1、.運動控制系統實驗指導書使用班級：1607111、1606111電氣與自動化工程學院2014.9*;實驗一 晶閘管直流調速系統主要單元調試一實驗目的1熟悉直流調速系統主要單元部件的工作原理及調速系統對其提出的要求。2掌握直流調速系統主要單元部件的調試步驟和方法。二實驗內容1調節器的調試2電平檢測器的調試3反號器的調試4邏輯控制器的調試三實驗設備及儀器1MCL系列教學實驗臺主控制屏。2MCL18組件（適合MCL)或MCL31組件（適合MCL）。3MCL34組件。4MEL-11掛箱5雙蹤示波器6萬用表四實驗方法實驗中所用的各控制單元的原理圖見第一章有關內容。1速度調節器（ASR）的調試 按圖6-5

2、接線，DZS(零速封鎖器)的扭子開關扳向“解除”。 （1）調整輸出正,負限幅值 “5”、“6”端 接MEL-11掛箱，使ASR調節器為PI調節器，加入一定的輸入電壓（由MCL18或主控制屏的給定提供，以下同），調整正、負限幅電位器RP1、RP2，使輸出正負值等于±5V。（2）測定輸入輸出特性 將反饋網絡中的電容短接（“5”、“6”端短接），使ASR調節器為P調節器，向調節器輸入端逐漸加入正負電壓，測出相應的輸出電壓，直至輸出限幅值，并畫出曲線。（3）觀察PI特性 拆除“5”、“6”端短接線，突加給定電壓，用慢掃描示波器觀察輸出電壓的變化規律，改變調節器的放大倍數及反饋電容，觀察輸出電

3、壓的變化。反饋電容由外接電容箱改變數值。2電流調節器（ACR）的調試 按圖6-5接線。（1）調整輸出正,負限幅值 “9”、“10”端 接MEL-11掛箱，使調節器為PI調節器，加入一定的輸入電壓，調整正，負限幅電位器，使輸出正負最大值大于±6V。（2）測定輸入輸出特性 將反饋網絡中的電容短接（“9”、“10”端短接），使調節器為P調節器，向調節器輸入端逐漸加入正負電壓，測出相應的輸出電壓，直至輸出限幅值，并畫出曲線。（3）觀察PI特性 拆除“9”、“10”端短接線，突加給定電壓，用慢掃描示波器觀察輸出電壓的變化規律，改變調節器的放大倍數及反饋電容，觀察輸出電壓的變化。反饋電容由外接電

4、容箱改變數值。3電平檢測器的調試（1）測定轉矩極性鑒別器（DPT）的環寬，要求環寬為0.40.6伏，記錄高電平值 ，調節RP使環寬對稱縱坐標。具體方法：（a）調節給定Ug，使DPT的“1”腳得到約0.3V電壓，調節電位器RP，使“2”端輸出從“1”變為“0”。（b）調節負給定，從0V起調，當DPT的“2”端從“0”變為“1”時，檢測DPZ的“1”端應為-0.3V左右，否則應調整電位器，使“2”端電平變化時，“1”端電壓大小基本相等。（2）測定零電流檢測器（DPZ）的環寬，要求環寬也為0.40.6伏，調節RP，使回環向縱坐標右側偏離0.10.2伏。具體方法：（a）調節給定Ug，使DPZ的“1”端

5、為0.7V左右，調整電位器RP，使“2”端輸出從“1”變為“0”。（b）減小給定，當“2”端電壓從“0”變為“1”時，“1”端電壓在0.10.2V范圍內，否則應繼續調整電位器RP。（3）按測得數據，畫出兩個電平檢測器的回環。4反號器（AR）的調試 測定輸入輸出比例，輸入端加+5V電壓，調節RP，使輸出端為-5V。5邏輯控制器（DLC）的調試測試邏輯功能，列出真值表，真值表應符合下表：輸入UM110001UI100100輸出Uz(Ublf)000111UF(Ublr)111000調試時的階躍信號可從給定器得到。調試方法：按圖6-6接線（a）給定電壓順時針到底，Ug輸出約為12V。（b）此時上下撥

6、動MCL18中G（給定）部分S2開關，Ublf、Ublr的輸出應為高、低電平變化，同時用示波器觀察DLC的“5”，應出現脈沖，用萬用表測量，“3”與“Ublf”，“4”與“Ublr”等電位。（c）把+15V與DLC的“2”連線斷開，DLC的“2”接地，此時撥動開關S2，Ublr、Ublf輸出無變化。五. 實驗報告1畫各控制單元的調試連線圖。2簡述各控制單元的調試要點。實驗二 不可逆單閉環直流調速系統靜特性的研究一、實驗目的1研究晶閘管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調試技術。二、實驗設備及儀器1MCL系

7、列教學實驗臺主控制屏。2 MCL31組件（適合MCL）。3MCL33(A)組件或MCL53組件。4MEL-11掛箱5MEL03三相可調電阻（或自配滑線變阻器）。6電機導軌及測速發電機、直流發電機M01（或電機導軌及測功機、MEL13組件）。7直流電動機M03。8雙蹤示波器。三、注意事項1直流電動機工作前，必須先加上直流激磁。2接入ASR構成轉速負反饋時，為了防止振蕩，可預先把ASR的RP3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7F）。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）。4三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。5電源開

8、關閉合時，過流保護發光二極管可能會亮，只需按下對應的復位開關SB1即可正常工作。6系統開環連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機。7起動電機時，需把MEL-13的測功機加載旋鈕逆時針旋到底，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。四、實驗內容1實驗裝置的有關單元調試（1）檢查、調整鋸齒波觸發器。（2）檢查、調整速度調節器ASR并整定其輸出限幅值。2測定晶閘管-電動機系統的開環機械特性和轉速單閉環調速系統的靜特性。五

9、、實驗步驟及方法1移相觸發電路的調試（主電路不通電）（a）用示波器觀察MCL33（或MCL53，以下同）的雙脈沖觀察孔，應有雙脈沖，且間隔均勻，幅值相同；觀察每個晶閘管的控制極、陰極電壓波形，應有幅值為1V2V的雙脈沖。（b）觸發電路輸出脈沖應在30°90°范圍內可調。可通過對偏移電壓調節單位器及ASR輸出電壓的調整實現。例如：使ASR輸出為0V，調節偏移電壓，實現=90°；再保持偏移電壓不變，調節ASR的限幅電位器RP1，使=30°。2速度調節器（ASR）的調試 按圖1-1接線，DZS(零速封鎖器)的扭子開關扳向“解除”。 （1）調整輸出正,負限幅值

10、“5”、“6”端 接電容，使ASR調節器為PI調節器，然后給ASR加一定的輸入電壓（由給定Ug調節），調整正、負限幅電位器RP1、RP2，使輸出正負值等于±5V。（2）測定輸入輸出特性 將反饋網絡中的電容短接（“5”、“6”端短接），使ASR調節器為P調節器，向調節器輸入端逐漸加入正負電壓，測出相應的輸出電壓，直至輸出限幅值，并畫出曲線。（3）觀察PI特性 斷開“5”、“6”端短接線，突加給定電壓，用慢掃描示波器觀察輸出電壓的變化規律，改變調節器的放大倍數及反饋電容，觀察輸出電壓的變化。反饋電容由外接電容箱改變數值。3求取調速系統在無轉速負反饋時的開環工作機械特性。（1）按圖1-2接

11、線，然后斷開ASR的“3”至Uct的連接線，由Ug（給定）直接加至Uct，且Ug調至零，進行開環系統機械特性實驗。（2）接線經指導老師檢查后方可通電，先接通直流電機勵磁電源，然后合上主控制屏的綠色按鈕開關。 （3）調節給定電壓Ug，使直流電機空載轉速n0=1500轉/分，調節測功機加載旋鈕（或直流發電機負載電阻），在空載至額定負載的范圍內測取78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。id（A）Ud（V）n（r/min）4測取調速系統在帶轉速負反饋時的有靜差閉環工作的靜特性（1）按圖1-2接線，斷開Ug（給定）和Uct的連接線，Ug接至ASR的輸入2腳，ASR輸出接至U

12、ct，把ASR的“5”、“6”點短接。（2）經指導老師檢查后通電，先接通直流電機勵磁電源，然后合上主控制屏的綠色按鈕開關。（3）調節給定電壓Ug至2V，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RP3，使電機穩定運行。（4）調節測功機加載旋鈕（或直流發電機負載電阻），在空載至額定負載范圍內測取78點，讀取Ud、id、n。id（A）Ud（V）n（r/min）5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（1）斷開ASR的“5”、“6”短接線，“5”、“6”端接MEL11電容器，可預置7F，使ASR成為PI（比例積分）調節器。（2

13、）調節給定電壓Ug，使電機空載轉速n0=1500轉/分。在額定至空載范圍內測取78個點。id（A）Ud（V）n（r/min）六、實驗報告1將調速系統的開環機械特性，帶轉速閉環的有靜差系統的靜特性和帶轉速閉環的無靜差系統的靜特性三條曲線繪制于同一個坐標系中。2對三條曲線進行分析、比較，得出結論。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各工作在什么狀態？實驗時應如何接線？2要得到相同的空載轉速n0，亦即要得到整流裝置相同的輸出電壓U，對于有反饋與無反饋調速系統哪個情況下給定電壓要大些？為什么？3在有轉速負反饋的調速系統中，為得到相同的空載轉速n0，轉速反饋的強度對Ug

14、有什么影響？為什么？4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，在線路中調節什么元件能實現？實驗三 轉速、電流雙閉環直流調速系統一、實驗目的1了解雙閉環不可逆直流調速系統的原理，組成及各主要單元部件的原理。2熟悉電力電子及教學實驗臺主控制屏的結構及調試方法。3熟悉MCL-18, MCL-33的結構及調試方法4掌握雙閉環不可逆直流調速系統的調試步驟，方法及參數的整定。二、實驗設備及儀器1MCL系列教學實驗臺主控制屏。2 MCL31組件（適合MCL）。3MCL33組件或MCL53組件。4MEL-11掛箱5MEL03三相可調電阻（或自配滑線變阻器）。6電機導軌及測

15、速發電機、直流發電機M01（或電機導軌及測功機、MEL13組件。7直流電動機M03。8雙蹤示波器。三、注意事項1三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。2電源開關閉合時，過流保護、過壓保護的發光二極管可能會亮，只需按下對應的復位開關SB1、SB2即可正常工作。3系統開環連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機4起動電機時，需把MEL-13的測功機加載旋鈕逆時針旋到底，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進行閉環調試時，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

16、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。四、實驗內容1各控制單元調試2測定電流反饋系數。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、實驗步驟及方法雙閉環晶閘管不可逆直流調速系統由電流和轉速兩個調節器綜合調節，由于調速系統調節的主要量為轉速，故轉速環作為主環放在外面，電流環作為付環放在里面，這樣可抑制電網電壓波動對轉速的影響，實驗系統的組成如圖6-8所示。系統工作時，先給電動機加勵磁，改變給定電壓的大小即可方便地改變電機的轉速。ASR,ACR均有限幅環節，ASR的輸出作為ACR的給定，利用ASR的輸出限幅可達到限制起動電流的目的, A

17、CR的輸出作為移相觸發電路的控制電壓，利用ACR的輸出限幅可達到限制amin和bmin的目的。當加入給定Ug后，ASR即飽和輸出，使電動機以限定的最大起動電流加速起動，直到電機轉速達到給定轉速（即Ug=Ufn），并出現超調后，ASR退出飽和，最后穩定運行在略低于給定轉速的數值上。1按圖接線，未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。（1）用示波器觀察雙脈沖觀察孔，應有間隔均勻，幅度相同的雙脈沖（2）檢查相序，用示波器觀察“1”，“2”脈沖觀察孔，“1”脈沖超前“2”脈沖600，則相序正確，否則，應調整輸入電源。（3）將控制一組橋觸發脈沖通斷的六個直鍵開關彈出，用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰

18、極，應有幅度為1V2V的脈沖。（4）將Ublr接地,可觀察反橋晶閘管的觸發脈沖。2雙閉環調速系統調試原則（1）先部件，后系統。即先將各單元的特性調好，然后才能組成系統。（2）先開環，后閉環，即使系統能正常開環運行，然后在確定電流和轉速均為負反饋時組成閉環系統。（3）先內環，后外環。即先調試電流內環，然后調轉速外環。3開環外特性的測定（1）控制電壓Uct由給定器Ug直接接入，測功機加載旋鈕應逆時針旋到底（或直流發電機所接負載電阻RG斷開）。（2）使Ug=0，調節偏移電壓電位器，使稍大于90°，合上主電路電源，逐漸增加給定電壓Ug，使電機起動，直至電機空載轉速n0=1500r/min，調

19、節直流發電機負載電阻RG，在直流電機空載至額定負載范圍，測取78點，讀取電機轉速n，電機電樞電流Id，測出系統的開環外特性n=f (I)。n(r/min)Id (A)4單元部件調試（1）速度調節器ASR的整定參照實驗一。（2）電流調節器ACR的整定按圖1-1接線。調整輸出正,負限幅值：“9”、“10”端 接電容，使ACR調節器構成PI調節器，加入一定的輸入電壓（由給定Ug調節），調整正、負限幅電位器，使輸出限幅值在±6V左右。測定輸入輸出特性：將反饋網絡中的電容短接（“9”、“10”端短接），使調節器為P調節器，向調節器輸入端逐漸加入正負電壓，測出相應的輸出電壓，直至輸出限幅值，并畫

20、出曲線。觀察PI特性：斷開“9”、“10”端短接線，突加給定電壓，用慢掃描示波器觀察輸出電壓的變化規律，改變調節器的放大倍數及反饋電容，觀察輸出電壓的變化。反饋電容由外接電容箱改變數值。5系統調試將Ublf接地，即使用正組橋。（1）電流環調試（內環）：電動機不加勵磁調試電流環時系統開環，按圖2-1將控制電壓Uct由給定器Ug直接接入，Ug輸出電壓為正，主回路（三相整流電路）中串入直流電流表和電阻Rd并調至最大（Rd由MEL03的兩只900電阻并聯）。經檢查無誤后通電，逐漸增加給定電壓Ug，用示波器觀察晶閘管整流橋兩端電壓波形。在一個周期內，電壓波形應有6個對稱波頭平滑變化 。增加給定電壓Ug，

21、減小主回路串接電阻Rd，直至Id=1.1Ied，再調節MCL-01掛箱上的電流反饋電位器RP，使電流反饋電壓Ufi近似等于速度調節器ASR的輸出限幅值（ASR的輸出限幅為±5V）。關閉電源后，斷開Ug至Uct的接線，將給定Ug接至ACR的“3”端，ACR的輸出“7”端接至Uct，即系統構成電流單閉環系統。然后將ASR的“9”、“10”端接電容，可預置7F，同時，將ASR的反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數最小。經檢查無誤后，再接通電源，逐漸增加給定電壓Ug，使之等于ASR輸出限幅值（+5V），觀察主電路電流是否小于或等于1.1Ied，如Id過大，則應調整電流反饋電位器，使Uif

22、增加，直至Id<1.1Ied；如Id<Ied，則可將Rd減小直至切除，此時應增加有限，小于過電流保護整定值，這說明系統已具有限流保護功能。記錄此時的電流環反饋電壓Uif= V和最大電流Idm= A，并計算電流反饋系數。（2）速度變換器的調試：電動機加額定勵磁調試轉速環時系統開環，按圖2-1將給定電壓Ug直接接至Uct，Ug作為輸入給定，測速發電機反饋電壓接速度變換器FBS的輸入“1”端和“2”端，然后接通主電源，逐漸增加正給定，當轉速n=1500r/min時，調節中速度反饋電位器RP，使速度反饋電壓為+5V左右，記錄此時的轉速nN=1500r/min和轉速反饋電壓Ufnf= V，并

23、計算速度反饋系數。速度反饋極性判斷：在測速度反饋系數的同時，用萬用表判別速度變換器FBS的輸出端電壓極性，務必使接入速度調節器ASR“1”端的電壓極性為負極性。使系統構成負反饋系統。6系統特性測試（1）按圖2-1接線，將ASR,ACR均接成PI調節器接入系統，形成雙閉環不可逆系統。（2）機械特性n=f（Id）的測定接線經指導老師檢查后通電，調節給定電壓Ug，使電機空載轉速達到1500 r/min，再調節發電機負載電阻Rg，從空載（空載時發電機不加勵磁）至電機堵轉或接近堵轉時，分別記錄78點，需要包含電機轉速發生轉折的轉折點，測出系統靜特性曲線n=f（Id）n(r/min)Id(A)（3）降低U

24、g給定，測出n=1000 r/min時的靜特性曲線。n=1000 r/min時的靜特性n(r/min)Id (A)六、實驗報告1根據實驗數據，畫出系統開環機械特性曲線。2計算雙閉環系統的電流反饋系統和速度反饋系數。3根據實驗數據，分別在同一坐標中畫出n=1500r/min，n=1000r/min和n=500r/min的閉環機械特性，并計算靜差率。七、思考題1過電流保護環節的工作原理是什么？怎樣整定？2改變轉速可以調節什么參數？改變最大電流可以調節什么參數？3電流負反饋未接好或極性接錯，會產生什么后果？4轉速反饋極性接錯會有什么后果？實驗四 雙閉環可逆直流脈寬調速系統一、實驗目的1掌握雙閉環可逆

25、直流脈寬調速系統的組成、原理及各主要單元部件的工作原理。2熟悉直流PWM專用集成電路SG3525的組成、功能與工作原理。3熟悉H型PWM變換器的各種控制方式的原理與特點。4掌握雙閉環可逆直流脈寬調速系統的調試步驟、方法及參數的整定。二、實驗內容1PWM控制器SG3525性能測試。2控制單元調試。3系統開環調試。4系統閉環調試5系統穩態、動態特性測試。6H型PWM變換器不同控制方式時的性能測試。三、實驗系統的組成和工作原理TAU-UiASRACRUPWDLDGDPWMFAGMTGM 圖31 雙閉環脈寬調速系統的原理圖在中小容量的直流傳動系統中，采用自關斷器件的脈寬調速系統比相控系統具有更多的優越

26、性，因而日益得到廣泛應用。雙閉環脈寬調速系統的原理框圖如圖31所示。圖中可逆PWM變換器主電路系采用MOSFET所構成的H型結構形式，UPW為脈寬調制器，DLD為邏輯延時環節，GD為MOS管的柵極驅動電路，FA為瞬時動作的過流保護。脈寬調制器UPW采用美國硅通用公司（Silicon General）的第二代產品SG3525，這是一種性能優良，功能全、通用性強的單片集成PWM控制器。由于它簡單、可靠及使用方便靈活，大大簡化了脈寬調制器的設計及調試，故獲得廣泛使用。四、實驗設備及儀器1MCL系列教學實驗臺主控制屏。2MCL18組件（適合MCL)或MCL31組件（適合MCL）。3MCL10組件或MC

27、L10A組件。4MEL-11掛箱5MEL03三相可調電阻（或自配滑線變阻器）。6電機導軌及測速發電機、直流發電機M01（或電機導軌及測功機、MEL13組件。7直流電動機M03。8雙蹤示波器。五、注意事項1直流電動機工作前，必須先加上直流激磁。2接入ASR構成轉速負反饋時，為了防止振蕩，可預先把ASR的RP3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7F）。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（0.9A）。4系統開環連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機。5起動電機時，需把MEL-13的測功機加載旋鈕逆時針旋到底，以免帶負載起動。6

28、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。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。8實驗時需要特別注意起動限流電路的繼電器有否吸合，如該繼電器未吸合，進行過流保護電路調試或進行加負載試驗時，就會燒壞起動限流電阻。六、實驗方法1SG3525性能測試（1）用示波器觀察“1”端的電壓波形，記錄波形的周期、幅度。（2）用示波器觀察“2”端的電壓波形，調節RP2電位器，使方波的占空比為50%。（3）用導線將“G”的“1”和“UPW”的“3”相連，分別調節正負給定，記錄“2”端輸出波形

29、的最大占空比和最小占空比。2控制電路的測試（1）邏輯延時時間的測試在上述實驗的基礎上，分別將正、負給定均調到零，用示波器觀察“DLD”的“1”和“2”端的輸出波形，并記錄延時時間td= （2）同一橋臂上下管子驅動信號列區時間測試分別將“隔離驅動”的G和主回路的G相連，用雙蹤示波器分別測量VVT1.GS和VVT2.GS以及VVT3.GS和VVT4.GS的列區時間：tdVT1.VT2=tdVT3.VT4=3開環系統調試按圖32接線（1）電流反饋系數的調試a將正、負給定均調到零，合上主控制屏電源開關，接通直流電機勵磁電源。b調節正給定，電機開始起動直至達1500r/minc給電動機拖加負載，即逐漸減

30、小發電機負載電阻，直至電動機的電樞電流為0.9A。d調節“FBA”的電流反饋電位器，用萬用表測量“9”端電壓達2V左右。（2）速度反饋系數的調試在上述實驗的基礎上，再次調節電機轉速的1500r/min，調節主控制屏的“FBS”電位器，使速度反饋電壓為5V左右。（3）系統開環機械特性測定參照速度反饋系數調試的方法，使電機轉速達1500r/min，改變直流發電機負載電阻Rd，在空載至額定負載范圍內測取78個點，記錄相應的轉速n和直流發電機電流id）。 n=1500r/min正轉n(r/min)id(A)反轉n(r/min)id(A)調節RP3，使n=1000/min，作同樣的記錄，可得到電機在中速和低速時的機械特性。n=1000r/min正轉n(r/min)id(A)反轉n(r/min)id(A)斷開主電源，S4開關撥向“負給定”，然后按照以上方法，測出系統的反向機械特性。4閉環系統調試將ASR，ACR均接成PI調節器接入系統，形成雙閉環不可逆系統。按圖32接線（1）速度調節器的調試（a）反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數最小；（b）“5”、“6”端接入MEL11電容器，預置57F；（c）調節RP1、RP2使輸出限幅為±2V。（2）電流調節器的調試（a）反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數最小；（b）“