运动控制系统实验-(2)

《运动控制系统实验-(2)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《运动控制系统实验-(2)（42页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、运动控制系统实 验 指 导 书 主编：梁文坤 方昌始华南理工大学广州学院电子信息工程系二一一 年 三 月前 言晶闸管的出现，促进了运动控制系统的重大变革，晶闸管-直流电动机调速系统具有效率高、体积小、重量轻和无噪声的特点。因此，一经出现，就引起了人们的极大关注，并取代了直流发电机-电动机调速系统而用于生产实际。近二十年来，全控型电力电子器件日趋成熟，出现了采用GTR、IGBT和MOSFET等全控型功率器件的电气传动系统。而微型计算机技术和控制理论的应用更使电气传动系统的性能大大提高。高效率、高性能、高可靠性的电气传动系统已广泛用于冶金、矿山、交通、轻化、机械及建筑等领域。现代电气传动技术实质上

2、就是电能性质的变换技术。例如，整流器将交流电变换成电压可调的直流电供给直流电动机或其他负载；交-交或交-直-交变流器将交流电变换成电压和频率可变的交流电供电给交流电动机或加热设备；而UPS装置则将直流电变成工频的交流电供给用电设备；交流调压器将恒压的交流电变成电压可调的交流电供给调压设备。显然，电能的这种变换用到了电力电子器件；为使变换过程能按人们的要求来进行，于是就有了控制技术及控制电路。因此，实际的电气系统由三部分构成，即变流器（主电路）、控制电路和负载。其中，变流器由功率器件构成，用来变换电能，常为高电压、大电流，其功能有整流、逆变或开关之分。控制电路有模拟、数字和计算机之区别，用来对主

3、电路进行控制，按要求来协调速度指令与主电路和负载之间的关系。因此，要设计、调试和维护电气控制系统，就要熟悉和掌握系统三个部分的功能、特性与构成及根据控制要求有机地整合成一个完整的电气系统。这就需要有一定的基础知识和专业理论，同时须具备实际经验及实操技能。大学的前三年已学过了电路、模拟电子电路、数字电子电路、电机及拖动基础、电力电子变流技术和自动控制理论及相应的实验。这些课程仅可看作是运动控制系统中的某一单元，运动控制系统课对系统的控制原理及数学模型作了分析，但涉及到的系统结构与实际线路分析和调试的内容甚少，本实验课的目的就在于弥补这一不足。运动控制系统实验课作为自动化专业的主要实验课，其内容不

4、仅有单元部件的调试和测试，也有系统的调试和参数测试，更有波形观察和性能比较及PI参数计算。所需的理论不仅有运动控制系统等专业课、而且用到模拟电子电路等基础课的知识。而实操过程亦需要一定的实际经验和工程知识。因此，运动控制系统实验课所包含的各个实验是自动化专业中难度最大的实验，同学们必须认真对待。为保证实验的顺利进行并能获得满意的效果，每次实验都必须按实验课须知的要求来进行，尤其是“一、实验前”中的“1、”、“2、”和“3、”的要求。以前所编的运动控制系统实验讲义过份强调了步骤和测试方法，而对实操过程中的难点却未加注明。对“注意事项”的要点也未作说明，实验中可能出现的问题亦没有提示，本书都作了补

5、充。此外，实验系统的线路分析及波形观察方法，书中都作了详细介绍。在内容的安排上，保留直流部分的内容，以满足理论教学的需要，交流变频器调速实验的内容则有所增加，以适应运动控制系统的发展趋势，同时，又将继电控制用于变频器实验，使学生对工程上使用的电器技术有初步的了解。目 录 实验课须知4实验一 开环直流调速系统实验6实验二 单闭环直流调速系统实验11实验三 双闭环直流调速系统实验16实验四 逻辑无环流直流可逆调速系统实验22实验五 双闭环可逆直流脉宽调速系统实验28实验六 交流变频器实验33实验课须知运动控制系统实验课的目的在于培养学生掌握系统实践技能方面的基本测量与操作、调试方法、将理论知识应用

6、于实际系统，提高观察现象、分析问题和解决问题的能力。由于本实验设备结构复杂，所用单元部件较多，既有高电压、大电流的主电路和电机，又有低压小电流的触发与控制电路。因此，在实操过程中必须集中精力，态度认真，细心观察，以确保每一环节的顺利进行。为此，特要求学生必须做到：一、实验前1、认真阅读本书的有关实验内容，明确实验目的。2、复习相应课程的有关理论知识。3、掌握本次实验的内容、熟悉或拟定实验线路，明确实验步骤和方法。4、了解所用仪器设备的使用方法。5、牢记注意事项。6、分好实验小组，一般以三人为一组，定好小组长；列出实验人员的名单。7、指导教师要检查预习报告和分组情况。二、实验中1、遵守实验室的规

7、章制度，爱护设备、器材及工具，不随便动用与本次实验无关的一切用具。2、认真听取指导教师的介绍，并以小组为单位每人分好工，做到职责明确，协同工作。3、为确保安全，接线完毕后须认真检查，无误后方可通电。4、仔细观察实验过程中的各种现象，认真做好记录，并注意仪表的量程和读数。5、若须改换接线时，应先断开主电源，以免带电操作。6、发生事故应即切断电源，在未查清原因前不准再合闸。三、实验后1、做完实验，应将实验记录及所测数据交指导教师审阅，认可后方可结束本次实验。2、清理现场，拆除接线，主电路导线与控制电路导线应分别放置两个抽屉，并须摆放整齐。3、万用表断电后测量线应放置于表侧的线槽里，关闭示波器。4、

8、切断主控屏电源，关闭电灯，关好门窗。5、及时整理所测波形和数据。四、实验报告应根据实验目的、实验数据及在实验中观察和发现的问题，经分析研究，得出结论和体会。需要注意的是，由于理论分析往往带有一些假设条件，有时甚至忽略一些因素。而在实验是，这些假设条件便不存在了。所以很可能实验的结果与理论分析的结论并不完全一致，这是正常的，也正是需要实验者分析讨论的。实验报告应简明扼要，字迹清楚，图表整洁，结论明确。内容包括：1、实验名称、专业班级、组别、姓名和日期。2、列出使用仪器仪表和设备的名称、型号和规格。3、扼要写出实验目的、方法与步骤。4、绘出实验系统的线路图或原理框图。5、整理出相关的数据和图表，静

9、、动特性都须绘制对应的曲线图。6、波形图应准确、完整，并应标上时间变量，若波形较多，则可选择有代表性的或典型的波形绘在报告上。7、实验作业和报告须独立完成，不得互相抄袭，同小组的学生所写的报告，除所测数据及实验图可以相同外，报告的文字、语句不得一样。五、成绩评定方法本实验课的成绩分两部分记分：1、实践过程分，占40%。包括准时上课、预习、实操、数据、现场清理五个环节。2、报告与作业分，占60%。包括实验报告的质量、格式、波形及曲线图的准确度、所测数据及图表的合理情况、心得和体会等。六、预习不符合要求者不准参加实验。七、不按操作规程和实验步骤进行实验而导致仪器、设备损坏者，应停止其实验，并按情节

10、轻重予以处理。实验一 开环直流调速系统实验直流电动机具有良好的起动和调速性能，适合于转速比较高的场合、如轧钢机、造纸机、电梯及龙门刨床等需要调速范围宽、速度变化较为平滑的生产设备。早期的直流调速系统是采用直流发电机电动机进行调速控制的；在晶闸管用于工程后，出现了晶闸管直流调速系统，并在生产中得到了广泛使用。虽然十多年来，交流变频器发展很快，但直流调速系统在理论和工程应用上都比较成熟，而且从控制的角度来看，又是交流调速系统的基础。所以列出了五个直流调速系统实验，其中实验一和二为基础性实验，目的是使学生对调速系统有一个初步的认识；其他三个实验则为综合性的系统实验。一、实验目的1.熟悉调速系统的结构

11、及电气线路 。 2.了解直流调速系统的运行原理及工作过程。3.掌握系统的调试方法及步骤。4.学习系统特性的测试方法。二、预习要求1.模拟电子线路讲义中有关“运算放大器”的内容。2.电力电子技术基础课本中“2.5三相桥式全控整流电路”的内容。3.电力拖动自动控制系统课本中“2.1直流调速系统用的可控直流电源”的内容。4.弄清楚速度给定Un、直流控制电压Uct、晶闸管触发角、整流电压Ud及电动机转速n之间的变化关系。三、实验线路及系统原理图1-1所示为该实验系统的电气线路图。由图1-1a、b可知，该系统由直流电动机M、晶闸管整流桥、触发器、速度给定Ug及调节器ASR和零速封锁DZS构成。该系统的运

12、行过程是：三相交流电源加于整流桥的交流侧，速度给定电压加于ASR的输入端2，在ASR的输出端3得到控制电压Uc，经触发器变换成触发（控制）角，晶闸管在对应的角度下工作，交流电源变成直流电供电给电机而产生旋转；当Ug改变时，电机的转速随之变化。显然，一个合格的调速系统，其转速能随速度给定Ug而变；当Ug为零时，转速为零；当Ug为最大时，转速亦为最高。如何能满足这一关系呢？这就涉及到系统的调试问题。对于开环系统，亦就是Un、Uct、Ud和n的配合问题。理论课曾提及过这些变量的联系，而之间的数量关系应该是实验课的内容。本实验系统这五个变量的变化范围如下：Un (v) 0- -10 Uct (v) 0

13、- +5 (弧度) 90- 0Ud (V) 0-230(UN)n (转/分) 0-1500（r/min）上述的变化关系应当是线性的，这需要由调试来介决。因此这五个变量是否匹配好的关键就是系统调试，若系统未调试好，则电机无法正常运转，实验亦无法顺利进行。所以，必须重视系统调试工作。本次实验要解决的问题有：1.直流调速系统是如何调速的？2.为什么当电枢电流增大时，转速会下降？通过实验就能明白。其中触发角角度的调节是实验的难点。四、实验设备及仪表1.NMCL教学实验台主控制屏。2.NMCL33组件。3.NMEL03组件。4.NMC L18组件。5.直流电动机M03。6.电机导轨及测速发电机。7.双踪

14、示波器。8.万用表。五、注意事项1.直流电动机工作前，必须先加上励磁电源（主控屏下部的NMEL-18A单元）。2.本次实验使用的转速调节器ASR，其反馈网络端的5、6两点是用来接电容或电阻的。所以，开环系统实验时，要求ASR为比例调节器，故5、6两点用导线短接，否则ASR会因反馈网络的电阻无穷大而成为放大倍数无穷大的比例调节器。3.三相主电源连线时必须注意相序不可接错，否则主电路的晶闸管将无法正常触发导通。4.为防止电机起动时产生电流冲击，每次合主电源前，都必须将给定电位器RP2反时针旋到底，亦即速度给定为0V。5.测量电动机的机械特性时，电枢电流最大不得超过电机的额定电流（1A）.6.示波器

15、的两条测试线的地线是相连的，为防止短路，只能用其中的一条地线。六、实验内容1.系统接线。2放大器ASR调试。3.控制角=90调试。4.移相范围3090调整.5.系统运行观察。6.系统机械特性测试。七.方法与步骤1.接线。1）主电路（1）用三联导线将主控屏下部主电源插座U,V,W与NMCL-33挂箱中部的组晶闸管桥的交流侧三相电源插座相连（黄对黄、绿对绿、红对红）。（2）用导线将主控屏NMCL-001上的交流电压表（U）与主电源的U,V端相连。（3）晶闸管桥的+（红）端与直流电流表的+（红）端相连；表的-端与与电机M03的电枢A1相连；电枢的A2与电抗器（NMCL-331）下端相连；电抗器的*端

16、与桥的-（黑）端相连。（4）桥的+，-端与直流电压表的+，-端相连。（5）电机M03的励磁绕组F1，F2与直流电机励磁电源的+、-端相连，并应将电流表串入，以监视励磁电流。（6）将NMCL-331的RC与晶闸管桥的+、-两端相连，以稳定电机的转速。2）控制电路（1）给定（G）的Ug与ACR的3端相连，并将开关S1往下拨。（2）ACR的7端与NMCL-33上部的脉冲移相控制Uct相连。（3）NMCL-33挂箱中部的脉冲放大电路控制的Ub1f插座与地端相连。（4）NMCL-31中部的DZS的3端与ACR的8端相连，此外，将开关S3拨向“解除”一侧。（5）将NMCL-33上部的脉冲观察及通断控制的按

17、键放松（即脉冲通）。3）检查连线，无误后进入实验过程。2.放大器ACR调试。1）调整输出正、负限幅值（1）5、6两端短接.（2）给定G的开关S2往上拨，S1往下拨.（3）调节RP2,使-Ug慢慢增大，并用万用表测量ASR的3端应为正电压.（4）使-Ug为最大，此时3端的正电压应大于5V,用螺丝刀慢慢调节ASR的RP1，使3端的正电压等于+5V。(5)将给定的S1往上拨，调节RP1，使+Ug慢慢增大。按以上的步骤做，使3端的负电压等于-5V。2）测定输入输出特性。（1）ASR的5、6两端仍短接。（2）给定G的开关S2位于上侧，S1位于下侧。（3）调节RP2,使-Ug从0V、-1V、-2V、-3V

18、、-10V逐级增大。（4）测出对应的输出端电压，并分别填入表11中。 (5)将给定G的开关S1拨向上，并遂级调节RP1,得到对应的输出电压，填入表1-1.（6）将给定G的电位器RP1、RP2分别调为0V.表11 调节器ASR输入输出参数Ug(V)0-0.5-1-1.5-2-2.5-3-3.5-4-4.5-5Uct(V)Ug(V)00.511.522.533.544.55Uct(V)3控制角=90调试。（1）在保证ACR的输出为0V的情况下，用双踪示波器分别观察NMCL-33的脉冲观察孔1、2、3、6，每个孔应有双脉冲，且间隔均匀，幅值相同。（2）仍保持ASR的输出（即Uct）为0V，将示波器的

19、两条测试线的输入端分别连接到NMCL-33挂箱上部“同步电压观察”的U端和“脉冲观察及通断控制”的1端；示波器的地线与电路的公共地（黑端子）相连。（3）适当调节示波器的位移旋钮，使同步电压和脉冲波形稳定地显示在示波屏上，观察脉冲的相位应位于正弦波正半周的120的位置、即=90。若90则适当调节NMCL-33挂箱上的偏移电压调节电位器，使脉冲位于90。（4）在保证给定电压-Ug=0V的前提下，按下主电源合的按钮（绿色），再慢慢增大输入交流电压至相电压为130V（交流电压表读数）。若为U、N连接，则电压读数应为210V。（5）观察电动机M03是否在运转；若电动机低速旋转，则调节偏移电压电位器，使电

20、动机刚好不转，此时=90。反之，则反方向调节偏移电压电位器，使触发脉冲从90前移到=90。至此，=90的调节过程完成。（6）调节给定电位器RP2，慢慢增大-Ug值，则触发脉冲前移，电动机逐渐加速起动旋转。当转速超过1600转/分后，-Ug不再增大。调节ASR的正限幅电位器RP1，使脉冲位于同步电压正半波的60，即=30处。这样，移相范围的调节完成。（7）将给定电位器RP2反时针旋为零，待电动机转速为零后，再慢慢增大-Ug，直到最大值；同时测出对应的电机转速值，直到最高转速。将-Ug和nd代入表12。若-Ug与nd成线性关系，则说明系统运行正常。表12给定电压与转速的关系Ug(V)0nd(r/m

21、in)04.系统机械特性测试。1）高速特性参数测定。（1）在保证给定电压为零后，合主电源，并慢慢增大给定-Ug，电动机慢速起动，直到转速为1400转/分。读出电动机的电枢电流并与转速一同代入表13.（2）合上电动机的负载开关（NMCL-13挂箱下部的“突加负载”开关），再慢慢的顺时针调节电位器，即逐步增大负载，则电枢电流亦相应增加。同时读出对应的转速值，一同代入表13.直到电流等于1A为止。数据记录后，断开电动机负载，并将负载电位器反时针调为零 。表13 高速时的机械特性参数Id(A)0.10.250.40.60.70.80.910nd(r/min)1400Ud(V)U(V)2）低速特性参数测

22、定。(1)速度给定电位器RP2反时针旋转，电动机转速随之下降。当转速为600转/分时，速度给定不再变化。记录此时的电流和转速值，代入表14。（2）合上电动机的负载开关，并逐级增大负载，按高速特性的方法测出电流和转速值，并代入表14。（3）断开电动机的负载开关，速度给定电位器调为零，按下主电源的红色按钮，关闭系统。表14低速时的机械特性参数Id(A)0.10.250.40.60.70. 80.91.0nd(r/min)600Ud(V)U(V)八.实验报告1.实验目的、内容、原理框图，所用的仪器设备。2.给出所测的各种数据。3.在电压座标系上绘出调节器ASR的输入输出特性曲线，求出相应的比例放大系

23、数。4.在nd/Id座标系上绘出系统的机械特性曲线。5.依据表13的参数，求出满足S30%时的开环系统的调速范围Dk。6.为什么当电枢电流增大时，电动机的转速会下降，电枢电压又如何变化？7.叙述实验的体会。实验二 单闭环直流调速系统实验一、目的 1.熟悉单闭环直流调速系统的结构原理。 2.掌握系统的调试方法。 3.了解转速反馈的作用。 4.搞懂有差与无差的区别。5.系统性能比较。二、预习要求 1.比例积分调节器的概念。2.运动控制系统讲义2.3节的内容。三、实验线路及系统原理 图21为单闭环直流调速系统的接线原理图。由图可见，该实验系统是在实验1的开环系统基础上，增加转速反馈而成的。根据调节器

24、ASR的反馈网络端有否采用电容，又可分为有差和无差两种系统。为使控制电压Uct在0+5V之间变化，故速度给定还是用负电压，即-Ug。因此，转速反馈电压应为正极性，亦即+Ufn。系统在增设了转速负反馈后，转速特性有所提高。但要消除转速降，就必须采用PI调节器。本次实验需要解决两个问题，一是转速反馈电压，二是调节器的结构与转速特性。通过下面的实验就能明白，为什么采用转速负反馈和比例-积分调节器就能消除速降。四、实验设备及仪表 1.NMCL教学实验台主控制。 2.NMCL33挂箱。 3.NMcL18挂箱。 4.NMEL03挂箱。 5.直流电动机M03。 6.电机导轨及光电编码器。 7.双踪示波器。

25、8.万用表。五、注意事项 1.直流电动机工作前，必须先加上励磁电源。 2.主电源合闸前、即电动机起动前，必须先将速度给定调为零，否则电机的启动电流很大，会引起过流保护动作。 3.电机的最大电流不得超过1A，因为主电路的晶闸管的额定电流仅5安倍。六、实验内容 1.接线。 2.比例-积分调节器输出特性观察。 3.转速反馈电压值的调整。 4.单闭环有差系统的静特性测试。 5.单闭环无差系统的静特性测试。七、方法与步骤1.接线。 1）主电路的连线与实验1相同。 2）控制电路的连线是在实验1的基础上再增接几条线： （1）NMCL-13挂箱上部的转速输出的+端与速度变换器FBS的2端相连，-端与FBS的1

26、端相连。 （2）FBS的4端（公共端0）与电路的0端（黑色端子）相连。 （3）FBS的3端与ASR的7端的连线先不接。 （4）ASR的5、6两端点与NMCL-18挂箱下部的电容器组接线端子相连，电容可选7f左右。 2.比例-积分调节器输入-输出特性观察。 （1）将双踪示波器的两条输入线分别与ASR的输入端2，和输出端3相连。 （2）先将给定G的开关S2往下拨，再将电位器RP2顺时针旋转一定角度（约-0.5V）。 （3）将S2往上拨，观察ASR输入与输出的动态波形，并作记录。若输出端的积分波形不明显，则可适当调小负给定，积分的效果会明显的。 3.转速反馈值的调整。 （1）将ASR的5、6两端短接

27、，使之变为比例调节器。 （2）合主电源，慢慢起动电动机。当转速达到1500转/分时，给定不变。 （3）用万用表的直流电压档测FBS的3、4两端，并调节电位器RP,使两端的电压为+5V。 （4）若测出的电压为-5V，则需将FBS的2、1两端的接线调换。 4.单闭环有差系统的特性测试。 （1）将FBS的3端与ASR的7端相连。 （2）先将给定G的RP2旋为零，再合主电源，电动机有电。 （3）慢慢增大给定，电动机转速上升，直到nd=1400转/分，读取对应的电枢电流。 （4）合负载开关，逐级增大负载，读取对应的转速和电流值。代入表21。直到电流为1A，测出对应的转速。 表21单环有差系统高速特性Id

28、(A)0.10.250.40.60.70.80.91.0Nd(r/min)1400Ud(V)U(V) （5）断开负载开关，并将负载电位器调为最小。（6）慢慢减小速度给定-Ug,电动机转速随之下降，直到nd=600转/分时给定不再变动。读取对应的空载电流。（7）合负载开关，逐级增大负载，读取对应的转速和电流值，填入表22。直到电流为1A,并测出对应的转速。表22单环有差系统低速特性Id(A)0.10.250.40.60.70.80.91.0nd(r/min)600Ud(V)U(V)5.单闭环无差系统的特性测试（1）将ASR的5、6两端点的短接线拆去，使ASR成为比例-积分调节器。此外，速度给定调

29、为零，电动机的负载开关断开，并将负载电位器调为零。（2）合主电源，慢慢增大速度给定-Ug,电动机逐渐加速，直到转速达到1400转/分。记录对应的空载电流值。（3）合电动机的负载开关，并逐步增大负载，读出电枢电流及对应的转速值。直到电流Id=1.0A。将数据填入表23。 表23单环无差系统高速特性Id(A)0.10.250.40.60.70.80.91.0nd(r/min)1400Ud(V)U(V)（4）断开负载，并将负载电位器调为零。（5）慢慢减小速度给定-Ug,电动机转速随之下降。直到nd=600转/分，记录对应的电枢电流值。（6）合电动机的负载，并逐级增大负载，电枢电流亦逐渐增加，直到Id

30、=1.0A。将数据填入表24。 表24 单环无差系统低速特性Id(A)0.10.250.40.60.70.80.91.0nd(r/min)600Ud(V)U(A)（7）断开负载，并将负载电位器调为零。（8）将速度给定调为零，断开主电源。6.核对所测数据，无误后可结束本次实验。八、实验报告1.实验目的、内容、原理框图，所用仪器设备。2.给出所测的各种数据。3.绘出PI调节器输入-输出的特性曲线。4.绘制有差系统和无差系统的静特性曲线，并进行性能分析与比较。5.依据表21和表22的数据，求出单闭环有差系统满足静差率S30%时的调速范围。6.无差系统为什么能消除转速降？而有差系统又为何无法消除速降？

31、7若本系统转速反馈电压的极性变为负电压，则系统的运行会出现什么情况？这种反馈变成什么反馈？8为什么开环系统在加入转速负反馈电压后，系统的空载转速会下降？9实验过程有何体会？实验三 双闭环直流调速系统实验一、目的 1.了解双闭环直流调速系统的结构与工作原理。 2.熟悉比例积分调节器的调试方法。 3.掌握双闭环系统的调试步骤和方法。 4.学习系统特性参数的测试。 5.系统性能的比较。二、预习要求 1.模拟电子技术讲义中有关运算放大器及比例积分调节器的内容。 2.运动控制系统讲义第2章2.3和第3章的内容。 3.区分开环、单环和双环系统结构上的差异与运转特性的不同。三、实验线路及系统原理图31所示为

32、双闭环直流调速系统电路原理图。由图31可知，系统由速度给定G、调节器ASR和ACR、速度反馈FBS和电流反馈FA、脉冲放大与控制、主电路、直流电动机及零速封锁器DZS等组成。因此，该系统由电流内环和转速外环构成双闭环速度控制系统，两个调节器ASR和ACR均为比例-积分形式；电流反馈信号取自主电路的交流互感器，速度反馈信号从测速编码器取得，并与速度给定和电流给定相比较，从而分别控制电机的转速和电枢电流。因此。双闭环系统具有良好的静态和动态特性。理论课对双闭环系统的控制原理及特性计算作了介绍，这里要解决的是实际系统的调试及性能测试。系统调试的内容有：调节器的测试、反馈量的整定、主电路的检验等；性能

33、测试有静特性曲线及动态波形观察；需要整理的数据和波形亦很多。所以，本次实验的内容及步骤较多，涉及的概念也很重要。本次实验的难点是：1.电流反馈值的确定，2.动态波形的观察和记录。四、实验设备及仪器1.NMCL教学实验台主控制屏。2.NMCL33挂箱。3.NMCL03挂箱。4.NMCL18挂箱5.直流电动机M03.6.电机导轨及测速发电机。7.双踪示波器。8.万用表。五、注意事项1.三相主电源连线时需注意相序不可接错。2.调节器调试时，可不用合主电源开关。3.改变接线时，必须先断开主电源，并使速度给定为零。4.在系统构成双闭环之前，每此起动电动机前，都必须将速度给定调为零，并断开电动机的负载开关

34、。六、实验内容1.系统连线。2.电流调节器调试。3.开环系统运行。4.电流反馈量整定。5.双闭环系统静特性测定。6.双闭环系统动特性观察七、方法与步骤1.系统连线。1）主电路 主电路的连线请参照实验1。2）控制电路 在实验2连线的基础上，将转速调节器ASR的输出端3与ACR的输入端3相连。（1）给定G的Ug与ASR的2端相连。（2）DZS的3端与ASR的4端和ACR的8端相连。（3）FBS的3端连到ASR的7端。（4）ASR的5、6端短接（构成双闭环时再与电容器相接）。2.电流调节器ACR调试。参照实验1的“七、方法与步骤”中的“2.放大器ACR调试”的内容：1）调整输出正、负限幅值。2）测定

35、输入-输出特性。将所测数据填入表31中。 表31 调节器ACR输入-输出参数Ug(V)0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-10Uct(V)Ug(V)012345678910Uct(V)3.开环系统运行1）ASR的5、6端，ACR端9、10端保持短接。2）速度给定G的开关S2往上拨，S1亦往上拨，并将给定电位器RP1调到零，即+Ug=0V。3）合主电源，慢慢增大速度给定，电动机转速上升，直到转速等于1500转/分。4）用万用表的直流电压档测速度变换器FBS的3、4两端，应为-5V。若为+5V，则应将FBS的1、2两端对换即可。4.电流反馈量的整定1）按上述方法空载起动系统到1500转/分。2

36、）将万用表的直流电压档的红表笔接“电流反馈FBC+FC”的If端，黑表笔接电路的公共端（黑端子）。3）合电动机负载开关，并增大负载，则电枢电流随之增大。观察电流反馈电压端If的电压亦相应增大。4）当电流达到1.1A时，调节FBC+FA的电位器RP1,使反馈电压等于+5V。至此速度反馈和电流反馈均调试完毕。5.双闭环系统静特性测定1）连线。（1）FBS的3端与ASR的1（7）端相连。（2）FBC+FA的If端与ACR的1端相连。（3）将ASR的5、6两端和ACR的9、10两端的短接线拆除，并分别与NMCL-18挂箱下部的电容器组相连接。ASR的电容可取7，FCR的电容取5F。（4）将零速封锁DZ

37、S的微型开关拨向“封锁”侧。2）高速特性。（1）将速度给定G的电位器RP1调到零，合主电源。（2）慢慢增大给定，电动机起动运转，直到转速达到1400转/分，读出对应的电流值。（3）合负转开关，逐级增大负载，读取相应的电流和转速值，填入表32。（4）直到电流等于1.0A，测出此时的转速，填入表32中。 表32 双闭环高速特性参数Id(A)0.10.250.40.60.70.80.91.0nd(r/min)1400Ud(V)U(V)3）低速特性。（1）打开负载开关，并将负载电位器调到零。（2）慢慢减小速度给定+Ug,电机转速随之下降。直到转速等于600转/分，读取对应的空载电流值，记入表33 （3

38、）合负载开关，并逐级加大负载，读取相应的电流和转速值，填入表33。（4）直到电流等于1.0A，测出此时的转速，填入表33中。（5）打开负载开关，并使负载电位器调为零，速度给定调为零，断开主电源。 表33 双闭环系统低速特性参数Id(A)0.10.250.40.60.70.80.91.0nd(r/min)600Ud(V)U(V)6.系统动特性观察1）启动过程观察。（1）电枢电流波形。 将示波器上线探头的输入端接到ACR的1端，探头的地端与公共端（黑端）相连。 合主电源，慢慢增大速度给定，电机转速随之上升，直到转速达到1400转/分。 将速度给定开关S2往下拨，电动机转速随之下降，直到转速为零。

39、再将S2往上拨，电动机突加给定启动，直到转速为1400转/分。观察整个启动过程电流的变化波形，并作记录。 合负载开关，并加大负载，使电枢电流达到0.9A左右。观察系统在额定负载时的启动过程电流波形。重复几次，记录动态电流波形。（2）转速波形。 将示波器的上线探头的输入端接到公共端（黑端子），探头的地端接到ASR的1（7）端，即转速反馈端。 断开负载开关，使系统运转于1400转/分。将给定开关S2往下拨，使系统停机。 待电机转速为零后，即将S2往上拨，系统突加阶跃给定启动，观察并记录转速的变化波形。 合负载开关，使系统带负载，在突加阶跃给定情况下启动，观察并记录转速的变化波形。（3）转速与电流波

40、形。 示波器的上线探头输入端接ASR的1（7）端，下线探头输入端接ACR的1端。 示波器探头的地端接公共端，并将示波器波形原点调节到示波屏中部的0点。 适当调节上下线波形的幅度，使波形的最大幅度处于显示屏内。 系统空载和满载，突加阶跃给定，观察并记录转速和电流的变化波形。2）负载扰动波形。（1）示波器探头的接法同上。（2）使系统空载运转于1000转/分。（3）突加负载，观察并记录转速与电流的变化波形。（4）突减负载，观察并记录转速与电流的变化波形。7.核查所测数据，无误后可结束本次实验。八、实验报告1.实验目的、内容、原理框图，所用的仪器设备。2.简述系统的调试过程和步骤。3.ASR的输入-输

41、出特性曲线图。4.系统的静特性数据及曲线图。5.系统的动特性波形图。1）空载突加给定启动的转速与电流波形；2）满载突加给定启动的转速与电流波形；3）突加负载时的转速与电流波形；4）突减负载时的转速与电流波形。6.为什么双闭环系统可以突加给定启动而不会发生过电流？7.本实验系统的参数为：直流电动机PN=185W、UN=220V、IN=1.1A、nN=1500rpm、Ra=21、La=0.87H。主 电 路 R=34、Rn=11、RL=2、L=1.67H、LL=0.8H。系 统 GD=0.088Kgm、KS=70、=0.007V/r/min、=4.55。调节器输入电阻R0=20K、速度给定Ugn=

42、5V、电流给定Ugi=5V。要求：稳态指标 无静差；动态指标 电流超调量I%5%;空载启动到额定转速时的转 速超调量n%10%。计算该实验系统ASR和ACR的比例R和积分I的数据。8.实验体会。实验四 逻辑无环流直流可逆调速系统实验一、实验目的 1.熟悉逻辑无环流直流可逆调速系统的原理和构成。 2.了解各控制单元的组成、作用及调试方法。 3.掌握系统的调试方法与步骤。 4.学习系统性能测试方法。二、预习要求 1.电力电子技术课本中，有关三相桥式全控变流器整流与逆变工作状态的内容。 2.运动控制系统课本中，第4章4.2的内容。三、实验线路及系统原理逻辑无环流直流可逆调速系统的主回路由两组反并联的

43、三相全控整流桥组成，由于没有环流，两组桥之间可省去限制环流的均衡电抗器，电枢回路仅串接了一台平波电控器。控制电路由速度调节器ASR、电流调节器ACR、反号器AR、转矩极性鉴别器DPT、零电流检测器DPZ、逻辑控制器DLC、触发器、电流变换器FBC、速度变换器FBS等组成。图41为实验系统原理图。 正向运转时，速度给定开关S1往上拨，RP1调节正向转速。此时，逻辑控制器DLC的输出端Ub1f为“0”态，Ub1r为“1”。亦即正桥触发脉冲开通，反桥触发脉冲封锁。于是，主回路正组桥整流，电机正转。转速反向时，给定开关S1往下拨，给定电压变负，而转速反馈也为负，ASR的输出从负变正；电流反馈电压为正，

44、ACR的输出从正变负。由于主回路电流不为零，DLC不动作，为正桥工作，但因ACR输出为负，触发脉冲位于=150。故正桥处于逆变状态，回路中电感放出能量，经正桥回馈电网。当电感放完能，电流为零，DLC动作。经10ms的延时，封锁正桥，开通反桥。此时，Ub1f为“1”态，Ub1r为“0”，即正桥触发脉冲封锁，反桥触发脉冲开通。从而，正组桥不工作，反组桥因=150而进入逆变状态。电机正向转速的机械能经反桥回馈电网；而后，在转速到零后，反桥从逆变状态转变为整流状态，电机又反向启动运转。在10ms的延时期间，正反两组桥都不通。此时DLC的5端产生一高电平电压输入ACR的2端，在输出端7得到一负电压，该电

45、压将触发脉冲推到=150，使得后续桥能以逆变状态投入，电机的机械能回馈电网，实现了电机的再生制动。这是无环流可逆系统的特点。本实验系统结构复杂，用到的单元多，调试的参数也多，各环节互相关联，缺一不可。本实验要搞清楚的有：1逻辑电路DLC在换向过程中起到什么作用。2换向过程中的延时10ms有何作用。3电机的转速是如何回馈电网的。4后续桥以逆变状态投入有什么好处。这些问题最好能在实验过程中解决。四、实验设备及仪器1.教学实验台主控制屏。2.NMCL-33挂箱。3.NMEL-03挂箱。4NMCL-18挂箱。5.直流电动机M03。6.电机导轨及光电编码器。7.双踪示波器。8.万用表。五、注意事项1.控

46、制单元调试时，可不用合主电源。2.只有在逻辑控制器工作正常后，才可将反组（组）晶闸管桥与电机相连接。3.不得在未接电流反馈If和零电流检测Iz情况下进行转速换向试验。4.为防止转速换向时发生电流冲击，可在电枢回路串接一小阻（阻值约15左右，可利用NMEL-04挂箱，将两个90电阻并联）,待换向电流正常后，再逐步短接到零。六、实验内容1.控制单元调试。2.系统调试。3.系统停机试验。4.系统转速反向试验。5.系统静态特性测定。七、方法与步骤1.系统连线。1）按实验3的连线方法：（1）控制电路，将速度给定G、转速调节器ASR、电流调节器ACR、速度变换器FBS、电流反馈及过流保护FBC+FA、零速

47、封锁器DZS、脉冲放大及脉冲移相控制连接好。（2）主电路，将三相交流电源U、V、W、组晶闸管桥、直流电动机、电抗器、励磁电源、直流电流表、直流电压表、交流电压表连接好。2）本次实验需连的线：（1）控制电路，转矩极性鉴别器DPT、零电流检测器DPZ、逻辑控制器DLC、Ub1r与系统的连线待单元调试完成后再进行。（2）主电路，组晶闸管桥的三相交流电源用三联导线与组桥的交流侧三相电源相连。组桥的直流侧亦与组桥的直流侧相连。2.系统调试。1）转矩极性鉴别器DPT测试。用导线将DPT的1端与给定G的Ug端相连，用万用表的直流电压档测输入端1和输出端2。（1）给定G的S1往下拨，慢慢调节RP2使-Ug逐渐

48、增大，同时用万用表测输出端2。当2端从-0.6V突跳到+13.5V时，RP2即停止旋转，用万用表测1端的电位（-0.3V左右）。（2）给定G的S1往上拨，慢慢调节RP1使+Ug逐渐增大，万用表测输出端2。当2端从+13.5V突降至-0.6V时，RP1即停止旋转，测1端的电位（+0.3V左右）。 通过以上两步，得到DPT的环宽约为0.4V0.6V左右。2）零电流检测器DPZ测试。用导线将DPZ的1端与给定G的Ug端相连，用万用表分别测1、2两端。（1）给定G的S1往上拨，慢慢调节RP1使+Ug逐渐增大，用万用表测2端的电位。当2端从+13.5V突降至-0.6V时，RP1即停止旋转，测1端的电压约

49、为0.8V。（2）反向慢慢调小RP1、即使+Ug逐渐减小，用万用表测2端的电位。当从-0.6V突跳至+13.5V时，RP1即停止转动，测1端的电压约为0.4V左右。 通过以上两步，得到DPZ的环宽约0.4V0.6V左右。3）反号器AR测试。将给定G的Ug加于反号器的输入端3（亦即ASR的输出端3），调节RP1使Ug为+5V,调节电位器RP,使输出端9的电压为-5V。反之，在输入端3加-5V,输出端应为+5V。4）逻辑控制器DLC测试。（1）连线：DPT的输出端2与DLC的输入端1相连。DPT的输入端1与给定G的Ug端相连。DPZ的输出端2与DLC的输入端2相连DPZ的输入端1与控制电路的公共端

50、（黑端子）相连。（2）给定G的S1往下拨，调节RP2使Ug0V（-2V左右），用万用表测DPT的2端应为+13V左右，即高电平“1”态，DLC的3端为低电平“0”，DLC的输出端Ub1f电位为零，即开通。DPZ的输出2为高电平“1”，DLC的4端为高电平“1”，DLC的输出端Ub1r的电位为高电平，即关闭。说明转矩为正时，逻辑控制器开通组晶闸管桥，封锁组桥。（3）给定G的S1往上拨，调节RP1使Ug0V(+2V左右)，用万用表测DPT的2端应为低电平“0”，则DLC的3端为高电平“1”态，DLC的输出端Ub1f高电平，即关闭。而DLC的4端为零电位“0”态，DLC的输出端Ub1r低电平而开通。

51、这说明转矩为负时，逻辑控制器封锁组桥，开通组桥。至此，DLC测试完毕。3.系统运行。1）连线。（1）DPT的1端与ASR的3端相连。（2）DPZ的1端与FBC+FA的Iz端相连。（3）DLC的3端与ACR的4端相连，4端与ACR的6端相连，5端与ACR的2端相连。（4）DLC的输出端Ub1f与脉冲放大控制的Ub1f相连，输出端Ub1r与脉冲放大控制的Ub1r相连。（5）组晶闸管桥与电机相连。 连线后，必须核查，无误后方可开始实验。2）系统调试。（1）触发脉冲观察。不合主电源，将给定G的开关S1往上拨，用示波器观察组晶闸管桥的触发脉冲。将开关S1往下拨，观察组桥的触发脉冲。若两组桥的脉冲都正常，

52、则可进行下面的实验。（2）系统正向运转。给定G的开关S1往上拨。给定电位器RP1反时针调为零，并断开DLC输出端Ub1r与脉冲放大控制端的连线。合主电源开关。慢慢调节RP1使+Ug增大，则电动机正向启动运转。这表明系统正转正常。将RP1反时针调为零。（3）系统反向运转。将给定G的电位器RP2反时针调为零。将S1往下拨，并将DLC输出端Ub1r与脉冲放大控制的线连上。将DLC的输出端Ub1f与脉冲放大控制的连线拆除。慢慢调节RP2,使-Ug增大，电动机反向启动运转。表明系统反转也正常。4.系统停机试验。1）无反组桥。将DLC的输出Ub1r与脉冲放大控制的连线拆除，输出Ub1f与脉冲放大控制的连线

53、接通。（1）无负载时的停机过程。 将示波器的输入线接到FBS的2端，地线接到FBS的3端。 调节给定G的电位器RP1使转速等于1400转/分。 将给定G的开关S2往下拨，电机转速逐渐下降到零，观察无组晶闸管桥情况下系 统停机过程的转速波形。 将示波器的输入线接于与电动机相串接的15电阻两端，观察停机过程的电流波形。（2）有负载时的停机过程。 空载启动电动机至1400转/分。 合负载开关，并调节负载电位器，使电流为1A。 用示波器分别观察停机过程中转速与电流的变化波形。2）有反组桥。将DLC的输出Ub1r与脉冲放大控制的连线接上。（1）无负载时的停机过程。 按上述方法进行。（2）有负载时的停机过

54、程。 按上述方法进行。 将所测的波形记录下来。 5.系统转速反向实验。1）转速反向过程观察（1）给定G的开关S1往上拨，调节电位器RP1，使转速等于1400转/分。（2）示波器的输入线接到FBS的2、3两端。（3）将给定G的开关S1往下拨，电动机转速很快到零并反向启动运转。（4）调节给定电位器RP2,使反向转速也为-1400转/分。（5）重复上、下拨动给定G的开关S1,观察转速反向过程中电动机转速的变化波形。2）电流变化波形观察。（1）示波器的输入线接到主电路的15电阻两端。（2）重复上、下拨动给定G的开关S1,观察电流反向的变化波形。6.系统静特性测定。1）系统的正、反向转速均调至1400转

55、/分。2）仿照实验3中“5.”的方法与步骤测出系统正向和反向的转速参数，分别填入表41和表42. 表41 可逆系统正向特性参数Id(A)0.10.250.40.60.70.80.91.0nd(r/min)1400Ud(V) 表42 可逆系统反向特性参数 Id(A)-0.1-0.25-0.4-0.6-0.7-0.8-0.9-1.0nd(r/min)-1400Ud(V)八、实验报告1实验目的、内容、原理框图及所用的仪器设备。2简述系统的调试过程及步骤。3.绘制系统停机过程中转速与电流的变化曲线，并分别说明无和有反组桥对系统停机有何影响？4.绘制转速反向过程中转速与电流的变化曲线。5.根据测取的静特

56、性数据，绘制系统正、反向的特性曲线。6.该系统中，逻辑控制器DLC的作用是什么？7.在转速反向过程中，若反组桥以整流状态投入，会出现什么问题？8.将电动机的机械能（即转速）回馈电网，要求晶闸管桥具备什么条件？9.实验体会。实验五 双闭环可逆直流脉宽调速系统实验一、实验目的1.掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的原理及组成。2.熟悉各主要单元部件的功能与特点。3.掌握系统的调试方法及步骤。4.系统特性测试。二、预习要求1.电力电子技术课程中，有关“可逆直流PWM变换器”的内容。2.运动控制系统课程中，第4章4.1的内容。三、实验线路及系统原理 在中小容量的直流调速系统中，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，因而得到广泛使用。可逆直流脉宽调速系统的主电路采用桥式（亦称H形）电路，功率管采用全控型的电力电子器件，其控制方式为双极式的PWM控制。 双闭环脉宽调速实验系统的原理图如图51所示。由图可见，系统主电路采用IGBT构成