19运动控制实验指导书

前言一、IPS-1装置设计特点1.本装置是根据高等学校工业电气自动化专业、电力传动专业、自动控制专业、电机控制等专科，本科课程《半导体变流技术》《电力电子技术》《自动控制系统》《直流调速系统》《交流调速系统》《电机控制》等实验要求而设计的，可以完成这些课程的主要实验。2.装置采用小单元挂箱积木式，小型轻便方便灵活、结构紧凑。可根据不同实验内容进行组合，功能齐全、综合性能好，一体化程度高。3.装置布局合理，外形美观，连接线可靠，经久耐用，强电接线用安全型接插件、整个装置高度绝缘，面板示意图明显直观。4.实验线路完全根据教学内容、满足教学大纲要求，该装置分模拟控制和全数字控制二大部分。电力电子技术与直流调速系统以模拟为主，交流调速系统PWM直流斩波调速系统完全用数字控制。采用美国TI的DSP智能芯片以及IGBT新型电力电子元件——IPM智能模块。对提高学生动手能力及对新型控制方式的理解和实践是很有帮助的。二、IPS-1技术特性：1.装置容量：≥1KVA2.电机容量：≤500W3.输入电源：三相五线380V±10%、50HZ4.工作环境：环境温度—5℃—40℃相对温度＜75%5.装置尺寸：长：1.8M，宽：0.9M工作台面：0.7M，总高度：1.6M三、IPS-1可开设的实验1、《半导体变流技术》或《电力电子技术基础》①单相半波整流电路②单相桥式整流电路③单相桥式半控整流电路④三相半波整流电路⑤三相桥式整流电路⑥锯齿波移相触发电路⑦正弦波移相触发电路⑧三相桥式有源逆变电路⑨TIDSP数子式PWM直流斩波电路⑩单相交流调压电路⑾三相交流调压电路2、《自动控制系统（上）》或《直流调速系统》实验（1）晶闸管直流调速系统参数和环节特性测定。（2）晶闸管直流调速系统主要单元的分步调试。（3）转速单闭环直流调速系统。（4）转速电流双闭环直流调速系统。（5）逻辑无环流可逆调速系统。（6）数字控制PWM直流斩波调速系统。3、《自动控制系统（下）》或《交流调速系统》实验①双闭环三相异步电机调压调速系统。②双闭环三相异步电机串级调速系统。③数字控制PWM交流变频调速系统。（采用SPWM变压、变频和SVPWM空间矢量调制方法）四、IPS-1配置的实验挂箱和组件：1．实验单元内容LY101：给定G与给定积分GI。LY102：速度调节器ASR、速度反馈BS及零速封锁DZS。LY103：电流调节器ACR、电流反馈BC及倒相器AR。LY104：转矩电平检测DPT、零电流电平检测DPZ、逻辑控制、DLC。LY105—1：正组三相脉冲移相电路CTF。LY105—2：反组三相脉冲移相电路CTR。LY106：锯齿波移相电路CTSA。LY107：调节器外接电容单元C。LY108：单相交流调压触发电路GTV、正弦波触发电路GTSI。LY109—1：微机控制PWM交流调速系统。LY109—2：微机控制PWM直流调速系统。LY110：单结晶体管触发电路。LY111：负载实验挂箱。LY121：主回路控制单元。LY122：各类仪表组合。LY123：二组可控桥。LY124：电源及故障报警保护电路。LY125：PWM数字控制主回路。2．IPS-1实验机组（1）直流电动机：500W、220V、1450rpmin.（2）直流发电机：350W、220V、1450rpmin.（3）绕线式交流异步电机：500W、220V、1450rpmin.（4）直流测速发电机：CFY型、1600rpmin、25V±10%。3．用户需准备仪器仪表①万用表②双踪示波器③慢扫描示波器④双臂滑线电阻⑤直流电流表一台⑥频普分析仪⑦程序示波器第一章运动控制系统实验实验一运动控制系统实验装置的调试与应用（晶闸管直流调速系统主要单元调试）一、实验目的1、熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。2、掌握IPS—1交直流调速装置主要单元部件的调试步骤和方法。3、对实验出现的问题进行分析并排除。二、实验内容1、熟悉IPS—1交直流调速装置的主要工作原理。2、熟悉环示波器的使用。3、调试三相全控桥主电路。4、过流报警的整定。5、调节器的调试。6、电平检测器的调试。7、反号器的调试。8、逻辑控制器的调试。三、实验挂箱LY101LY105LY121——LY124、万用表、双踪示波器、1A500Ω电阻。四、实验步骤1、先按图1—1接好控制回路，观察触发脉冲及移相角是否正确，要求当uct=0V时，用示波器观察ua及1#脉冲α=120°,如不对调整偏置电压up电位器。图1-12、给定电压增加uct↑,则脉冲前移，应停在α=30°处。3、按图1—2接好主回路，负载电阻应放在大于160Ω处，启动主回路，记录不同α角时的ud值及波形与理论值比较。图1-24、去除电阻负载，以大电感与直流电动机作为负载，观察与记录不同α角时的ud值及波形5、过流报警的整定根据本机组功率及晶闸管允许的电流昀大值，过流报警整定，整定在6～7A，其整定方式如下：先按下图接线，当Ug缓慢升高，电流不断增大，当电流表A示的6～7A时，过流报警系统投入工作，若过流报警提早或延缓则可调节面板上过流整定电位器，直到其正常动作为止。图1-36、调节器的调试①调整输出正、负限幅值，加入一定的输入电压，调整正负限幅电位器，使输出正负昀大值为所需的数值。ASR的输出为电流给定整定电流的昀大值，ASR的输出为电流是限α、β角，决定αmin、βmin值。②测定输入输出特性，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压、直至输出限幅值，并画出曲线。③观察PI特性，突加给定电压Ug，用慢扫描示波器观察输出电压变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化，反馈电容由外接电容箱改变数值。7、电平检测器的调试①测定转矩极性鉴别器DPT的环宽，要求环宽为0.4-0.6伏，记录高电平值，调节RPI，使环宽对称纵坐标。②测定零电流检测器DPZ的环宽，要求环宽也为0.4-0.6伏，调节RPI，使回环向纵坐标右侧偏离0.1-0.2伏。④按测得数据，画出两个电平检测器的回环。8、反号器AR的调试测定输入输出比例、调节RP2使Usc=-Usc9、逻辑控制器DLC的调试①测试逻辑功能，列出真值表，真值表应符合下表：UT110001输入UZ100100UF111000输出UR000111(a)(b)图1–4②调试的阶跃信号可从给定器和低压直流电源输出端得到，可按图1—4(b)进行连线测试。实验二双闭环晶闸管不可逆直流调速系统一、实验目的1.了解双闭环晶闸管不可逆直流调速系统的原理，组成及各主要单元部件的原理。2.熟悉电机控制系统实验装置及各单元的结构及调试方法。3.掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤方法和参数的整定。二、实验内容1.各控制单元调试。2.测定电流反馈系数β，转速反馈系数α，整定电流保护动作电流值。3.测定开环机械特性及高速、低速时完整的系统闭环静特性n=f(Id)。4.闭环控制特性n=f(Un)的测定。5.观察、记录系统动态波形。三、实验系统组成及工作原理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参量为转速，故转速环作为外环放在外面，电流作为内环放在里面，这样可控制起动电流的大小抑制电网扰动时对转速的影响，实验系统组成如图2-1所示。LY101给定与给定积分GILY102速度调节器ASR零速封锁DZS速度反馈BSLY103电流调节器ACR电流反馈BCLY105-1移相触发单元LY124电流变换器速度变换器故障报警稳压电源图2–1双闭环晶闸管不可逆直流调速系统原理图系统工作时，先给电动机加励磁，改变给定电压Un的大小即可方便地改变电机的转速，ASR、ACR，均有正负限幅环节，ASR的输出作为ACR的给定决定了电流的大小，利用ASR的输出限幅可达到限制起动电流和制动电流的目的，而ACR的输出作为移相触发电路GT的控制电压，利用ACR的输出限幅可达到限制αmin和βmin的目的。当加入给定Un后，ASR即饱和输出，此时电动机以限定的昀大起动电流加速起动，直到电动机转速到达给定转速（即Uh=Un）并出现超调后，ASR退出饱和，昀后稳定运行在略低于给定转速的数值上。四、实验设备及仪器LY101LY102LY103LY105-1LY121-LY124滑线电阻器（200Ω）二踪慢扫描示波器，光线示波器。五、实验步骤1、开关设置及单元调试①LY105脉冲选择在窄脉冲。②触发电路的调试接线如图3-2，且用示波器观察触发脉冲双脉冲是否正常，观察三相锯齿波斜率是否一致，观察6个触发脉冲，应使其间隔均匀，相互间隔为60°。图2-2③将给定LY101输出Ug直接接到触发电路控制电压Uct处，调节偏移电压Up，使Uct=0时，α=90°。④将LY105面板上的Ublf端接地，可在LY123观察VT1-VT6晶闸管的门极、阴极上的触发脉冲是否正常。2、双闭环调速系统调试原则①先部件、后系统。②先开环、后闭环。③先内环、后外环。3、开环外特性的测定①控制电压Uct由给定器直接接入，直流发电机接负载电阻RG。②逐渐增加给定电压Ug，使电动机起动、升速。调节Ug和RG，使电动机电流Id=Ied,转速n=ned。③改变负载电子RG，即可测出系统的开环特性n=f(Id)。4、单元部件调试方法同实验一相同。5、系统调试将Ublf接地，Ublr悬空，即仅使用I组桥VT1-VT6六个晶闸管。①电流环调试（电动机不加励磁）a.系统开关，主回路接入电阻Rm并调整至昀大，逐渐增加给定电压Ug，用示波器观察晶闸管整流桥两端电压波形，在一个周期内，电压波形应有6个对称波头平滑变化，否则应调整触发电路的锯齿波斜率，以使输出波形对称。b.增加给定电压Ug，减小主回路串接电阻Rm，直至Id=1.2Ied，再调节LY103挂箱上的电流反馈电流器，使电流反馈电压UFI近似等于速度调节器ASR的输出限幅值，继续减小RM，使Id=2Ied，调整LY124挂箱上的FA过流设定电位器，使过流保护动作。c.系统中接入已接成PI调节器的ACR组成电流单闭环系统、逐渐增加电压Ug，使之等于ASR输出限幅值，观察主电路电流Id是否小于或等于1.2Ied，如Id过大，则应调整电流反馈电位器，使Ufi增加直至Id＜1.2Ied；如Id＞1.2Ied则可将Rm减小直至切除，此时Id应增加有限，小于过电流保护整定值，这说明系统已具有限流保护功能，测定Ufi，并计算电流反馈系数β=Ufi/Id②速度环调试（电动机加额定励磁）a.ACR接成PI调节器并接入系统，ASR不接，速度开环，Ug作为ACR输入给定，逐渐加负给定Ug，当转速n=1500r/min时，调节LY102的速度反馈电位器RP5，使速度反馈电压Ufn为-6V左右，计算速度反馈系数α=Ufn/n6、系统特性测试将ASR、ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统。①机械特性n=f(Id)的测定。a.调节转速给定电压Ug并设定发电机负载电阻RG，使Id=Ied,n=ned，改变负载电阻即可测出系统静特性曲线n=f(ld)。若发觉特性大软，可注意调整ASR输出限幅值，适当放大电流给定或调整ACR输出限幅值，使Ud的补偿能力提高。b.降低Ug使转速为500rpm，并改变发电机输出电阻使Id逐渐？Ied，分别测试n=500r/min时的静特性曲线。②闭环控制特性n=f(Ug)的测定。调节Ug及RG，使Id=Ied,n=ned，逐渐降低Ug，记录Un和n，即可测出闭环控制特性n=f(Ug)。7.系统动态波形的观察用双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Ug起动时，电动机电枢电流波形和转速波形。②突加额定负载时电机电枢电流波形和转速波形。③突降负载（20%Ied～100%Ied）时电动机电枢电流和转速波形。实验三逻辑无环流可逆直流调速系统一、实验目的1.了解并熟悉逻辑无环流可逆直流调速系统的原理和组成。2.掌握各控制单元的原理，作用及调试方法。3.掌握逻辑无环流