运动控制实验指导书

实验一带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统的研究一、实验目的1、了解转速单闭环调速系统的组成；2、掌握转速单闭环调速系统的调试方法及电流截止负反馈的整定；3、加深理解转速负反馈在调速系统的作用；4、测定转速单闭环调速系统的静特性。二、仪器设备1、三相整流变压器2、平波电抗器3、直流电动机-测速发电机组4、调速系统试验台5、变阻器6、万用表7、双踪示波器三、系统组成及工作原理调速系统中为了提高系统的动、静态性能指标，必须采用闭环控制，转速单闭环调速系统是常用的一种形式，下图就是带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统的实验线路。图中电机的电枢回路由晶闸管整流电路供电，通过与电动机同轴刚性连接的测速发电机检测电机的转速，并经转速反馈环节FGS分压后取出合适的反馈电压Ufn，此电压与转速给定电压Ugn经ASR综合调节后，输出作为移相触发器的控制电压，由此组成转速单闭环系统。本系统采用比例调节器，属于有静差系统，增加ASR的比例放大倍数即可提高系统的静特性硬度。为了防止启动和运行中过大的电流冲击，系统中引入了电流截止负反馈，由TCV取出与电流成正比的电压信号，当电枢回路中电流超过一定值时，此信号使稳压管Z击穿，送出电流反馈信号并进入ASR输入端进行综合，以限制电流不超过其允许的最大值，改变Ugn即可调整电机的转速。四、实验步骤1、晶闸管整定电路的调试和测试用实验方法分析一个单闭环系统，首先要调好晶闸管整流电路，保证整流桥在控制电压的作用下正确的供电。本系统主整流变压器按△/△-12连接，同步变压器的连接方式应是Y/Y-12。电源相位校对正确后，进一步检查和调整锯齿波发生器，用双踪示波器观察三块触发板的锯齿波，通过调节恒流充电回路的电位器，使三个锯齿波斜率和高度近似相同。再检测六个双脉冲触发波形，保证各脉冲之间相位都接近600，并调整总偏移电压，使控制电压Uk=0时触发控制角为900，此时晶闸管整流电路即可正常工作了。2、转速负反馈单闭环静特性的研究按图接好线，取ASR的放大倍数KP=1，起动电机时逐渐增加Ugn，在相同Ugn下，如果转速下降，则说明反馈接线极性正确，否则须改换反馈接线极性。确认转速反馈极性无误后，停车，再使ASR的放大倍数Kp=10~20，重新起动电机，缓慢增加给定电压，使电机稳定运行在空载转速处，然后将负载电阻Rg放在最大处，再调节Rg，记录相应的几组Id和n的数值，填入下表，绘制系统的闭环静特性曲线。n（r/min）Id（A）五、注意事项1、实验时触发回路移相触发后，才允许合主回路电源；2、用小量程电流表时，不允许阶跃起动电机，如需阶跃起动应把电流表短接。3、电机启动前，应先加上电动机的励磁，才能使电机启动。在启动前必须将移相控制电压调到零，使整流输出电压为零，这时才可以逐渐加大给定电压，不能在开环或速度闭环时突加给定，否则会引起过大的启动电流，使过流保护动作，告警，跳闸。4、直流电动机的电枢电流不要超过额定值使用，转速也不要超过1.2倍的额定值。以免影响电机的使用寿命，或发生意外。六、数据处理1、根据实验数据，画出转速单闭环直流调速系统的静特性。2、简述闭环系统的反馈控制规律。3、比较开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系，说明闭环特性优点和电流截止负反馈对闭环静特性的影响。实验二双闭环不可逆直流调速系统实验一、实验目的1、了解双闭环不可逆调速系统的组成；2、掌握双闭环不可逆调速系统的调试方法及参数的整定；3、加深理解两个调节器在调速系统的作用；4、测定双闭环不可逆调速系统的静态和动态性能指标。二、仪器设备1、三相整流变压器2、平波电抗器3、直流电动机-测速发电机组4、调速系统试验台5、变阻器6、万用表7、双踪示波器三、系统组成及工作原理为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。转速信号是主控信号，电流信号是根据转速的误差进行控制的信号，二者之间实行嵌套，这样可以抑制电网电压和负载扰动对转速的影响。实验系统如图所示。系统工作时，电机首先加额定励磁，改变给定电压，即可方便调节电机的转速。调节器均设成带限幅的，转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。当加入给定电压时，ASR饱和输出，使电动机以限定的最大起动电流加速起动，直到电机转速达到给定转速，并出现超调后，ASR退饱和，最后稳定运行在略低于给定转速的相应数值上。四、实验步骤1、多环调速系统调试的基本原则（1）先部件，后系统。即先将各环节的特性调好，然后才能组成系统。（2）先开环，后闭环。即先将系统能正常开环运行，然后确定电流和转速均为负反馈后组成闭环系统。（3）先内环，后外环。即先闭环调试时，先调电流内环，后调转速外环。2、单元部件参数整定和调试（1）触发整定。（2）调节器调零。控制系统按开环接线，ASR、ACR的反馈回路电容短接，形成低放大系数的比例调节器。a）ASR调零：将调节器的ASR的给定及反馈输入端接地，调节ASR的调零电位器，使ASR的输出为零。b）ACR调零：将调节器的ACR的给定及反馈输入端接地，调节ACR的调零电位器，使ACR的输出为零。（3）调节器的输出限幅整定a）ASR输出限幅整定：ASR按比例积分调节器接线，将Ug接到ASR的输入端，当Ug为正而且增加时，调节ASR负限幅电位器，使ASR输出为限幅值，其值一般为--6~--8V。b）ACR输出限幅整定：整定ACR限幅值需要考虑负载的情况，留有一定整流电压的余量。ACR按比例积分调节器接线，将Ug接到ACR的输入端，用ACR得输出去控制触发移相，当Ug为负而且增加时，通过示波器观察到触发移相角最小为150~300时的电压即为ACR限幅值，可通过ACR正限幅电位器锁定。3、系统静特性测定调节转速给定电压及负载电阻，使NdII，Nnn，改变负载电阻，记录相应的几组Id和n的数值，填入下表，绘制系统的闭环静特性曲线。n（r/min）Id（A）五、注意事项1、系统开环运行时，不允许突加给定电压起动电机，必须逐步增加给定电压，以免产生过大的电流冲击。2、双踪示波器两个探头的地线是通过示波器外壳短接的，故在使用时必须使两个探头的地线同电位，以免造成短路事故。3、只有当主回路具有限流特性后，才允许主回路串联电阻全部切除和突加给定，当不加励磁时，电动机通过额定电流的时间不能太长。六、数据处理1、根据实验数据，画出双闭环直流调速系统的静特性。2、简述双闭环系统的两个调节器的作用。3、分析双闭环系统的起动过程。实验三三相异步电动机变频调速性能测试实验一、实验目的1、掌握三相异步电动机变频调速原理及实现过程。2、掌握三相异步电动机变频调速的特点。3、学习和掌握变频器的操作及控制方法；4、测试三相异步电动机变频调速性能。二、仪器设备1、调速系统试验台2、三相鼠笼式异步电动机-测速发电机组一套3、VF0变频器4、变阻器一个5、双踪示波器一台6、万用表一块7、实验导线若干三、系统组成及工作原理1、异步电动机变频调速的基本控制原理三相异步电动机转速)1(601spfn（r/min）可见，改变电源频率f1，就可以改变旋转磁通势的同步转速，从而改变电机转速达到调速的目的。三相异步电动机每相电压：当电动机电源频率变化时，若电动机电压不随着改变，那么电动机的磁通将会出现饱和或欠励磁。例如当电源频率降低时，若继续保持电动机的端电压不变，即继续保持电动机的感应电动势E1不变，则电机的磁通Φm将增大，由于电动机设计时磁通常处于接近饱和值，磁通的进一步增加将导致电机出现饱和，励磁电流会急剧增加，这是不能允许的。反之，f1上升，气隙每极磁通Φm下降，可能会出现励磁不足的情况，导致电动机难以给出足够的转矩。因此，为了得到较好的机械特性，我们保持11fE＝常数，则Φm＝常数，即采用fV控制，它是一种恒磁通控制方式。mNs111Φ44.4SkNfEUfV控制是在改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机磁通保持一定，在较宽的调速范围内，电动机的效率、功率因数不下降。因为是控制电压（Voltage）与频率（Frequency）的比，称为fV控制。3、松下VF0变频器操作模式分：面板操作模式、外部操作模式以及混合操作模式三种。面板操作模式是根据面板设定的启动信号和频率信号进行的运行方式；外部操作模式是根据外部的启动信号和频率信号进行的运行方式；混合操作模式是启动信号、频率信号分别由面板设定、外部设定（或分别由外部设定、面板设定）的运行方式。变频器出厂时，已将操作模式设定为外部模式。本实验采用外部操作模式（参数设置：P08=2,P09=2）。最大运行频率值采用出厂设定值50HZ。通过变频器控制三相异步电动机，并由三相异步电动机带动工作台主轴在不同频率下运行，同时测量并记录一些相关参数如：电压、速度等，从而得出三相异步电动机变频调速性能。下图为VF0变频器外部操作模式连线图。其中，PLC的电源由断路器QF1控制，VF0变频器的电源由断路器QF3和接触器KM4的主触头共同控制。四、实验步骤1、确认电机变频器连接正常后，根据图接线；（为安全起见，变频器和三相异步电动机的主控电路以及PLC外围的继电器KA4、接触器KM4输出线路已接好）；2、征得老师同意后，合上断路器QF1和QF3，输入并运行PLC程序；3、按“启动”按钮，接触器KM4的主触头闭合，变频器得电；4、按“正向”按钮，Y10输出，电动机正转。根据实验记录表调节电位器1的旋钮，使电动机在某一频率下运行。按“复位”按钮，定时器开始定时10S，同时计数器C240开始计数，其速度为：N（10S内主轴转数）×6。记录正转时各频率所对应的电压值、速度值，填入下表。5、按“停止”按钮，电动机停转。图1VFO变频器外部操作模式连线图频率（Hz）电压（V）速度（r/min）521.5901044.521015673602088.658030133880401771190502211465五、注意事项1、本实验中，电动机的工作电压为380VAC，请注意安全；2、松开用于给三相异步电动机M加载的加载螺钉；3、继电器接触器KM4的作用是给变频器上电，不可作为变频器的启停控制，否则损坏变频器。变频器的启停由对变频器的输入端5的控制来实现,变频器的正反转由对变频器的控制输入端6的控制来实现；4、“主轴准停”为安装于主轴上的接近开关的一个常开触点，用于测量主轴的旋转速度（r/min）。X5作为高速计数输入端，与其相关联的内部高速计数器为C240。六、数据处理1、根据已测数据，用描点法画出fV曲线；2、比较变频调速的三种电压-频率协调控制的机械特性及性能。3、简述矢量控制的基本思路。