运动控制系统实验指导书

运动控制系统实验指导书赵黎明、王雁编广东海洋大学信息学院自动化系直流调速实验一不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究一．实验目的1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。3．学习反馈控制系统的调试技术。二．预习要求1．了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。三．实验线路及原理见图6-7。四．实验设备及仪表1．MCL系列教学实验台主控制屏。2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。3．MCL—33(A)组件或MCL—53组件。4．MEL-11挂箱5．MEL—03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。6．电机导轨及测速发电机、直流发电机M01（或电机导轨及测功机、MEL—13组件）。7．直流电动机M03。8．双踪示波器。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7μF）。3．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）。4．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。5．电源开关闭合时，过流保护发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1即可正常工作。6．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。7．起动电机时，需把MEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。8．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。9．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。六．实验内容1．移相触发电路的调试（主电路未通电）（a）用示波器观察MCL—33（或MCL—53，以下同）的双脉冲观察孔，应有双脉冲，且间隔均匀，幅值相同；观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1V～2V的双脉冲。（b）触发电路输出脉冲应在30°～90°范围内可调。可通过对偏移电压调节单位器及ASR输出电压的调整实现。例如：使ASR输出为0V，调节偏移电压，实现α=90°；再保持偏移电压不变，调节ASR的限幅电位器RP1，使α=30°。2．求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性。a．断开ASR的“3”至Uct的连接线，G（给定）直接加至Uct，且Ug调至零，直流电机励磁电源开关闭合。b．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输出，使Uuv、Uvw、Uwu=200V。注：如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同。c．调节给定电压Ug，使直流电机空载转速n0=1500转/分，调节测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻），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。id（A）Ud（V）n（r/min）3．带转速负反馈有静差工作的系统静特性a．断开G（给定）和Uct的连接线，ASR的输出接至Uct，把ASR的“5”、“6”点短接。b．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节Uuv，Uvw，Uwu为200伏。c．调节给定电压Ug至2V，调整转速变换器RP电位器，使被测电动机空载转速n0=1500转/分，调节ASR的调节电容以及反馈电位器RP3，使电机稳定运行。调节测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻），在空载至额定负载范围内测取7～8点，读取Ud、id、n。id（A）Ud（V）n（r/min）4．测取调速系统在带转速负反馈时的无静差闭环工作的静特性a．断开ASR的“5”、“6”短接线，“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。b．调节给定电压Ug，使电机空载转速n0=1500转/分。在额定至空载范围内测取7～8个点。id（A）Ud（V）n（r/min）七．实验报告绘制实验所得静特性，并进行分析、比较。八．思考题1．系统在开环、有静差闭环与无静差闭环工作时，速度调节器ASR各工作在什么状态？实验时应如何接线？2．要得到相同的空载转速n0，亦即要得到整流装置相同的输出电压U，对于有反馈与无反馈调速系统哪个情况下给定电压要大些？为什么？3．在有转速负反馈的调速系统中，为得到相同的空载转速n0，转速反馈的强度对Ug有什么影响？为什么？4．如何确定转速反馈的极性与把转速反馈正确地接入系统中？又如何调节转速反馈的强度，在线路中调节什么元件能实现？MEL-11主控制屏输出VT2VT6VT4+15V37.567.5MCL18G(给定)VS2S2RPRP1RP2FBS(速度变换器)+15V-15V120V负给定S1RP1RP2S1-+给定正给定RP34ASR(转速调节器)712RP3RP4586+15V-4RP13解除7.6给定电压显示DZS(零速封锁器)6.01S22封锁1&-15V低压电源3+15V-15V+15V7.6MCL33(MCL53)+15V7.67.60V-15VUct移相控制电压偏移电压电源输入低压直流Ublf脉冲放大控制UbUblrVT3VT1VT5V控制和检测单元及过流过压保护UL1-15V+RP2FBC+FA(电流反馈及过流过压保护)RP1RP2RP4RP3WVL2L3TA1TA2TA3RP1IZIfU过流SB1过压SB2图6-7VWFBS:2100mHICM50mHRL700mH200mHFBS:1TGG运动控制系统综合实验指导书赵黎明、王雁编广东海洋大学信息学院自动化系实验名称双闭环三相异步电动机调压调速系统及串级系统实验项目性质：综合性实验所涉及课程：运动控制系统、电力电子、电机学计划学时：4实验目的：本综合性实验是将调压调速系统与串级系统的综合调速性能的综合比较。首先熟悉三相异步电动机调压调速系统的组成及工作原理、调速性能；熟悉相位控制交流调压调速系统的组成与工作;了解并熟悉双闭环三相异步电动机调压调速系统的原理及组成;了解绕线式异步电动机转子串电阻时在调节定子电压调速时的机械特性;通过测定系统的静特性和动态特性进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用。然后．熟悉双闭环三相异步电动机串级调速系统的组成及工作原理、调速性能；掌握串级调速系统的调试步骤及方法；了解串级调速系统的静态与动态特性。最后将两种调速系统的调速原理及调速性能进行比较。注意事项：每一步实验都必须严格检查接线是否正确。实验内容：（分三步）一、双闭环三相异步电动机调压调速系统（将直流电机作为交流电动机的负载）（一）．系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性（接线图见图一所示）首先将MCL-31的低压电源+15V、0V、-15V与MCL-33低压直流输入+15V、0V、-15V对应连线；然后将MCL-32中的直流电机励磁电源的+、-分别与M03直流机的励磁绕组F1、F2对应相连接。实验步骤：a．断开ACR（MCL—31）的“7”至Uct（MCL—33）的连接线，MCL—31的Ug（给定）直接加至Uct，且Ug调至零。直流电机励磁电源开关闭合。电机转子回路接入每相为10左右的三相电阻(由二极管整流桥电路代替)。b．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输出，使Uuv、Uvw、Uwu=230V。c．调节给定电压Ug(调节MCL-31的G给定中的RP1滑动变阻器)，使电机空载转速n0=1300转/分，调节或直流发电机负载电阻，在空载至额定负载的范围内测取4～5点，读取直流发电机输入电压Ud，输出电流id以及被测电动机转速n，算出测功机输出转矩M。n(r/min)IG(A)UG(V)M(N.m)注：若采用直流发电机，转矩可按下式计算nPRIUIMOSGGG/)(55.92M——三相异步电动机电磁转矩；IG——直流发电机电流；UG——直流发电机电压；RS——直流发电机电枢电阻；P0——机组空载损耗。不同转速下取不同数值：n=1500r/min，Po=13.5W；n=1000r/min，Po=10W；n=500r/min，Po=6W。（二）、闭环系统调试（1）调压器输出接三相电阻负载，观察输出电压波形是否正常。（2）将系统接成双闭环调压调速系统：即将上面实验过程中断开的连线连上(仍按照图一接线)。转子回路仍串每相10左右的电阻(由二极管整流桥电路代替)，渐加给定Ug至+5V,调节FBS的反馈电位器，使电机空载转速n0=1300转/分，观察电机运行是否正常。（3）调节ASR.ACR的外接电容及放大倍数调节电位器，用慢扫描示波器观察突加给定的动态波形，确定较佳的调节器参数。（三）．系统闭环特性的测定调节Ug，使转速至n=1300r/min，从轻载按一定间隔做到额定负载，测出闭环静特性n=f(M)。n(r/min)IG(A)UG(V)M(N.m)系统动态特性的观察，用慢扫描示波器观察：（1）突加给定起动电机时转速n，电机定子电流i及ASR输出Ugi的动态波形。（2）电机稳定运行，突加，突减负载时的n,Ugi,i的动态波形。（四）、实验报告1．根据实验数据，画出开环时，电机人为机械特性。2．根据实验数据，画出闭环系统静特性，并与开环特性进行比较。3．根据记录下的动态波形分析系统的动态过程。n(r/min)M(N.m)01300120011001000800开环机械特性n(r/min)M(N.m)01300120011001000800闭环机械特性G地MCL-31UgMCL-31FBS1MCL-31324DZS1MCL-3132ASR1MCL-3124365ACR1MCL-31738910FBC+FAIfMCL-32MCL-33测速计-+A1F1A2F2M03直流机ABCM09交流机（定子）XYZ转子M09交流机abc图1三相异步电动机调压调速系统接线图B1B2B3MCL-03C1C2C3UVWUctVT1VT3VT4VT6直流电流表+MCL-31-VT2VT5MCL-33VD2VD6VD4VD5VD3VD1CACB二、双闭环三相异步电动机串级调速系统（－）．实验内容1．控制单元及系统调试2．测定开环串级调速系统的静特性。3．测定双闭环串级调速系统的静特性。4．测定双闭环串级调速系统的动态特性。（二）．实验系统组成及工作原理绕线式异步电动机串级调速，即在转子回路中引入附加电动势进行调速。通常使用的方法是将转子三相电动势经二极管三相桥式不控整流得到一个直流电压，再由晶闸管有源逆变电路代替电动势，从而方便地实现调速，并将能量回馈至电网，这是一种比较经济的调速方法。本系统为晶闸管亚同步闭环串级调速系统。控制系统由速度调节器ASR，电流调节器ACR，触发装置GT，脉冲放大器MF，速度变换器FBS，电流变换器FBC等组成，其系统原理图如图72所示。（三）．注意事项1．本实验是利用串调装置直接起动电机，不再另外附加设备，所以在电动机起动时，必须使晶闸管逆变角β处于βmin位置。然后才能加大β角，使逆变器的逆变电压缓慢减少，电机平稳加速。2．本实验中，α角的移相范围为90°～150°，注意不可使α＜90°，否则易造成短路事故。3．接线时，注意绕线电机的转子有4个引出端，其中1个为公共端，不需接线。4．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7μF）。5．测取静特性时，须注意电流不许超过电机的额定值（0.55A）。6．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。逆变变压器采用MEL-03三相芯式变压器的高压绕组和中压绕组，注意不可接错。7．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开关SB1、SB2即可正常工作。8．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。9．起动电机时，需把MEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。10．改变接线时，必