1、第二章運動控制（一）實驗實驗三 不可逆單閉環直流調速系統靜特性的研究實驗目的研究晶閘管直流電動機調速系統在反饋控制下的工作。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。學習反饋控制系統的調試技術。實驗系統組成及工作原理采用閉環調速系統，可以提高系統的動靜態性能指標。轉速單閉環直流調速系統是常 用的一種形式。實驗圖3一1所示是轉速單閉環直流調速系統的實驗線路圖。實驗圖3一1轉速單閉環直流調速系統圖中電動機的電樞回路由晶閘管組成的三相橋式全控整流電路V供電，通過與電動機 同軸剛性連接的測速發電機TG檢測電動機的轉速，并經轉速反饋環節FBS分壓后取出合 適的轉速反饋信號Un，此電

2、壓與轉速給定信號U：經速度調節器ASR綜合調節，ASR的 輸出作為移相觸發器GT的控制電壓Uct，由此組成轉速單閉環直流調速系統。圖中DZS 為零速封鎖器，當轉速給定電壓U：和轉速反饋電壓Un均為零時，DZS的輸出信號使轉速 調節器ASR鎖零，以防止調節器零漂而使電動機產生爬行。三、實驗設備及儀器MCLII型電機控制教學實驗臺主控制屏。MCL20 組件。MCL03 組件。MEL11電容箱。MEL03三相可調電阻（或自配滑線變阻器）電機導軌及測速發電機、直流發電機MO l直流電動機M03。雙蹤示波器。四.實驗內容移相觸發電路的調試（主電路未通電）（a）用示波器觀察MCL-20的脈沖觀察孔，應有雙

3、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1V-2V的雙脈沖。（b）觸發電路輸出脈沖應在3090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a=90：再保 持偏移電壓不變，調節ASR的限幅電位器RP1，使a =30。求取調速系統在無轉速負反饋時的開環工作機械特性。a.斷開ASR （MCL03 ）的“3”至Uct （MCL20）的連接線，G （給定）直接加 至Uct且Ug調至零，直流電機勵磁電源開關閉合。b .合上主控制屏的綠色按鈕開關，調節三相調壓器的輸出，使Uuv、 Uvw,Uwu=200

4、V。c.調節給定電壓Ug，使直流電機空載轉速no=1500轉/分，調節直流發電機負載電 阻，在空載至額定負載的范圍內測取7-8點，讀取整流裝置輸出電壓，輸出電流id以及 被測電動機轉速n。斷開G （給定）和UM的連接線，ASR的輸出（“3”）接至Uct把ASR的“5”、“6” 點短接。合上主控制屏的綠色按鈕開關，調節Uuv、Uvw、Uwu為200伏。調節給定電壓認至2V,調整轉速變換器RP電位器，使1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。id(A)Ud (V)n (r/min)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

5、負載范圍內測取7 8 點，讀取Ud、id、n。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斷開ASR的“5”、“6”短接線，“5”、“6”端接MEL-11電容器，可預置7uF,使 ASR成為PI （比例一積分）調節器。調節給定電壓Ug，使電機空載轉速no=1500轉/分。在額定至空載范圍內測取7-8 個點。id(A)Ud（V）n (r/min)注意事項直流電動機工作前，必須先加上直流激磁。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7MF）測取靜特性時，須注意主電路電流不許超

6、過電機的額定值（IA）。三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。MCL-20面板的右下端電源開關閉合時，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SBI、SB2即可正常工作。系統開環連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機，同時，三相主電源輸出U、 V、W盡可能從0V起調。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。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。實驗報告1 .繪制實驗所得靜特性，并進行分析、比較。系統調試的心得體會。思考題系統在開環、有靜差閉環與

7、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？要得到相同的空載轉速no,亦即要得到整流裝置相同的輸出電壓Ug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？在有轉速負反饋的調速系統中，為得到相同的空載轉速n。，轉速反饋的強度對Ug 有什么影響？為什么？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？實驗四 雙閉環晶閘管不可逆直流調速系統實驗目的了解轉速、電流雙閉環直流調速系統的組成。掌握雙閉環直流調速系統的調試步驟、方法及參數的整定。測定雙閉環直流調速系統的靜態和動態性能及其指標。了解調節器參數

8、對系統動態性能的影響。二、實驗系統組成及工作原理雙閉環調速系統的特征是系統的電流和轉速分別由兩個調節器控制，由于調速系統調 節的主要參量是轉速，故轉速環作為主環放在外面，而電流環作為副環放在里面，可以及 時抑制電網電壓擾動對轉速的影響。實際系統的組成如實驗圖4一1所示。實驗圖4一1轉速、電流雙閉環直流調速系統主電路采用三相橋式全控整流電路供電。系統工作時，首先給電動機加上額定勵磁， 改變轉速給定電壓U：可方便地調節電動機的轉速。速度調節器ASR,電流調節器ACR均 設有限幅電路，ASR的輸出U：作為ACR的給定，利用ASR的輸出限幅氣如起限制起動 電流的作用；ACR的輸出Uct作為觸發器TG的

9、移相控制電壓，利用ACR的輸出限幅Ucm 起限制anin的作用。當突加給定電壓U：時，ASR立即達到飽和輸出U*m盤，使電動機以限定的最大電流 Idm加速起動，直到電動機轉速達到給定轉速（即Un=U：）并出現超調，使ASR退出飽 和，最后穩定運行在給定轉速（或略低于給定轉速）上。三、實驗設備及儀器MCL-II型電機控制教學實驗臺主控制屏MCL20 掛箱MCL03 組件。MEL11電容箱。MEL03三相可調電阻(或自配滑線變阻器)電機導軌及測速發電機、直流發電機M01直流電動機M03。雙蹤示波器。直流電動機M03實驗內容MCL20的調試各控制單元調試測定電流反饋系數。測定開環機械特性及閉環靜特性

10、。閉環控制特性的測定。觀察，記錄系統動態波形。五、實驗步驟及方法按圖接線，未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。打開MCL20電源開關，給定電壓有電壓顯示。開關設置：脈沖選擇開關不按下，DZS(零速封鎖器)的扭子開關扳向“封鎖”。用示波器觀察脈沖觀察孔，應有間隔均勻，幅度相同的雙脈沖。檢查相序，用示波器觀察“1”，2”單脈沖觀察孔，“1”脈沖超前“2”脈沖60， 則相序正確，否則，應調整輸入電源。MCL20調試及開關設置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，陰極，應有幅度為1 V-2V的脈沖。雙閉環調速系統調試原則先部件，后系統。即先將各單元的特性調好

11、，然后才能組成系統。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。先內環，后外環。即先調試電流內環，然后調轉速外環。開環外特性的測定控制電壓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)。使Ug =0，調節偏移電壓電位器，使a稍大于90，合上主電路電源，調節調壓 器旋鈕，使Uuv、 Uvw、Uwu為200V，逐漸增加給定電壓Ug，使電機起動、升速，調節 Ug使電機空載轉速n1500；/min，再調節測功機加載旋鈕(或負載電阻Rg)，改變負載， 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

12、電樞電流Id，即可 測出系統的開環外特性n=f (Id)。Id(A)Ud (V)n (r/min)注意，若給定電壓Ug為0時，電機緩慢轉動，則表明a太小，需后移。單元部件調試 SASR調試方法與實驗二相同。ACR調試：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， 使脈沖前移a30。，使脈沖后移片30，反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數最小。系統調試將ublf接地，ublr懸空，即使用一組橋六個晶閘管。電流環調試電動機不加勵磁系統開環，即控制電壓Uct由給定器Ug直接接入，開關S撥向左邊，主回路接 入電阻Rd并調至最大(Rd由 MEL-03的兩只900。電阻并聯)。逐漸

13、增加給定電壓，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，減小主回路串接電阻Rd，直至Id= 1. lIed,再調節MCL20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 的輸出限幅可調為5V)。MCL20的G (給定)輸出電壓Ug接至MCL03上ACR的“3”端，ACR的 輸出“7”端接至Uct，即系統接入已接成PI調節的ACR組成電流單閉環系統。ASR的“9”、“10”端接MELl l電容器，可預置7Mf，同時，反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放 大倍數最小。逐漸增加給定電壓Ug使

14、之等于ASR輸出限幅值(+5V)，觀察主電路電流是否 小于或等于1.11 d，如Id過大，則應調整電流反饋電位器，使Ufi增加，直至Id1. l Id；如 ed dd edIdIed，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 己具有限流保護功能。測定并計算電流反饋系數速度變換器的調試電動機加額定勵磁系統開環，即給定電壓Ug直接接至Uct，Ug作為輸入給定，逐漸加正給定，當 轉速n=1500r/min時，調節MCL03掛箱上的FBS (速度變換器)中速度反饋電位器RP, 使速度反饋電壓為+5V左右，計算速度反饋系數。注:反饋電壓可由MCL03上部的數顯窗讀出，通過

15、直鍵開關的切換可分別指示FBS, ASR, ACR的輸出電壓值。速度反饋極性判斷：系統中接入ASR構成轉速單閉環系統，即給定電壓Ug接 至ASR的第2端，ASR的第3端接至Uct。調節Ug ( Ug為負電壓)，若稍加給定，電機轉 速即達最高速且調節Ug不可控，則表明單閉環系統速度反饋極性有誤。但若接成轉速一 電流雙閉環系統，由于給定極性改變，故速度反饋極性可不變。系統特性測試將ASR, ACR均接成PI調節器接入系統，形成雙閉環不可逆系統。ASR的調試：(a)反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數最小；“5”、“6”端接入MEL11電容器，預置57歸：調節RPl、RP2使輸出限幅為5V.(1

16、)機械特性n =f (Id )的測定n (r/min)ggUg (V)調節轉速給定電壓Ug,使電機空載轉速至1500 r/min，再調節測功機加載旋鈕(或發電 機負載電阻取),在空載至額定負載范圍內分別記錄78點，可測出系統靜特性曲線n=f (Id )Id(A)Ud (V)n (r/min)(2)閉環控制特性n =f (Ug )的測定調節Ug，記錄 隊和即可測出閉環控制特性n =f(Ug )。n (r/min)系統動態波形的觀察用二蹤慢掃描示波器觀察動態波形，用光線示波器記錄動態波形。在不同的調節器參 數下，觀察，記錄下列動態波形：突加給定起動時，電動機電樞電流波形和轉速波形。突加額定負載時，

17、電動機電樞電流波形和轉速波形。突降負載時，電動機電樞電流波形和轉速波形。注：電動機電樞電流波形的觀察可通過MCL-03的ACR的第“1”端，轉速波形的觀察可通過MCL-03的ASR的第“1”端六、實驗注意事項三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。MCL20面板的右下端電源開關閉合時，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SBl、SB2即可正常工作。系統開環連接時，不允許突加給定信號U：起動電機，同時，三相主電源輸出U、 V、W盡可能從0V起調。起動電機時，需把M EL-13的測功機加載旋鈕逆時針旋到底，以免帶負載起動。改變接線時，必須先按下主控制屏總電源開關的“斷開”

18、紅色按鈕，同時使系統 的給定為零。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。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。實驗報告1 .根據實驗數據，畫出閉環控制特性曲線。根據實驗數據，畫出閉環機械特性，并計算靜差率。根據實驗數據，畫出系統開環機械特性，計算靜差率，并與閉環機械特性進行比 較。分析由光線示波器記錄下來的動態波形。第三章 運動控制（二）實驗實驗六 雙閉環三相異步電動機調壓調速系統實驗目的1 .熟悉相位控制交流調壓調速系統的組成與工作。了解并熟悉雙閉環三相異步電動機調壓調速系統

19、的原理及組成。了解繞線式異步電動機轉子串電阻時在調節定子電壓調速時的機械特性。通過測定系統的靜特性和動態特性進一步理解交流調壓系統中電流環和轉速環的 作用。實驗內容測定繞線式異步電動機轉子串電阻時的人為機械特性。測定雙閉環交流調壓調速系統的靜特性。測定雙閉環交流調壓調速系統的動態特性。實驗系統組成及工作原理雙閉環三相異步電動機調壓調速系統的主電路為三相晶閘管交流調壓器TVC及三相 繞線式異步電動機M （轉子回路串電阻）。控制系統由零速封鎖器DZS、電流調節器ACR, 速度調節器ASR、電流變換器FBC,速度變換器FBS,觸發器GT、脈沖放大器AP1等組成。 其系統原理圖如實驗圖6一1所示。實驗

20、圖6 1雙閉環三相異步電動機調壓調速系統原理圖整個系統采用了速度、電流兩個反饋控制環。這里的速度環作用基本上與直流調速系 統相同，而電流環的作用則有所不同。在穩定運行的情況下，電流環對電網擾動仍有及時 的抗擾作用，但在起動過程中電流環僅起限制最大電流的作用，不會出現最佳起動的恒流 特性，也不可能是恒轉矩起動。異步電動機調壓調速系統結構簡單，采用雙閉環時靜差率較小，且比較容易實現正、 反轉、反接和能耗制動。但在恒轉矩負載下不能長時間低速運行，因為低速運行時轉差功 率Ps=sPm全部消耗在轉子電阻中，時間長了會使轉子過熱。實驗設備和儀器MCL-II型電機控制教學實驗臺主控制屏MCL-20 掛箱MC

21、L-3 掛箱二蹤慢掃描示波器萬用電表MEL-03 （或自配滑線電阻器）MEL-I 1電容掛箱光線示波器電機導軌及測速發電機、直流發電機M01。繞線式異步電動機注意事項接入ASR構成轉速負反饋時，為了防止振蕩，可預先把ASR的R.P3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7gF）o測取靜特性時，須注意電流不許超過電機的額定值（0.55A）。三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。MCL- 2 0面板的右下端電源開關閉合時，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SBI、SB2即可正常工作。6 .系統開環連接時，不允許突加

22、給定信號U9起動電機，同時，三相主電源輸出U、 V、W盡可能從0V起調。起動電機時，需把滑線電阻器旋鈕逆時針旋到底，以免帶負載起動。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。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。10 .低速實驗時，實驗時間應盡量短，以免電阻器過熱引起串接電阻數值的變化。繞線式異步電動機：PN=100W, Un=220V, In=0.55A, nN=1350, MN=0.68, Y 接。實驗方法移相觸發電路的調試（主電路未通電）（a）用示波器觀察MCL-

23、2 0的單、雙脈沖觀察孔，應有雙脈沖，且間隔均勻，幅 值相同；將G輸出直接接至Uct，調節Uct。（b）將面板上的Ublf端接地，調節偏移電壓Ub，使Uct=0時，a接近15 0，觀察 晶閘管的觸發脈沖是否正常（應有幅值為1 V-2V的雙脈沖）。（c）觸發電路輸出脈沖應在3090范圍內可調。可通過對偏移電壓調節電位器及 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a =90；再保 持偏移電壓不變，調節ASR的限幅電位器RP1，使a=30。控制單元調試按直流調速系統方法調試各單元求取調速系統在無轉速負反饋時的開環工作機械特性。斷開ASR(MCL-03)的“3”至Uct:(MCL-20)的連接線，G (給定)直接加 至uct，且Ug調至零。直流電機勵磁電源開關閉合。電機轉子回路接入每相為10Q左右的三相電阻。合上主控制屏的綠色按鈕開關，調節三相調壓器的輸出，使Uuv, Uvw, Uwu=230V。調節給定電