin）3减小给定电压 U *n 至 0，电机停止后，切除主电路。4根据表11 数据分别绘制高、低速两条静特性n = f（Id）于图12。图12 转速、电流双闭环直流调速系统的静特性高速 低速5分析双闭环系统静特性的特点，并与实验一“带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统”及其实验结果进行比较，得出相应结论。六、思考题1电流环对于系统的静态和动态各有什么作用？2转速和电流闭环各自对负载扰动和电网电压波动有否调节能力？3转速、电流双闭环系统，在其它参数不变的条件下，若将电流反馈系数 减小一倍，系统的转速n和电枢电流I d 各有何变化？为什么？4转速、电流双闭环系统，在稳定运行的状态下，其电流反馈或转速反馈线突然断开，系统各发生什么变化？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 转速、电流双闭环直流调速系统实验四 自然环流可逆直流调速系统一、实验目的1熟悉“自然环流可逆直流调速系统”的组成与原理。 2熟悉“自然环流可逆直流调速系统”对触发环节的特殊要求及触发单元的调试。3了解可逆直流调速系统中的环流，及直流平均环流的遏制原理。4研究“自然环流可逆直流调速系统”的动态过渡过程。二、实验内容1“自然环流可逆直流调速系统”触发电路的调试。2研究“自然环流可逆直流调速系统”的起、制动过渡过程。3研究“有环流可逆直流调速系统”中直流平均环流的产生与遏制。4研究“自然环流可逆直流调速系统”的正、反向起动及其切换过程。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)负载控制器(DD07)等单元以及平波电抗器等。2可控硅主电路挂箱(DSM01)3触发电路挂箱(DST02)DT044给定单元挂箱(DSG01)DG015调节器挂箱(DSA01)DA01、DA02、DA036控制器挂箱(DSC01)DC017直流电动机+磁粉制动器+旋转编码器机组8慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器9微机及打印机(存储、演示、打印实验波形，可无，但相应内容省略)四、实验电路的组成“自然环流可逆直流调速系统”采用=配合控制，是可逆直流调速 系统的基础，其基本特点是主电路采用反并联连接的两组整流装置，系统同时存在直流平均环流和瞬时脉动环流(何谓直流平均环流和瞬时脉动环流？)，当采用=配合控制时，可遏制直流平均环流为零，但仍存在瞬时脉动环流，故属有环流系统。“自然环流可逆直流调速系统”的组成框图如图5-1所示，接线电路见附图1-5。主要由“DG01”、“DA01”、“DA02”、“DA03”、“DT04”、“DSM01”、“DC01”以及电流(DD06)、转速(DD02)变换器等基本环节组成。五、实验步骤与方法(一)实验电路的连接与检查1由图5-1可见，“自然环流可逆直流调速系统”所使用的单元环节，只是在“转速、电流双闭环直流调速系统”的基础上，将主电路改为由反并联连接的两组整流装置，并相应采用结构和特性完全一致的GTI、GTII两组触发电路。控制电路则增加一个反相器AR(DC01)，使正、反两组的控制信号大小相等、方向相反。 图51 自然环流可逆直流调速系统的组成 除对两组触发单元的调试有所特殊要求外，各基本环节的调试要点和方法同实验二，实验前由实验室调试完成为宜。2按附图1-5连接系统，电机整定至额定励磁电流；负载模式选择为恒转矩模式，负载给定为0；各调节器先按1:1的比例状态连接，并确保其给定和反馈极性的正确合理；给定单元的极性开关S1、阶跃开关S2均拨向上方，并将正、负给定置0；转速和电流的负反馈强度调至最大，“工作模式选择”置“直流调速”档。3经实验指导教师检查认可后，打开总电源(电源控制与故障指示(CTD)，检查各指示灯状态，确认无异常后开始以下步骤。(二)触发单元的调试1首先暂时短接转速、电流调节器，即将触发单元的控制输入端UK由电流调节器ACR的输出端Uct引入改由直接自给定单元阶跃输出端U*n1端输入(注意，同时UK与ACR的输出端Uct断开)；闭合控制电路检查、整定反相器AR和触发单元GTI、GTII，使比例系数kP= -1且具有良好的线性度，触发特性左、右对称，如图5-2所示。实际应用中，为确保“自然环流可逆直流调速系统”的直流平均环流为零，通常由触发单元(DT04)的偏置电位器将两个触发器的移相脉冲整定为，但应严格控制两者的差值必须很小，不宜太大，否则会造成较大的死区。图52 触发特性2按附图1-5恢复正常接线(即恢复触发单元的控制输入端UK由电流调节器ACR的输出端Uct引入)；按限制min=min=30整定电流调节器ACR和反相器AR的限幅Uctm=Uctm，并按常规整定ASR的限幅U*im；以实验二相同的方法和步骤及其优化参数检查、整定转速和电流调节器，以及反馈系数、；参数整定完毕，置给定为0，电机停止后，分断主电路。图53 触发单元面板3为便于调试，单独画出触发单元的面板如图5-3所示。调试中可由同步电压和锯齿波斜率测试点a、b、c，检查触发单元的同步和锯齿波斜率是否正常；以DG01单元的给定电位器和两个触发单元的移相电位器，调整触发特性使其如图5-2所示，并确保两组特性对称。 (三)环流的测试与分析1按附图1-5再次检查并完善接线，将“DG01”单元的极性开关S1拨向上方(正转)、阶跃开关S2拨向下方，正、反向给定设定至Un=U*nm。 2双踪示波器探头分别测试直流电流变换监测点路(DD06)单元BAI、BAII的输出UiI(负载电流与环流之和)和UiII(环流)。反转时则相反，即UiI为环流、UiII为负载电流与环流之和。经检查无误后依次闭合控制电路和主电路。3正向阶跃起动电机到给定转速直至稳定运行，由双踪示波器分别观察正组电流(近似环流？)和反组电流(环流)的波形并认真临模于图5-4。图54 空载时的负载电流和环流波形4调节负载给定使电枢电流Id=Idnom。再次由双踪示波器分别观察正组电流(负载电流与环流之和)和反组电流(环流)的波形并认真临模于图5-5。讨论、分析步骤3、4所测电流波形之异同。图55 带载时的负载电流和环流波形5将阶跃开关S2、极性开关S1依次拨向下方，待电机停转后反向阶跃起动电机到给定转速直至稳定运行，由双踪示波器分别观察正组电流(环流)和反组电流(负载电流与环流之和)，并分析、讨论之。6 *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。)7依次将阶跃开关S2拨向下方，极性开关S1拨向上方，待电机停转后切除主电路。(四)起动过渡过程和正、反向切换1负载给定为0，接好双踪示波器。2闭合主电路，阶跃起动电机，观察正向空载突加给定起动时的电流Id和转速nn的过渡过程曲线，并认真临模于图5-6。图56 突加给定起动时的过渡过程曲线空载 带载3将阶跃开关S2拨向下方，待电机停止后调节负载给定到一个值，阶跃起动电机，观察正向带载突加给定起动时的电流Id和转速nn的过渡过程曲线，并认真临模于图5-6。4将极性开关S1直接由正向给定拨向反向给定，由双踪示波器观察带载正、反向切换过渡过程的电流和转速曲线，并认真临模于图5-7。也可断开负载，将极性开关S1直接由正向给定拨向反向给定，由双踪示波器观察空载正、反向切换过渡过程的电流和转速曲线(带载和空载可自选其一)。图57 自然环流可逆直流调速系统的正、反向切换过程5稳定运行状态下，设定负载在恒转矩模式下为额定转矩，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，反复切换(适当保持时间间隔)，由双踪示波器观察突加、突卸负载时的电流和转速的过渡过程。6*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。)7实验完毕，停止电机，依次分断主电路、控制电路，最后，分断总电源。六、思考题1何为环流？可逆系统中环流分哪些种类，是如何产生的？2为什么可逆系统采用=的配合控制，能将系统的直流平均环流遏制为零？=的配合控制系统为何仍存在瞬时脉动环流？3可逆系统的脉冲触发单元，其触发特性的线性度较差或正反两组触发单元的对称性不好，将对系统产生什么影响？4自然环流可逆直流调速系统中，反向器DC01单元有什么作用？如果其比例系数不是“-1”或有偏差，对系统将产生什么样的影响？5自然环流可逆直流调速系统中，将移相脉冲整定为(差值很小)，为什么能确保直流平均环流为零？，此时对于系统零位，即给定U*n=0时，两组整流装置将处于什么状态？试分析“=工作制的自然环流可逆直流调速系统”的优缺点。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1-5 自然环流可逆直流调速系统实验五 电压频率协调控制异步电动机变频调速系统一、实验目的1熟悉“电压频率协调控制异步电动机变频调速系统”的组成及其工作原理。2进一步了解实验系统主要组成单元的原理及其基本调试方法。3分析“转速开环的电压源型异步电动机变频调速系统”的起、制动控制及其过渡过程。二、实验内容1“实验系统”的接线与静态调试。2“电压频率协调控制异步电动机变频调速系统”的静态特性研究。3“电压频率协调控制异步电动机变频调速系统”正、反向起、制动过渡过程的实验研究。4“电压频率协调控制异步电动机变频调速系统”的抗干扰性研究。三、实验设备与仪器1实验台主体（主控制箱）及其主控电路、转速变换（BS ）、电流检测变换（DD06）、电压检测变换单元（DD09）以及负载控制器单元（DD07）。2触发电路挂箱II(DST02)及IPM主电路挂箱(DSM02)3给定挂箱(DSG02)及调节器挂箱II(DSA02)4控制器挂箱I(DSC01) 6鼠笼转子异步电动机 + 磁粉制动器+旋转编码器机组。7慢扫描双踪示波器、频率计、数字万用表等测试仪器四、实验电路的组成“转速开环的电压源型异步电动机变频调速系统”是交流变压变频（VVVF）调速系统的基础实验之一，其组成框图如图61所示，具体接线见附图4。如图所示，系统由“DG01”、“DC04”、“DC05”、“DC06”、“DA04”、“DA03”、“DA06”、“DT05”和转速变换电路（DD02）、电流检测及变换（DD06）、电压检测及变换单元（DD09）以及主控电路、负载给定单元（DD07）、鼠笼转图4-1 转速开环的电压源型异步电动机变频调速系统的组成框图子异步电动机 + 磁粉制动器 +旋转编码器机组组成。五、实验步骤与方法（一）实验电路连接、检查及静态参数整定。1本实验系统所使用的单元环节，与实验五基本相同，只是增加了电压调节器AVR（DA04）、电流调节器ACR（DA03）和通用调节器AGR(DA06)三个单元环节。AVR、ACR和AGR的调试方法和要点见(DSA02)挂箱使用说明的相关内容，其中AVR按正常整定限幅，ACR、AGR的输出限幅直接取电源电压或8V以上，即取UCVmUCFm8V（为什么？）。2按附图4连接系统，“状态切换”置“交流调速”档 ；检查各调节器的给定、反馈、限幅以及输出极性（包括AGR）是否符合要求，并将反馈系数、调至最大；给定单元（DG01）的极性开关、阶跃开关拨向上方，置正、负给定为0；负载给定置0；经实验指导教师检查认可后，闭合合总电源，检查各指示灯状态，确认无异常后开始以下步骤。3先不接AVR、ACR、GFC以及低频补偿（DC06）四个单元（即将此四个单元暂时短接，DT05单元的输入UKV、UKF直接由DC04单元的“U*”端引入），闭合控制回路（左下面板控制按钮ON），确认无异常后同实验五的方法完成三相正弦脉宽控制器（SPWM）的参数整定： 增加给定至U*n=U*nm=U*nnom=8V，用万用表检查（DT05）单元测试点VC的电压，并微调面板电位器RPV整定到UC=UVC=6.4V； 用频率计或示波器检查测试点FC及其频率fFC，并微调面板电位器RPF精确整定到fFC256f1NOM2565012800 Hz，若直接由（DC06）单元的三位数码管读取（SPWM）输出频率，频率为f1NOMfFC25650 Hz；用频率计或示波器检查测试点TC的三角波及其频率，并微调面板电位器RPT整定到fTC160f1NOM160508000（Hz），即取载波比160；用示波器检查三相（SPWM）驱动输出UM1、VM1、WM1（UM2、VM2、WM2依次反相）的波形、频率和相序，应正确无误。4（DT05）单元参数整定完毕后，恢复给定至U*n= 0V，分断控制回路，按附图4恢复接入ACR、AGR二个单元（两者均取1 ：1的比例状态），继续短接AVR和低频补偿（DC06）单元（ACR的输入直接由DC04单元的“U*”端引入），即先不接AVR并设定为无“低压补偿”控制。5依次闭合控制回路、主电路，缓慢增加给定起动电机，直至U*n= U*im（AVR限幅值），并观察运行情况，若有异常，立即按下急停按钮；电机转速稳定后，逐步增加给定并调节（减小）电流反馈强度直至T GT G m（T G nom、T G m等参数同实验四表41或由实验室提供 凡“同实验或由实验室提供”的参数，指实验已测量过，学生未选实验时由实验室提供。），锁定此时之电流反馈系数。最后，恢复给定至U*n= 0V，待电机停止后，断开主电路电源。6按附图4恢复接入AVR（按设计参数组成PI调节器）；闭合主电路，缓慢增加给定，直至U*n= U*nm=8V；读取任一相定子电压，调节（减小）电压反馈强度直至USUSnom ，同时满足T GT G nom、nn nom，（为什么？）锁定电压反馈系数；最后恢复给定至U*n= 0V，待电机停止后，断开主电路电源，负载给定置0（二）系统静态特性测试1保持无低频补偿状态，缓慢增大给定至 U*n 8V、nn0 并保持之；逐步增加负载给定 使负载转矩TG 在“0 TGnom TGm” 之间，分别读取五组转速 n 和转矩TG，并计算转差率S（n0n）n0和负载转矩比 T*G TG TGm； TG 略大于TGm 后，注意观察转速 n 和转矩 TG 的变化，并读取堵转时的负载转矩TGb以及计算堵转转矩比T*GbT Gb TGm ；数据录于表6，并缓慢减少给定至0，待电机停止后将负载给定置0。2缓慢增大给定 U*n 至（12）U *nm ，（ n？）；重复步骤1，分别读取五组转速 n 和负载转矩TGb 、堵转转矩比T*Gb，计算转差率S（ n0n ）n0 和转矩比 T*G TG TGm、T*GbTGb TGm 录于表41。表41 转速开环的电压源型异步电动机变频调速系统的静态特性实验数据U *nU*n U*nnom （V）U*n（12）U*n nom （V）无低频补偿TG（N.m）0TG1TGnomTG3TGmTGb0TG1TGnomTG3TGmTGbT*Gn（rmin）n0(S0)n1(S1)nnom(Snom)n3(S3)nm(Sm)0n0( S0 )n1 ( S1 )n2 ( S2 )n3 ( S3 ) nm( S m )0S带低频补偿TG（N.m）0TG1TGnomTG3TGmTGb0TG1TGnomTG3TGmTGbT*Gn（rmin）n0(S0)n1(S1)nnom(Snom)n3(S3)nm(Sm)0n0( S0 )n1 ( S1 )n2 ( S2 )n3 ( S3 ) nm( S m )0STGm （N.m） 图42 转速开环的