運動控制實驗指導書
韋忠海施武生編
運動控制系統實驗指導書
實驗一不可逆單閉環直流調速系統靜特性的研究
一．實驗目的
1．研究閘流體直流電動機調速系統在反饋控制下的工作。
2．研究直流調速系統中速度調節器asr的工作及其對系統靜特性的影響。
3．學習反饋控制系統的除錯技術。
二．實驗系統組成及工作原理
採用閉環調速系統，可以提高系統的動靜態效能指標。轉速單閉環直流調速系統是常用的一種形式。實驗圖1一1所示是轉速單閉環直流調速系統的實驗線路圖。
實驗圖1一1轉速單閉環直流調速系統
圖中電動機的電樞迴路由閘流體組成的三相橋式全控整流電路v供電，通過與電動機同軸剛性連線的測速發電機tg檢測電動機的轉速，並經轉速反饋環節fbs分壓後取出合適的轉速反饋訊號un，此電壓與轉速給定訊號u經速度調節器asr綜合調節，asr的輸出作為移相觸發器gt的控制電壓uct，由此組成轉速單閉環直流調速系統。圖中dzs為零速封鎖器，當轉速給定電壓u和轉速反饋電壓un均為零時，dzs的輸出訊號使轉速調節器asr鎖零，以防止調節器零漂而使電動機產生爬行。
三、實驗裝置及儀器
1．教學實驗臺。
2．直流電動機。
3．雙蹤示波器。
四．實驗內容
1．求取調速系統在無轉速負反饋時的開環工作機械特性。
調節給定電壓ug，使直流電機空載轉速no=1500轉／分，調節直流發電機負載電阻，在空載至額定負載的範圍內測取5-6點，讀取整流裝置輸出電壓ud，輸出電流id以及被測電動機轉速n。
2．帶轉速負反饋有靜差工作的系統靜特性
調整轉速變換器rp電位器，使被測電動機空載轉速n0=1500轉／分，調節asr的調節電容以及反饋電位器，使電機穩定執行。
調節直流發電機負載電阻，在空載至額定負載範圍內測取5－6點，讀取ud、 id、 n。
3．測取調速系統在帶轉速負反饋時的無靜差閉環工作的靜特性
a．接積分電容器，可預置7uf,使asr成為pi（比例一積分）調節器。
b．調節給定電壓ug，使電機空載轉速no=1500轉／分。在額定至空載範圍內測取5-6個點。
五．注意事項
1．直流電動機工作前，必須先加上直流激磁。
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．系統開環連線時，不允許突加給定訊號ug起動電機，盡可能從0v起調。
5．改變接線時，必須先按下主控制屏總電源開關的「斷開」紅色按鈕，同時使系統的給定為零。
6．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．實驗報告
1．繪製實驗所得靜特性，並進行分析、比較。
2．系統除錯的心得體會。
七．思考題
1．系統在開環、有靜差閉環與無靜差閉環工作時，速度調節器asr各工作在什麼狀態？實驗時應如何接線？
2．要得到相同的空載轉速no，亦即要得到整流裝置相同的輸出電壓ud對於有反饋與無反饋調速系統哪個情況下給定電壓要大些？為什麼？
3．如何確定轉速反饋的極性與把轉速反饋正確地接入系統中？又如何調節轉速反饋的強度，**路中調節什麼元件能實現？
實驗二雙閉環閘流體不可逆直流調速系統
一．實驗目的
1．了解轉速、電流雙閉環直流調速系統的組成。
2．掌握雙閉環直流調速系統的除錯步驟、方法及引數的整定。
3．測定雙閉環直流調速系統的靜態和動態效能及其指標。
4．了解調節器引數對系統動態效能的影響。
二、實驗系統組成及工作原理
雙閉環調速系統的特徵是系統的電流和轉速分別由兩個調節器控制，由於調速系統調節的主要參量是轉速，故轉速環作為主環放在外面，而電流環作為副環放在裡面，可以及時抑制電網電壓擾動對轉速的影響。實際系統的組成如實驗圖2一1所示。
實驗圖2一1轉速、電流雙閉環直流調速系統
主電路採用三相橋式全控整流電路供電。系統工作時，首先給電動機加上額定勵磁，改變轉速給定電壓ug可方便地調節電動機的轉速。acr的輸出uct作為觸發器tg的移相控制電壓，利用acr的輸出限幅ucm起限制αmin的作用。
當突加給定電壓ug時，asr立即達到飽和輸出u盤，使電動機以限定的最大電流idm加速起動，直到電動機轉速達到給定轉速（即un＝u）並出現超調，使asr退出飽和，最後穩定執行在給定轉速（或略低於給定轉速）上。
三、實驗裝置及儀器
1．教學實驗臺
2．直流電動機。
3．雙蹤示波器。
四．實驗內容
1．各控制單元除錯
2．測定電流反饋係數。
3．測定開環機械特性及閉環靜特性。
4．閉環控制特性的測定。
5．觀察，記錄系統動態波形。
五、實驗步驟及方法
1．雙閉環調速系統除錯原則
（1）先部件，後系統。即先將各單元的特性調好，然後才能組成系統。
（2）先開環，後閉環，即使系統能正常開環執行，然後在確定電流和轉速均為負反饋時組成閉環系統。
（3）先內環，後外環。即先除錯電流內環，然後調轉速外環。
2．系統特性測試
將asr，acr均接成pi調節器接入系統，形成雙閉環不可逆系統。
（1）機械特性n =f (id )的測定
調節轉速給定電壓ug，使電機空載轉速至1500 r/min,再調節發電機負載電阻，在空載至額定負載範圍內分別記錄5~6點，可測出系統靜特性曲線n =f (id )
（2）閉環控制特性n =f (ug )的測定
調節ug，記錄ug和n，即可測出閉環控制特性n =f (ug )。
3．系統動態波形的觀察
用二蹤慢掃瞄示波器觀察動態波形。在不同的調節器引數下，觀察，記錄下列動態波形：
（1）突加給定起動時，電動機電樞電流波形和轉速波形。
（2）突加額定負載時，電動機電樞電流波形和轉速波形。
（3）突降負載時，電動機電樞電流波形和轉速波形。
六、實驗注意事項
1．系統開環連線時，不允許突加給定訊號ug起動電機，盡可能從0v起調。
4．起動電機時，需把負載電阻逆時針旋到底，以免帶負載起動。
5．改變接線時，必須先按下主控制屏總電源開關的「斷開」紅色按鈕，同時使系統的給定為零。
6．進行閉環除錯時，若電機轉速達最高速且不可調，注意轉速反饋的極性是否接錯。
7．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。
七．實驗報告
1．根據實驗資料，畫出閉環控制特性曲線。
2．根據實驗資料，畫出系統開環機械特性，計算靜差率，並與閉環機械特性進行比較。
3．分析由示波器記錄下來的動態波形,計算相應的動態引數mp,tp、ts
實驗三雙閉環三相非同步電動機調壓調速系統
一．實驗目的
1．熟悉相位控制交流調壓調速系統的組成與工作。
2．了解並熟悉雙閉環三相非同步電動機調壓調速系統的原理及組成。
3．了解繞線式非同步電動機轉子串電阻時在調節定子電壓調速時的機械特性。
4．通過測定系統的靜特性和動態特性進一步理解交流調壓系統中電流環和轉速環的作用。
二．實驗內容
1．測定繞線式非同步電動機轉子串電阻時的人為機械特性。
2．測定雙閉環交流調壓調速系統的靜特性。
3．測定雙閉環交流調壓調速系統的動態特性。
三．實驗系統組成及工作原理
雙閉環三相非同步電動機調壓調速系統的主電路為三相閘流體交流調壓器tvc及三相繞線式非同步電動機m**子迴路串電阻）。控制系統由零速封鎖器dzs、電流調節器acr,速度調節器asr、電流變換器fbc,速度變換器fbs,觸發器gt、脈衝放大器ap1等組成。其系統原理圖如實驗圖6一1所示。
實驗圖6一1雙閉環三相非同步電動機調壓調速系統原理圖
整個系統採用了速度、電流兩個反饋控制環。這裡的速度環作用基本上與直流調速系統相同，而電流環的作用則有所不同。在穩定執行的情況下，電流環對電網擾動仍有及時的抗擾作用，但在起動過程中電流環僅起限制最大電流的作用，不會出現最佳起動的恆流特性，也不可能是恆轉矩起動。
非同步電動機調壓調速系統結構簡單，採用雙閉環時靜差率較小，且比較容易實現正、反轉、反接和能耗制動。但在恆轉矩負載下不能長時間低速執行，因為低速執行時轉差功率ps=spm全部消耗在轉子電阻中，時間長了會使轉子過熱。
四．實驗裝置和儀器
1．mcl-ii型電機控制教學實驗台主控制屏
2．mcl-20掛箱
3．mcl-3掛箱
4．二蹤慢掃瞄示波器
5．萬用電表
6．mel-03（或自配滑線電阻器）
7．mel-i 1電容掛箱
8．光線示波器
9．電機導軌及測速發電機、直流發電機m01。
10．繞線式非同步電動機
五．注意事項
1．接入asr構成轉速負反饋時，為了防止振盪，可預先把asr的電位器逆時針旋到底，使調節器放大倍數最小，同時，asr的「5」、「6」端接入可調電容（預置7μf）。
3．測取靜特性時，須注意電流不許超過電機的額定值(0.55a)。
４．三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。
５．mcl-２０面板的右下端電源開關閉合時，過流保護、過壓保護的發光二極體可能會亮，只需按下對應的復位開關sbi、sb2即可正常工作。
６．系統開環連線時，不允許突加給定訊號u9起動電機，同時，三相主電源輸出u、v、w盡可能從０v起調。
７．起動電機時，需把滑線電阻器旋鈕逆時針旋到底，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的「斷開」紅色按鈕，同時使系統的給定為零。
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。
１０．低速實驗時，實驗時間應盡量短，以免電阻器過熱引起串接電阻數值的變化。
１１．繞線式非同步電動機：pn＝100w, un＝220v, in=0.55a, nn＝1350, mn=0.68，y接。
六．實驗方法
求取調速系統在無轉速負反饋時的開環工作機械特性。
ａ．斷開asr（mcl-03）的「3」至uct：（mcl-20）的連線線，ug（給定）直接加至uct，且ug調至零。
接通直流電機勵磁電源開關。
非同步電機轉子迴路接入每相為l0ω左右的三相電阻。
b．合上主控制屏的綠色按鈕開關，調節三相調壓器的輸出，使uuv, uvw, uwu=230v 。
運動控制實驗指導書 06
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