运动控制系统一

1、 3-2 单闭环不可逆直流调速系统实验（SCR）一、实验目的(1)了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。(2)掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。(3)认识闭环反馈控制系统的基本特性。二、实验所需挂件及附件序号型号名 称备注1THMDK-3电源控制屏1台2MDK-08低压直流电源及给定组件1件3MDK-31直流仪表组件1组4MDK-62晶闸管主电路模块1块5EZT2-11功放电路模块I1块6EZT2-12功放电路模块II1块7EZT2-13功放电路模块III1块8EZT2-15 调节器I1块9EZT2-16 调节器II1块10EZT2-17电流反馈及过流保护1块11EZT

2、2-19可调电阻、电容模块2块12EZT2-18直流电压传感器模块1块13EZT3-20TC787触发电路模块1块14单相可调电阻箱1台15双踪示波器1台16万用表1只17机组一1台三、实验线路及原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“转速变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，

3、得到移相控制电压Uct，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。 图3-2 转速单闭环系统原理图图3-3 电流单闭环系统原理图在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器

4、”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压Uct，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。同样，电流调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。图3-4 电压单闭环系统原理图在电压单闭环中，将反映电压变化的电压隔离器输出电压信号作为反馈信号加到“电压调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相

5、控制电压Uct，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电压负反馈闭环系统。电机的最高转速也由电压调节器的输出限幅所决定。同样，调节器若采用P(比例)调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电压变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电压能稳定在一定的范围内变化。在本实验中 “调节器I”做为“速度调节器”和“电压调节器”使用，“调节器II”做为“电流调节器”使用；四、实验内容 (1)基本单元的调试。 (2)Uct不变时直流电动机开环特性的测定。 (3)Ud不变时直流电动机开环特性的测

6、定。 (4)转速单闭环直流调速系统。(5)电流单闭环直流调速系统。(6)电压单闭环直流调速系统（选做）。五、预习要求(1)复习自动控制系统(直流调速系统)教材中有关晶闸管直流调速系统、闭环反馈控制系统的内容。(2)掌握调节器的基本工作原理。 (3)根据实验原理图，能画出实验系统的详细接线图，并理解各控制单元在调速系统中的作用。 (4)实验时，如何能使电动机的负载从空载(接近空载)连续地调至额定负载?六、实验方法(1)单闭环调速系统调试原则先单元、后系统，即先将单元的参数调好，然后才能组成系统。先开环、后闭环，即先使系统运行在开环状态，然后在确定电流或转速均为负反馈后，才可组成闭环系统。 先调整

7、稳态精度，后调整动态指标。（2）低压电源接线将各个模块按照“3-4逻辑无环流可逆直流调速系统实验”实验模块布局图进行布局（不需要模块摘去就行）。从MDK-8上+15V，-15V，GND1引出3根线去TC787触发电路模块。三路功放（选取正桥作为功放电路，反桥摘去）的+24V，+15V，GND，Ulf各自短接在一起，从功放I引出+24V，+15V，GND到MDK-8上。对于剩余模块的所需低压电源部分按照电压大小，短接在一起，然后从靠近MDK-8的端口引线数根到MDK-8上。电压要一一对应。GND1和GND3要短接在一起，保证共地。将TCA787的端口VT1VT6对应接到正桥的功放电路中。实验导线

8、线选择最短长度。接线要有顺序，看起来工整。(2)TC787触发电路模块的调试 打开THMDK-3控制屏总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。将“电源控制屏”上输出可调端线电压（线与线之间电压）调至380V。从单线直流固定电源引线给MDK-08组件供电，从主电路电源可调端UVW与三相整流用变压器ABC对应连接，然后将三相同步信号abc对应加到TC787触发模块上。按下“启动”通电后，能够从TC787模块上标名测试端口观察锯齿波和三相同步电压信号。（可通过调节电位器RPa1、RPb1、RPc1改变三相同步信号的幅值大小，保持三相同步信号对称）。

9、将MDK-08上的“给定”输出Ug直接与TC787触发电路模块上的移相控制电压Uct相接，将给定开关S2拨到接地位置（即Uct=0），调节TC787触发电路模块上的偏移电压电位器RP2，用双踪示波器观察A相同步电压信号和VT1的输出波形，使=150°(注意此处的表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0°是从自然换流点开始计算，前面实验中的单相晶闸管电路的0°移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30°)。适当增加给定Ug的正电压输出，观测TC787触发电路模块的脉冲波形，此时通过切换模块上纽子开关应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。实验中

10、使用双窄脉冲。将正桥功放电路模块上的端口Ulf接GND，将功放电路的放大触发信号端口（端口G*、端口K*）对应加载到晶闸管主电路模块上。按照三相桥式全控整流线路进行晶闸管主电路的接线。 (3)控制单元调试 移相控制电压Uct调节范围的确定 直接将MDK-08上“给定”电压Ug接入TC787触发电路模块上移相控制电压Uct的输入端，机组I的电动机与发电机的励磁并联在一起，可调直流稳压电源调节到220V给励磁供电。三相全控整流输出端接机组一电动机电枢绕组。发电机电枢绕组接单相可调电阻箱，电阻调到最大。用转速测量线连接机组一测量端口与转速表。转速表所在挂箱需要用单相固定交流电源220V供电。实验导线

11、线选择最短长度。接线要有顺序，看起来工整。当给定电压Ug由零调大时，转速将随给定电压的增大而增大，当转速到达1500r/min时，给定电压应当为6V，如果不是6V，调节TC787模块电位器Rp2。使给定在6V时，电机转速在1500r/min。安全保证，调节过程中不可使电机转速过高。(4)Uct不变时的直流电机开环外特性的测定按图3-2的接线图接线（不接转速反馈），机组一电动机与发电机的励磁并联接直流220V电源。TC787触发电路上的移相控制电压Uct由MDK-08上的“给定”输出Ug直接接入，三相桥式全控整流电路负载接机组一电动机电枢绕组。直流发电机电枢绕组接单相可调电阻箱R，Ld用控制屏面

12、板上100mH，将给定的输出调到零。按下“电源控制屏”启动按钮，使主电路输出三相交流电源，将MDK-08挂箱给定电压拨到“正给定”，从零开始逐渐增加 “给定”电压Ug，使电动机慢慢启动并使转速 n 达到1200rpm。改变负载电阻R的阻值，使电动机的电枢电流从空载直至Ied。即可测出在Uct不变时的直流电动机开环外特性n = f(Id)，测量并记录数据于下表：n（rpm）1210114511081057995972890Id（A）1.812.723.274.04.95.36.5 (5)基本单元部件调试移相控制电压Uct调节范围的确定 直接将MDK-08上“给定”电压Ug接入TC787触发电路模

13、块上移相控制电压Uct的输入端，机组I的电动机与发电机的励磁并联在一起，可调直流稳压电源调节到220V给励磁供电。三相全控整流输出端接机组一电动机电枢绕组。发电机电枢绕组接单相可调电阻箱，电阻调到最大。用转速测量线连接机组一测量端口与转速表。转速表所在挂箱需要用单相固定交流电源220V供电。实验导线线选择最短长度。接线要有顺序，看起来工整。当给定电压Ug由零调大时，转速将随给定电压的增大而增大，当转速到达1500r/min时，给定电压应当为6V，如果不是6V，调节TC787模块电位器Rp2。使给定在6V时，电机转速在1500r/min。安全保证，调节过程中不可使电机转速过高。调节器的调零将“可

14、调电阻、电容模块”中电阻电容串接在一起，电容全打开，电阻调到30K，连接到调节器I的“6”、“7”两端,将“调节器I”所有输入端接地，再将电容部分用实验导线短接，使“调节器I”成为P (比例)调节器。用万用表的毫伏档测量调节器II“8”端的输出，调节面板上的调零电位器RP2，使之输出电压尽可能接近于零。将可调电阻、电容模块中电阻电容串接在一起，电容全打开，电阻调到30K，连接到调节器II的“8”、“9”两端,将“调节器II”所有输入端接地，再将电容部分用实验导线短接，使“调节器II”成为P（比例）调节器。用万用表的毫伏档测量调节器II的“10”端，调节面板上的调零电位器RP2，使之输出电压尽可

15、能接近于零。调节器正、负限幅值的调整 将短接电容的实验导线拔掉,使调节器I成为PI (比例积分)调节器，将“调节器I”的所有输入端的接地线去掉，将MDK-8的给定接到调节器I的“5”端。当加+5V的正给定电压时，调整负限幅电位器RP3，使之输出电压尽可能接近于0V；当调节器输入端加-5V的负给定电压时，调整正限幅电位器RP1，使调节器I的输出正限幅为6V。将短接电容的实验导线拔掉，使调节器II成为PI（比例积分）调节器，将“调节器II”所有输入端的接地线去掉，将MDK-08的给定输出端接到调节器II的“4”端，当加+5V的正给定电压时，调整负限幅电位器RP3，使之输出电压尽可能接近于零。当调节

16、器输入端加-5V的负给定电压时，调整正限幅电位器RP1，使调节器II的输出正限幅为6V。转速反馈系数和电流反馈系数的整定 电流反馈系数的整定 按照三相桥式整流进行接线，负载接机组一直流电动机串直流电流表（电动机与发电机励磁接并联接直流220V），机组一发电机电枢接单相可调电阻箱，电阻箱调到最大阻值。将MDK-08挂箱给定电压Ug接入“TC787触发电路模块”移相控制电压Uct的输入端，在电流反馈与过流保护的TA1-TA3对接到控制屏上相应位置后，调节给定，使电机转速达到1500r/min,减小电阻箱阻值，电流表数值增大，到达5A左右，调节“电流反馈与过流保护”上的电流反馈电位器RP1， “电流

17、反馈与过流保护”的“2”端电流反馈电压Ufi=6V。这时的电流反馈系数为=Ufi/I=6/5=1.2。转速反馈系数的整定在电机转速达到1500r/min时，将转速反馈(转速表下方两个3号弱电柱端口)接到调节器I的端口3和端口4，3接负，4接正。调节“调节器I”上的转速反馈电位器RP4，使得n =150Orpm时，调节器I的端口2（转速反馈电压）输出为Ufn=-6V，这时的转速反馈系数 =Ufn/n =0.004V/(rpm)。电压反馈系数的整定做开环实验，MDK-08挂箱给定电压与“TC787触发电路模块”端口Uct直接相连，使电机转速达到1500rpm,用万用表测量电动机电枢绕组两端电压，得

18、到电压值Ud。将控制屏上的直流可调电压源调到Ud,接到直流电压传感器的“1、2”端，用直流电压表测量电压隔离器的输入电压Ud，根据电压反馈系数=6V/Ud，调节电位器W使电压隔离器的输出电压恰好为Ufv=6V。(5)转速单闭环直流调速系统按图3-2完全接线，在本实验中，MDK-08上的“给定”电压Ug为负给定，转速反馈为正电压，将“调节器I”接成PI（比例积分）调节器。直流发电机接单相可调电阻箱负载R，Ld用控制屏面板上100mH，给定输出调到零。直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压Ug，使电动机的转速接近n=l200rpm。 由小到大调节直流发电机负载R，测出电动机的电枢电流Id，

19、和电机的转速n，直至Id=Ied，即可测出系统静态特性曲线n =f(Id)。n（rpm）1200120012001200120012001200Id（A）2.192.503.003.504.004.505.00(6)电流单闭环直流调速系统按图3-3接线，在本实验中，给定Ug为负给定，电流反馈为正电压，将“调节器II”接成比例（P）调节器或PI（比例积分）调节器。直流发电机接单相可调电阻箱（负载R），Ld用控制屏面板上100mH，将给定输出调到零。直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压Ug，使电动机转速接近n=l200rpm。由小到大调节直流发电机负载R，测定相应的Id和n，直至最大允许

20、电流(该电流值由给定电压决定)，即可测出系统静态特性曲线n =f(Id)。n（rpm）1200120012001200120012001200Id（A）1.812.002.503.003.504.004.50七、实验报告(1)根据实验数据，画出Uct不变时直流电动机开环机械特性。(2)根据实验数据，画出转速单闭环直流调速系统的机械特性。(3)根据实验数据，画出电流单闭环直流调速系统的机械特性。八、思考题(l)P调节器和PI调节器在直流调速系统中的作用有什么不同?P调节器使调速系统动态响应快，PI调节器使调速系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速，提高了稳态精度，进一步提高系统的稳定性

21、能。(2)实验中，如何确定转速反馈的极性并把转速反馈正确地接入系统中?调节什么元件能改变转速反馈的强度?反馈极性根据转速传感器的输出确定，接入系统时极性需要根据系统给定信号的极性及接入的位置来定，转速反馈信号一般接入转速闭环回路的输入端，可调节闭环回路的电阻来调节反馈的强度，上述指模拟闭环电路。(3)改变“调节器I”和“调节器II”上可变电阻、电容的参数，对系统有什么影响？ 1、双闭环调速应该是无余差调速系统，改变调节器参数应该影响他的动态特性和稳态特性。2、电流调节部级线圈之间增加一个活动铁芯作为磁分路分的称呼不同,前者称为电流调节器,以增加电抗、铁芯进去,则感抗增大电流后者称为电抗器。3、电容器，通常简称其容纳电荷的本领为电容，用字母C表示。定义1：电容器，顾名思义，是装电的容器，是一种容纳电荷的器件。英文名称：capacitor。电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于电路中的隔直通交，耦合