《运动控制系统》实验指导书

《运动控制系统》实验指导书运动控制系统实验指导书．转速调节器ASR的调试（1）调节ASR的输出限幅值将ASR接成PI调节器（即5，6端接电容,可预置7μ），将Ug接到ASR的1端，零速封锁(DZS)的3端接到ASR的4端，零速封锁开关打到“解除”。接通“低压直流电源”，增加给定，调节ASR的RP1,RP2,使ASR的输出限幅值为±5V给定调到0，断开“低压直流电源”。3．主电路接线按图1接线。将电流表串联到电枢回路中，直流电动机接上励磁,。直流发电机接上励磁，发电机电枢并入1800Ω变阻器，电阻调到最大，然后再断开电阻与发电机的一个端子的连线，使其开路，即电动机空载。将Ublf接地。4.开环机械特性的测试（1）断开Ug到ASR的连线,将Ug直接接至Uct,Ug调至0,给定打到“正给定”。（2）检查：给定电位器应在在0位上，励磁电源开关应合上，发电机的电阻应断开，变阻器的旋钮逆时针旋到最大。（3）打开转速计（4）接通“低压直流电源”，按下主电路电源的“闭合”按钮，此时电动机应不转。如果此时电动机慢速旋转，说明触发电路的零位调得不准。慢慢调节偏移电压电位器，使转速恰好为0。接励磁电源接励磁电源直流电流表接励磁电源G1800Ω严禁将变阻器的电阻调到0L+-UdId图1主电路UblfUblf（5）慢慢增加加给定信号,同时密切观察电流表和转速计,(电流不得超过电动机的额定电流1.1A),此时,转速应慢慢上升.(如果电流超过了0.2A,电动机仍不转,此时应立即将给定调到0,断开电源,检查电动机是否加上了励磁.)。将转速调到1600r/min,记录整流装置输出电压Ud,输出电流Id以及被测电动机转速n。填入表1第一列。(6)迅速接入发电机的负载电阻，此时电动机的电流应略有增加，调节变阻器旋钮，慢慢减小负载电阻（即加大电动机的负载），密切观察电流表，在空载至额定负载的范围内测取7～8点，读取整流装置输出电压Ud,输出电流Id以及被测电动机转速n。填入表1。（7）将给定电位器逆时针旋到头（Ug=0），切断主电路电源和控制电路电源。表2-1开环机械特性的测试Id(A)0.30.40.50.60.70.80.9Ud(V)n(r/min)5．转速负反馈无静差调速系统的调试与系统静特性研究++-+-+-15V++TG+C1~G+-图2单闭环系统原理图-15V+15V（1）反馈系数和反馈极性的确定a.断开Ug到ASR的连线,将Ug直接接至Uct,Ug调至0,给定打到“正给定”。将转速计的“转速输出”接到FSB(速度变换器)的1、2端断开直流发电机的负载电阻（即直流电动机空载）合上“低压直流电源”，合上励磁电源开关，合上主控制屏的绿色按钮开关。慢慢调节给定旋钮，电动机空载起动，同时密切观察电流表和转速计（如果电流达到了0.2A时,电动机仍不转,此时应立即将给定调到0,断开电源,检查电动机是否加上了励磁.）使转速达到1600r/min,用万用表测量FBS的3、4端的输出电压，调节FBS上的电位器RP使3、4端的输出电压等于2V，同时记下电压的极性，此时应该3端为正，4端为负（若极性不对，应对换1、2两端的接线），以保证组成转速负反馈。将给定旋钮逆时针旋到0，切断主电源和控制电路电源。(2)组成闭环将ASR的5、6端接MEL——11电容器，可预置7µF，使ASR成为PI(比例—积分)调节器。ASR的RP3、RP4逆时针旋到头。断开G(给定)和Uct的连接线，将Ug接到ASR的给定输入端（1端），给定打到“负给定”，ASR的输出（3端）接至Uct。接入转速负反馈，组成闭环系统：FSB的3端接ASR的2端，FSB的4端接地。检查：给定应在在0位上，励磁电源应合上，发电机的电阻应断开，变阻器的旋钮逆时针旋到最大。接通控制电路电源和主电路电源，慢慢增加给定Ug，将Ug调到2V,读取转速表，看看是否为1600r/min,若不对，应微调FBS的电位器RP，直到转速指示为1600r/min。(3)静特性测试：a.记录Ug=2V空载时的电枢电流Id，整流装置输出电压Ud,以及被测电动机转速n。填入下表2第一列。b.迅速接入发电机的负载电阻(1800Ω)，此时电动机的电流应略有增加，调节变阻器旋钮，慢慢减小负载电阻（即加大电动机的负载），密切观察电流表（电流不得超过1.1A,最好不要超过1A），在空载至额定负载的范围内测取7～8点，读取整流装置输出电压Ud,输出电流Id以及被测电动机转速n，填入表2。表2转速负反馈无静差调速系统的系统静特性测试Id(A)0.30.40.50.60.70.80.9Ud(V)n(r/min)（13）测试完毕后，将给定旋钮旋到0，断开主电路电源及控制电路电源。将发电机的负载电阻断开。六、实验报告1．简述转速反馈系数α的整定步骤。2．绘制实验所得开环机械特性及闭环静特性曲线，并进行分析、比较。实验三双闭环晶闸管不可逆直流调速系统一、实验目的1．加深对双闭环不可逆直流调速系统原理的理解，掌握系统组成及各主要单元部件的原理和调试方法。2．掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试原则和调试步骤，提高综合分析问题和解决问题的能力，提高实际动手操作能力。二、实验内容1．各控制单元调试。2．电流反馈系数及转速反馈系数的整定。3．按照双闭环系统的调试原则进行系统调试。4．系统静特性和动特性的测试。三、实验系统组成及工作原理图1双闭环晶闸管不可逆直流调速系统由电流和转速两个调节器综合调节，由于调速系统调节的主要量为转速，故转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可抑制电网电压波动对转速的影响，实验系统的组成原理图如图1。图1系统工作时，先给电动机加励磁，改变给定电压的大小即可方便地改变电机的转速。ASR，ACR均有限幅环节，ASR的输出作为ACR的给定，利用ASR的输出限幅可达到限制起动电流的目的，ACR的输出作为移相触发电路的控制电压，利用ACR的输出限幅可达到限制和的目的。四、实验设备及仪器1．MCL系列教学实验台主控制屏。2．MCL-31组件。3．MCL—33组件或MCL—53组件。4．MEL-11挂箱。5．MCL—03三相可调电阻。6.电机导轨及测速发电机、直流发电机M01。7．直流电动机M03。8．双踪示波器。9．万用表五、注意事项1．三相主电源连线时需注意，不可接错相序。2．电源开关闭合时，过流保护、过压保护的发光二极管可能会亮，只需按下对应的“复位”按钮即可。3．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。4．起动电机时，需把发电机的外接电阻断开，以免带负载起动。5．改变接线时，必须先切断电源，同时使系统的给定为零。6．进行闭环调试时，若电机转速达最高速且不可调，应检查转速反馈的极性是否接错，紧急时候，直接断开总电源开关的“断开”红色按钮。7．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位(只用一根地线即可)，以免造成短路事故。8．电动机起动之前，一定要先加励磁。9．触发脉冲的观测孔不得用导线与晶闸管的门极相连。六、实验方法及步骤（一）双闭环调速系统调试原则(1)先部件，后系统：即先将各单元的特性调好，然后才能组成系统。(2)先开环，后闭环：即使系统能正常开环运行，然后在确定电流和转速均为负反馈时才可组成闭环系统。(3)先内环，后外环：即先调试电流内环,然后调转速外环。（二）系统部件的调试调试方法与实验一相同，现简述如下：触发电路的调试：观察触发脉冲的相序：用示波器观察MCL—33的六个脉冲观察孔，应有双窄脉冲，且间隔均匀，幅值相同；1号孔的脉冲应比2号孔超前60度，2号孔的脉冲应比3号孔超前60度，……。若相序不对，应首先调整相序。将Ug与Uct相连，给定电压调到0，用双踪示波器同时观察MCL-33板上的U相同步信号和1号孔触发脉冲,调节偏移电压电位器，使α略大于90°(注意:同步信号30°的点为自然换向点,即α=0°的点)。将Ublf接地，用示波器观察每只晶闸管的控制极、阴极，应有幅度为1～2V的双脉冲。ASR的调试：将ASR接成PI调节器，并将其输出限幅值调到±3V，RP3,RP4电位器逆时针旋到头，使放大倍数最小。ACR的调试：(1)调整输出正负限幅值“9”、“10”端接MEL-11挂箱电容（7μ），使调节器为PI调节器，加入一定的输入电压，调整正负限幅电位器，使输出最大值为±5V。（2）调节ACR的比例放大倍数，使其在1左右。（三）电流环的调试1.电流环的开环调试电流反馈极性及反馈系数β的确定：a.主电路按图2接线。电动机暂不加励磁。b.控制电压Uct由给定器Ug直接接入，Ug调在0位上，打到“正给定”LB1B2M图2电流反馈系数的确定Idc.慢慢增加给定信号，密切注视电流表，将电流调到1.2A(即Idm=1.1IN=1.2A),用万用表的电压档测量“FBC+FA”单元的电流反馈信号端ILB1B2M图2电流反馈系数的确定Id2.电流环的闭环调试（主电路如图2）将ACR接成PI调节器,将电流反馈信号If接到ACR的1端，给定信号接到ACR的3端，ACR的输出7端接Uct，电流环闭环。给定打到＂负给定＂，逆时针旋到０。接通控制电路电源和主电路电源，电动机暂不加励磁,慢慢增加给定信号（负给定），密切注视电流表，将电流调到1.2A，此时给定应为-３V。如果该关系不正确且相差很大，说明电流反馈系数β未整定好，此时应再调整电流反馈电位器RP1(FBC+FA单元)，使其满足上述关系。（四）系统的开环运行及转速反馈极性和反馈系数的确定主电路按图3接线控制电压Uct由给定器Ug直接接入，Ug调在0位上，打到“正给定”，直流发电机所接负载电阻Rg断开（即为空载）。将转速计的“转速输出”接到FBS(速度变换器)的1、2端接通“励磁电源”，接通“低压直流电源”，闭合主电路电源。此时电动机应不转。如果此时电动机慢速旋转，说明触发电路的零位调得不准。慢慢调节偏移电压电位器，使转速恰好为0。接励磁电源接励磁电源直流电流表严禁将变阻器的电阻调到0接励磁电源G1800ΩLB1B2Rg图3主电路接线图慢慢增加给定信号，电动机起动，使转速达到1600rpm用万用表测量FBS的3、4端的输出电压，调节FBS上的电位器RP,使3、4端的输出电压为2V，同时记下电压的极性，此时应该3端为负，4端为正（若极性不对，应对换1、2两端的接线），以保证组成转速负反馈。给定调到0，切断电源。(五)双闭环的调试1.调试方法（1）系统按图4接线，组成双闭环直流调速系统。将给定打向正给定，并逆时针调到0；发电机与负载电阻先断开，即电动机空载。（2）接通控制电路电源，合上励磁电源，合上主电源（3）慢慢增加给定，启动电动机，观察电流表和转速计。若稍加给定，电机转速即达最高速且调节Ug不可控，可能是反馈极性接反，或转速负反馈根本没加上。此时应检查原因。（4）将给定电压调到2V，转速应在1600rpm左右，微调FBS(速度变换器)的电位器RP，使n=1600rpm.2．系统特性测试(1)闭环静特性n=f(Id)的测定a．调节转速给定电压Ug，使电机空载转速至1600r／min，记下此时的电流和转速，填入下表第一列。b.接入发电机负载电阻Rg，慢慢调节变阻器，在空载至额定负载范围内分别记录7—8点，可测出系统静特性曲线n=f(Id)表1闭环静特性的测定Id(A)0.30.50.60.70.80.9n(r/min)将给定电位器调到0，切断电源。(2)闭环控制特性n=f(Ug)的测定a.电动机空载，即将发电机的电阻断开。b.调节Ug，读取转速n，即可测出闭环控制特性n=f(Ug)，填入表2.表2闭环控制特性的测定Ug(V)0.40.81.21.62.0n(r/min)3．系统动态波形的观察用二踪慢扫描示波器观察动态波形，用光线示波器记录动态波形。在不同的调节器参数下，观察记录下列动态波形：(1)突加给定起动时，电动机电枢电流波形和转速波形。(2)突加0.8A负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。(3)突降负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。注：电动机电枢电流波形的观察可通过ACR的第“1”端,转速波形的观察可通过ASR的第“1”端。七、实验报告1．根据实验数据，画出闭环静特性曲线，并计算静差率。2．根据实验数据，画出闭环控制特性曲线。3．绘制由示波器记录下来的动态波形，并进行分析。图4闭环系统接线图A图4闭环系统接线图A1800Ω严禁将电阻调到0实验四双闭环可逆直流脉宽调速系统一、实验目的1．掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理。2．掌握直流PWM专用集成电路SG3525的组成、功能及测试方法。3．掌握H型PWM变换器的组成和工作原理。4．掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。5．学会系统的静、动态性能的测试方法。二、实验内容1．PWM控制器SG3525性能测试。2．各控制单元的调试。3．系统的开环调试。4．系统的闭环调试。5．系统静态、动态特性的测试。三、实验系统的组成和工作原理TATAU-UiASRACRUPWDLDGDPWMFAGM＋＋TGM图4-1双闭环脉宽调速系统的原理图在中小容量的直流传动系统中，采用自关断器件的脉宽调速系统比相控系统具有更多的优越性，因而日益得到广泛应用。双闭环脉宽调速系统的原理框图如图4-1所示。图中可逆PWM变换器主电路系采用MOSFET所构成的H型结构形式（图4-2），UPW为脉宽调制器，DLD为逻辑延时环节，GD为MOS管的栅极驱动电路，FA为瞬时动作的过流保护。脉宽调制器UPW采用美国硅通用公司（SiliconGeneral）的第二代产品SG3525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM控制器。由于它简单、可靠及使UVUVW413ABS1S3S2G1G2G3G4电流取样A严禁将变阻器的电阻调到0接励磁电源G1800ΩRg0043214132id2ULUsUsUAB112012id10Ub1T0Ub4ttttontUb2Ub31图4-3双极式PWM变换器电压和电流波形=4\*DBNUM3四、实验设备及仪器1．MCL系列教学实验台主控制屏。2．MCL—18组件或MCL—31组件。3．MCL—10A组件。4．MEL-11挂箱。5．MEL—03三相可调电阻。6．电机导轨及测速发电机、直流发电机M01。7．直流电动机M03。8．双踪示波器。9．万用表。五、注意事项1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。2．接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容（预置73．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。4．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。5．起动电机时，发电机空载，以免带负载起动。6．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。7．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。8．实验时需要特别注意起动限流电路的继电器有否吸合，如该继电器未吸合，进行过流保护电路调试或进行加负载试验时，就会烧坏起动限流电阻。六、实验方法及步骤1．SG3525性能测试（1）用示波器观察“1”端的电压波形，记录波形的周期、幅度。（2）用示波器观察“2”端的电压波形，调节RP2电位器，使方波的占空比(ton/T)为50%。（即为系统的零点，即给定为0时，方波占空比为50%，UAB=0）（3）用导线将给定单元“G”的“1”和脉宽调制器“UPW”的“3”相连，分别调节正负给定，记录“2”端输出波形的最大占空比和最小占空比。2．控制电路的测试（1）逻辑延时时间的测试tt00ub2tdtdub1图4-4死区延时时间示意图在上述实验的基础上，分别将正、负给定均调到零，用示波器观察tt00ub2tdtdub1图4-4死区延时时间示意图（2）ASR和ACR的调试ASR的调试（方法同实验一、二）（a）反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小；（b）“5”、“6”端接入MEL—11电容器，预置5～7μF；（c）调节RP1、RP2使输出限幅为±2.5V。ACR的调试（方法同实验一、二）（a）反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小；（b）“9”、“10”端接入MEL—11电容器，预置5～7μF；(c)ACR的输出限幅值调到±3.5V。3．系统的开环调试（1）系统的开环运行a.主电路按图4-2接线，电动机加励磁，电动机空载。b.分别将“隔离驱动”的G端和主回路相应的G相连c.将正、负给定均调到零，用导线将给定单元“G”的“1”和脉宽调制器“UPW”的“3”相连，d.接通直流电机励磁电源,控制电路加电，主电路加电，此时电动机应不转（若不对，说明系统零点调得不准，需重新调整）。e.分别调节正负给定旋钮，观察电动机的正反转是否正常（额定转速为1600r/min）f.给定旋钮调到0，断开主电路电源，断开控制电路电源。（2）电流反馈系数的调试a．电路接线同上，电动机暂不加励磁b．将正、负给定均调到零，合上主控制屏电源开关。c．慢慢调节正给定，密切观察电流表，使电流达到1A（不要超过1A），此时调节电流反馈“FBA”单元的电位器，使电流反馈电压Ufi(“9”和“8”端)等于d．将给定调到0，断开主电路电源，断开控制电路电源。（3）速度反馈系数的调试电路接线同上，电动机加上励磁。转速计的输出接FBS的“1”、“2”端。b．将正、负给定均调到零，控制电路加电，主电路加电。c．慢慢调节正给定，电动机开始升速，使电动机转速达到1600r/min，调节“FBS”的电位器RP1，使速度反馈电压（FBS的“3”、“4d．将给定调到0，断开主电路电源，断开控制电路电源。（4）开环机械特性的测试电路接线同上，电动机加上励磁。电动机空载。加正给定，慢慢调节正给定旋钮，电动机开始升速，使电动机转速达到+1500r/min，记录电动机两端电压Ud,输出电流Id以及被测电动机转速n。填入表1第一列。c.迅速接入发电机的负载电阻，此时电动机的电流应略有增加，调节变阻器旋钮，慢慢减小负载电阻（即加大电动机的负载），密切观察电流表，在空载至额定负载的范围内测取7～8点，测取输出电流Id以及被测电动机转速n。填入表1。表1正转开环机械特性的测试Id(A)0.30.40.50.60.70.80.9n(r/min)d.正给定旋钮旋到0，电动机空载。e.加负给定,慢慢调节负给定旋钮，电动机开始升速，使电动机转速达到-1500r/min，记录输出电流Id以及被测电动机转速n。填入表2第一列。表2反转开环机械特性的测试Id(A)-0.3-0.4-0.5-0.6-0.7-0.8-0.9n(r/min)f.迅速接入发电机的负载电阻，此时电动机的电流应略有增加，调节变阻器旋钮，慢慢减小负载电阻（即加大电动机的负载），密切观察电流表，在空载至额定负载的范围内测取7～8点，测取输出电流Id以及被测电动机转速n。填入表2。4．系统的闭环调试（1）电流环的闭环调试将电流环闭环，具体方法：将电流调节器接成PI调节器，给定信号接ACR的“3”端，电流反馈“FBA”的“9”接ACR的“1”端，FBA的“8”与ACR的地相连，ACR的输出接UPW的“3”端,主电路不变。电动机暂不加励磁。“DZS”的“3”与ACR的“8”相连，“DZS”先打到“封锁”接通电源，“DZS”打到“解除”，慢慢调节正给定，密切观察电流表，使电流达到-1A，此时给定电压应为2.5V左右，若不对，应检查原因。若是因为电流反馈系数未调好，则应调节“FBA”的电位器RP1。给定调到0，断开主电路电源，断开控制电路电源。（2）转速环的闭环调试a.按图6-11a接线，组成双闭环直流调速系统。注意将电流反馈信号的地线与控制电路的地线相连。零速封锁电路打到“封锁”b.将给定打向正给定，并逆时针调到0；发电机与负载电阻先断开，即电动机空载。接通控制电路电源，合上励磁电源，合上主电源c.慢慢增加给定，启动电动机，观察电流表和转速计。若稍加给定，电机转速即达最高速且调节Ug不可控，可能是反馈极性接反，或转速负反馈根本没加上。此时应检查原因。d.将给定电压调到2V，转速应在1600rpm，若不对，微调FBS(速度变换器)的电位器RP，使n=1600rpm.e.给定调到0。将给定打到负给定，调节负给定电位器