1、运动控制系统实验指导运动控制系统实验指导实验目录实验一实验一 晶闸管不可逆直流调速系统主要单元调试晶闸管不可逆直流调速系统主要单元调试实验二实验二 不可逆单闭环直流调速系统的调试及静特性研究不可逆单闭环直流调速系统的调试及静特性研究实验三实验三 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统双闭环晶闸管不可逆直流调速系统 实验四实验四 双闭环可逆直流脉宽调速系统双闭环可逆直流脉宽调速系统实验一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掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。二、实验内容1调节器的调试 2电平检测器的调试3反号器的调试 4
2、逻辑控制器的调试三、实验设备及仪器1MCL系列教学实验台主控制屏。2MCL31组件。3MCL34组件。4MEL-11挂箱5双踪示波器6万用表实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试 （1 1）调整输出正、负限幅值）调整输出正、负限幅值 “5”、“6”端 接MEL-11挂箱，使ASR调节器为PI调节器，加入一定的输入电压（由MCL18或主控制屏的给定提供，以下同），调整正、负限幅电位器RP1、RP2，使输出正负值等于5V。四、实验方法1速度调节器（ASR）的调试按图6-5接线，DZS(零速封锁器)的扭子开关扳向“解除”。实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试（3）观察PI特性 拆除“5”、“6”端短接
3、线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，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。（2）测定输入输出特性 将反馈网络中的电容短接（“5”、“6”端短接），使ASR调节器为P调节器，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，并画出曲线实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试实验一接线图 （2）测定输入输出特性 将反馈网络中的电容短接（“9”、“10”端短接），使调节器为P调节器，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。2电流调节器（ACR）的调试（1）调整输出正,负限幅值 “9
4、”、“10”端 接MEL-11挂箱，使调节器为PI调节器，加入一定的输入电压，调整正，负限幅电位器，使输出正负最大值大于6V。（3）观察PI特性 拆除“9”、“10”端短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，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。（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RP使环宽对称纵坐标。具体方法：（a）调节给定Ug，使DPT的“1”脚得到约0.3V电压，调节电位器RP，使“2”端输出从“1”变为“0”。（b）调节负给定，从0V起调，当DPT的“2”端从“0”变为“
5、1”时，检测DPZ的“1”端应为-0.3V左右，否则应调整电位器，使“2”端电平变化时，“1”端电压大小基本相等。3电平检测器的调试（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RP，使回环向纵坐标右侧偏离0.1-0.2伏。具体方法：（a）调节给定Ug，使DPZ的“1”端为0.7V左右，调整电位器RP，使“2”端输出从“1”变为“0”。（b）减小给定，当“2”端电压从“0”变为“1”时，“1”端电压在0.10.2V范围内，否则应继续调整电位器RP。（3）按测得数据，画出两个电平检测器的回环。4反号器（AR）的调试 测定输入输出比例，输入端加+5V电压，调节RP，使输
6、出端为-5V 测试逻辑功能，列出真值表，真值表应符合下表：输入UM110001UI100100输出Uz(Ublf)000111UF(Ublr)1110005逻辑控制器（DLC）的调试图6-6 逻辑控制器DLC调试五、实验报告1画各控制单元的调试连线图。2简述各控制单元的调试要点。实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试实验二实验二 不可逆不可逆单闭环直流调速系统的调试单闭环直流调速系统的调试与静特性研究与静特性研究 单闭环系统单闭环系统的的调试原则？调试原则？单闭环系统单闭环系统的的调试步骤？调试步骤？2RP+-*gU+-nUdI1RP0RdU0R1RbalR+-15V+C1G+-ASRMTGct
7、U励磁A+15V-15V一、单闭环系统的调试原则单闭环系统的调试原则1、先部件后系统：、先部件后系统：先将各单元的特性调好，然后才能组成系统。2、先开环，后闭环先开环，后闭环：使系统能正常开环运行，然后再确定转速反馈为负反馈后才能组成闭环系统。2RP+-*gU+-nUdI1RP0RdU0R1RbalR+-15V+C1G+-ASRMTGctU励磁A二、单闭环系统的调试步骤单闭环系统的调试步骤1、各单元的调试、各单元的调试（1）移相触发电路的调试）移相触发电路的调试 观察脉冲相序 零位调整:调偏移电压 Uct=0时,a=90 Ud=0,n=0 uTa=90 uuuvuwuu1#2#3#4#5#6#
8、如何调准90?二、单闭环系统的调试步骤单闭环系统的调试步骤1、各单元的调试（2）转速调节器转速调节器ASR的调试的调试ctU1RP0R0R1RbalR+C1ASR-15V+15V限幅值和参数限幅值和参数 RP1 RP2二、单闭环系统的调试步骤单闭环系统的调试步骤1、各单元的调试（3）主电路的调试）主电路的调试UVW1VT2VT3VT4VT5VT6VTCRA直流电流表03M1A2A1F2FLB1B2M接励磁电源+-+-ctUdIdU-MUgUg从从0开始调开始调二、单闭环系统的调试步骤单闭环系统的调试步骤2、系统的开环调试、系统的开环调试（1）开环运行）开环运行;（2）开环机械特性测试）开环机械
9、特性测试,n-Id曲线。曲线。+-dIdUG+-MctU励励磁磁AUg注意：注意：（1）先加励磁；（2）密切注视电流表；（3）零位是否准确；（4）起动时逐渐加给定。Id(A)n(r/min)二、单闭环系统的调试步骤单闭环系统的调试步骤3、系统的闭环调试、系统的闭环调试（1）转速反馈系数的调试）转速反馈系数的调试:1600rpm对应反馈电压对应反馈电压2V.励励磁磁Ug2RP+-+-nUdIdU+MTGctUA二、单闭环系统的调试步骤单闭环系统的调试步骤3、系统的闭环调试、系统的闭环调试（2）系统闭环运行；（）系统闭环运行；（3）闭环静特性测试）闭环静特性测试2RP+-*gU+-nUdI1RP0
10、RdU0R1RbalR+-15V+C1G+-ASRMTGctU励励磁磁A 注意：注意：负给定；反馈极性；加负载时密切注视电流表Id(A)n(r/min)三、注意事项1 1 改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断断 开开”红色按钮，同时使系统的给定为零。红色按钮，同时使系统的给定为零。2 2 测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值额定值(1.1A).(1.1A).3 3 双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，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
11、位故在使用时，必须使两探头的地线同电位(只用一根只用一根地线即可地线即可)，以免造成短路事故。，以免造成短路事故。四、思考题四、思考题1闭环系统的调试原则是什么？2如何整定系统的零位？3如何整定反馈系数?4.如果发现闭环后，转速很高且不可控，是什么原因，应该如何处理？实验三 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熟悉电力电子及教学实验台主控制屏的结构及调试方法。3熟悉MCL-18,MCL-33的结构及调试方法4掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。二、实验内容：1各控制单元调试 2测定电流反馈系数。3.
12、测定开环机械特性及闭环静特性 4闭环控制特性的测定。5观察，记录系统动态波形。三、实验系统组成及工作原理1 1三相主电源连线时需注意，不可换错相序。三相主电源连线时需注意，不可换错相序。2 2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，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只需按下对应的复位开关SB1SB1、SB2SB2即可正常工作。即可正常工作。3 3系统开环连接时，不允许突加给定信号系统开环连接时，不允许突加给定信号UgUg起动电机起动电机4 4起动电机时，需把起动电机时，需把MEL-13MEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免的测
13、功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。带负载起动。5 5改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开断开”红色按红色按钮，同时使系统的给定为零。钮，同时使系统的给定为零。6 6进行闭环调试时，若电机转速达最高速且不可调，注意转速反馈进行闭环调试时，若电机转速达最高速且不可调，注意转速反馈的极性是否接错。的极性是否接错。7 7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，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
14、路事故。路事故。四、注意事项 五、实验方法1未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。（1）用示波器观察双脉冲观察孔，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲（2）检查相序，用示波器观察“1”，“2”脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。（3）将控制一组桥触发脉冲通断的六个直键开关弹出，用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V2V的脉冲。（4）将Ublr接地,可观察反桥晶闸管的触发脉冲。图6-8 实验三接线图（1）先部件，后系统。即先将各单元的特性调好，然后才能组成系统。（2）先开环，后闭环，即使系统能正常开环运行，然后在确定电流和转速均为负反馈时组成
15、闭环系统。（3）先内环，后外环。即先调试电流内环，然后调转速外环。2双闭环调速系统调试原则（1）控制电压Uct由给定器Ug直接接入，测功机加载旋钮应逆时针旋到底（或直流发电机所接负载电阻RG断开）。3开环外特性的测定n(r/min)I(A)注意，若给定电压Ug为0时，电机缓慢转动，则表明太小，需后移。（2）使Ug=0，调节偏移电压电位器，使稍大于90，合上主电路电源，调节调压器旋钮，使Uuv，Uvw，Uwu为200V，逐渐增加给定电压Ug，使电机起动、升速，调节Ug使电机空载转速n0=1500r/min，再调节测功机加载旋钮（或负载电阻RG），改变负载，在直流电机空载至额定负载范围，测取78点
16、，读取电机转速n，电机电枢电流Id，即可测出系统的开环外特性n=f(Id)。填入下表：ASR调试：方法与实验二相同。ACR调试：使调节器为PI调节器，加入一定的输入电压，调整正，负限幅电位器，使脉冲前移a30,使脉冲后移=30，反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小。4单元部件调试5系统调试将Ublf接地，Ublr悬空，即使用一组桥六个晶闸管。（1）电流环调试 电动机不加励磁电动机不加励磁（a）系统开环，即控制电压Uct由给定器Ug直接接入，开关S拨向左边，主回路接入电阻Rd并调至最大（Rd由MEL03的两只900电阻并联）。逐渐增加给定电压，用示波器观察晶闸管整流桥两端电压波形。在一个
17、周期内，电压波形应有6个对称波头平滑变化。（b）增加给定电压，减小主回路串接电阻Rd，直至Id=1.1Ied，再调节MCL-01挂箱上的电流反馈电位器RP，使电流反馈电压Ufi近似等于速度调节器ASR的输出限幅值（ASR的输出限幅可调为5V）。（c）MCL18（或实验台主控制屏）的G（给定）输出电压Ug接至ACR的“3”端，ACR的输出“7”端接至Uct，即系统接入已接成PI调节的ACR组成电流单闭环系统。ASR的“9”、“10”端接MEL11电容器，可预置7F，同时，反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小。逐渐增加给定电压Ug，使之等于ASR输出限幅值（+5V），观察主电路电流是否小于
18、或等于1.1Ied，如Id过大，则应调整电流反馈电位器，使Ufi增加，直至Id1.1Ied；如IdIed，则可将Rd减小直至切除，此时应增加有限，小于过电流保护整定值，这说明系统已具有限流保护功能。测定并计算电流反馈系数。（1）电流环调试 电动机不加励磁电动机不加励磁电动机加额定励磁（a）系统开环，即给定电压Ug直接接至Uct，Ug作为输入给定，逐渐加正给定，当转速n=1500r/min时，调节FBS（速度变换器）中速度反馈电位器RP，使速度反馈电压为+5V左右，计算速度反馈系数。（2）速度变换器的调试）速度变换器的调试 （b）速度反馈极性判断：系统中接入ASR构成转速单闭环系统，即给定电压U
19、g接至ASR的第2端，ASR的第3端接至Uct。调节Ug（Ug为负电压），若稍加给定，电机转速即达最高速且调节Ug不可控，则表明单闭环系统速度反馈极性有误。但若接成转速电流双闭环系统，由于给定极性改变，故速度反馈极性可不变 将ASR,ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统。6系统特性测试（a）反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小；（b）“5”、“6”端接入MEL11电容器，预置57F；（c）调节RP1、RP2使输出限幅为5V。调节转速给定电压Ug，使电机空载转速至1500 r/min，再调节测功机加载旋钮（或发电机负载电阻Rg），在空载至额定负载范围内分别记录78点，可测
20、出系统静特性曲线n=f（Id）（1）机械特性n=f（Id）的测定n(r/min)I(A)（2）闭环控制特性n=f(Ug)的测定调节Ug，记录Ug和n，即可测出闭环控制特性n=f(Ug)。n(r/min)Ug(V)（2）闭环控制特性n=f(Ug)的测定调节Ug，记录Ug和n，即可测出闭环控制特性n=f(Ug)。用二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，电动机电枢电流波形和转速波形。（3）突降负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。注：电动机电枢电流波形的观察可通过
21、ACR的第“1”端转速波形的观察可通过ASR的第“1”端7系统动态波形的观察 1根据实验数据，画出闭环控制特性曲线。2根据实验数据，画出闭环机械特性，并计算静差率。3根据实验数据，画出系统开环机械特性，计算静差率，并与闭环机械特性进行比较。4分析由光线示波器记录下来的动态波形。六、实验报告实验四 双闭环可逆直流脉宽 调速系统一、实验目的1掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理。2熟悉直流PWM专用集成电路SG3525的组成、功能与工作原理。3熟悉H型PWM变换器的各种控制方式的原理与特点。4掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。二、实验内容1
22、PWM控制器SG3525性能测试。2控制单元调试。3系统开环调试。4系统闭环调试5系统稳态、动态特性测试。6H型PWM变换器不同控制方式时的性能测试。实验四 双闭环可逆直流脉宽 调速系统图610 双闭环脉宽调速系统的原理图实验四 双闭环可逆直流脉宽 调速系统三、实验系统的组成和工作原理MTGFATAPWMGDDLDUPWACRASRU*n+-UnU*iUiGM实验四 双闭环可逆直流脉宽 调速系统四、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
23、（预置7F）。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系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。5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。注意事项7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8实验时需要特别注意起动限流电路的继电器有否吸合，如该继电器未吸合，进行过流保护电路调试或进行加负载试验时，就会烧坏起动限流电阻。实验四 双闭环可逆直流脉宽 调速系统五、实验方法 1SG3525性能测试性能测试 分别连接“3”和“5”、“4”和“6”、“7”和“27”、“
24、31”和“22”、“32”和“23”，然后打开面板右下角的电源开关。（1）用示波器观察“25”端的电压波形，记录波形的周期，幅度（需记录S1开关拨向“通”和“断”两种情况）（2）S5开关打向“OV”,用示波器观察“30”端电压波形，调节RP2电位器，使方波的占空比为50。S5开关打向“给定”分别调节RP3、RP4，记录“30”端输出波形的最大占空比和最小占空比。（分别记录S2打向“通”和“断”两种情况）实验四 双闭环可逆直流脉宽 调速系统五、实验方法2控制电路的测试控制电路的测试(1)逻辑延时时间的测试 S5开关打向“0V”，用示波器观察“33”和“34”端的输出波形。并记录延时时间。td=(
25、2)同一桥臂上下管子驱动信号死区时间测试 分别连接“7”和“8”、“10”和“11”，“12”和“13”、“14”和“15”、“16”和“17”、“18”和“19”，用双踪示波器分别测量VVT1。GS 和VVT2。注意:测试完毕后，需拆掉“7”和“8”以及“10”和“11”的连线。实验四 双闭环可逆直流脉宽 调速系统五、实验方法3开环系统调试开环系统调试（1 1）速度反馈系数的调试）速度反馈系数的调试 断开主电源，并逆时针调节调压器旋钮到底，断开“9”、“10”所接的电阻，接入直流电动机M03，电机加上励磁。S4开关扳向上，同时逆时针调节RP3电位器到底，合上主电源，调节交流电压输出至220V
26、左右。调节RP3电位器使电机转速逐渐升高，并达到1400rmin，调节FBS的反馈电位器RP，使速度反馈电压为2V。实验四 双闭环可逆直流脉宽 调速系统五、实验方法3开环系统调试开环系统调试（2）系统开环机械特性测定）系统开环机械特性测定 参照速度反馈系数调试的方法，使电机转速达1400r/min，改变或直流发电机负载电阻Rd，在空载至额定负载范围内测取78个点，记录相应的转速n和转矩M（或直流发电机电流id）实验四 双闭环可逆直流脉宽 调速系统n(r/min)id(A)M(N.m)N=1400r/min调节RP3，使n=1000/min和n=500r/min，作同样的记录，可得到电机在中速和
27、低速时的机械特性n(r/min)id(A)M(N.m)实验四 双闭环可逆直流脉宽 调速系统n(r/min)id(A)M(N.m)n=1000r/min n=500r/min 开环机械特性测定4闭环系统调试闭环系统调试 将ASR,ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统。按图611接线。4闭环系统调试闭环系统调试（1）速度调节器的调试 （a）反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小；（b）“5”、“6”端接入MEL11电容器，预置57F；（c）调节RP1、RP2使输出限幅为2V。（2）电流调节器的调试 （a）反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小；（b）“5”、“6”端接入
28、MEL11电容器，预置57F；(c）S5开关打向“给定”，S4开关扳向上，调节MCL-10的RP3电位器，使ACR输出正饱和，调整ACR的正限幅电位器RP1，用示波器观察“30”的脉冲，不可移出范围。S5开关打向“给定”，S4开关打向下至“负给定”，调节MCL-10的RP4电位器，使ACR输出负饱和，调整ACR的负限幅电位器RP2，用示波器观察“30”的脉冲，不可移出范围。实验四 双闭环可逆直流脉宽 调速系统5系统静特性测试系统静特性测试 （1）机械特性）机械特性n=f（Id）的测定的测定 S5开关打向“给定”，S4开关扳向上，调节MCL-10的RP3电位器，使电机空载转速至1400 r/mi
29、n，再调节发电机负载电阻Rg，在空载至额定负载范围内分别记录78点，可测出系统正转时的静特性曲线n=f（Id）S5开关打向“给定”，S4开关打向下至“负给定”，调节MCL-10的RP4电位器，使电机空载转速至1400 r/min，再调节测功机加载旋钮（或发电机负载电阻Rg），在空载至额定负载范围内分别记录78点，可测出系统反转时的静特性曲线n=f（Id）实验四 双闭环可逆直流脉宽 调速系统n(r/min)I(A)n(r/min)I(A)正转反转实验四 双闭环可逆直流脉宽 调速系统5系统静特性测试系统静特性测试（2 2）闭环控制特性）闭环控制特性n=f(Ugn=f(Ug)的测定的测定 S5开关打
30、向“给定”，S4开关扳向上，调节MCL-10的RP3电位器，记录Ug和n，即可测出闭环控制特性n=f(Ug)。n(r/min)Ug(V)实验四 双闭环可逆直流脉宽 调速系统6系统动态波形的观察系统动态波形的观察 用二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，电动机电枢电流波形和转速波形。（3）突降负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。注：电动机电枢电流波形的观察可通过MCL-03的ACR的第“1”端 转速波形的观察可通过MCL-03的ASR的第“1”端。实验四 双
31、闭环可逆直流脉宽 调速系统六、实验报告1根据实验数据，列出SG3525的各项性能参数、逻辑延时时间、同一桥臂驱动信号死区时间、起动限流继电器吸合时的直流电压值等。2列出开环机械特性数据,画出对应的曲线,并计算出满足S=0.05时的开环系统调速范围。3根据实验数据，计算出电流反馈系数与速度反馈系数。4列出闭环机械特性数据，画出对应的曲线，计算出满足S=0.05时的闭环系统调速范围，并与开环系统调速范围相比较。实验四 双闭环可逆直流脉宽 调速系统六、实验报告5列出闭环控制特性n=f（ug）数据，并画出对应的曲线。6画出下列动态波形（1）突加给定时的电动机电枢电流和转速波形，并在图上标出超调量等参数。（2）突加与突减负载时的电动机电枢电流和转速波形。7试对H型变换器的优缺点以及由SG3525控制器构成的直流脉宽调速系统的优缺点及适用场合作出评述。8对实验中感兴趣现象的分析、讨论。实验四 双闭环可逆直流脉宽 调速系统七、思考题1为了防止上、下桥臂的直通，有人把上、下桥臂驱动信号死区时间调得很大，这样做行不行，为什么？您认为死区时间长短由哪些参数决定？2与采用晶闸管的移相控制直流调速系统相对比，试归纳采用自关断器件的脉宽调速系统的优点。实验四 双闭环可逆直流脉宽 调速系统 谢 谢！
