运动控制实验指导书Word下载.docx

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4．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）

5．直流电动机M03

6．双踪示波器

7．万用表

五．注意事项

1．由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。

2．为防止电枢过大电流冲击，每次增加Ug须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。

3．电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。

六．实验方法

1．电枢回路电阻R的测定

电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻Ra，平波电抗器的直流电阻RL和整流装置的内阻Rn，即R=Ra+RL+Rn

为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如图1-1所示。

将变阻器RD（可采用两只900Ω电阻并联）接入被测系统的主电路，并调节电阻负载至最大。

测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。

NMCL-31的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。

调节偏移电压电位器RP2，使=150°

。

NMCL-32的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”。

合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W端有电压输出，

调节Ug使整流装置输出电压Ud=（30~70）Ued（可为110V），然后调整RP使电枢电流为（80~90）Ied，读取电流表A和电压表V的数值为I1,U1，则此时整流装置的理想空载电压为

Udo=I1R+U1

调节RP，使电流表A的读数为40%Ied。

在Ud不变的条件下读取A，V表数值，则

Udo=I2R+U2

求解两式，可得电枢回路总电阻

R=（U2-U1）/（I1-I2）

如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得

RL+Rn=（U’2-U’1）/（I’1-I’2）

则电机的电枢电阻为

Ra=R（RL+Rn）

同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻RL

2．电枢回路电感L的测定

电枢电路总电感包括电机的电枢电感La，平波电抗器电感LL和整流变压器漏感LB，由于LB数值很小，可忽略，故电枢回路的等效总电感为

L=La+LL

电感的数值可用交流伏安法测定。

电动机应加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如图1-2所示。

合上主电路电源开关，用电压表和电流表分别测出通入交流电压后电枢两端和电抗器上的电压值Ua和UL及电流I，从而可得到交流阻抗Za和ZL，计算出电感值La和LL。

实验时，交流电流的有效值应小于电机直流电流的额定值，

Za=Ua/I

ZL=UL/I

3．直流电动机—发电机—测速发电机组的飞轮惯量GD2的测定。

电力拖动系统的运动方程式为

式中M—电动机的电磁转矩，单位为N.m;

ML负载转矩，空载时即为空载转矩MK，单位为N.m;

n电机转速，单位为r/min;

电机空载自由停车时，运动方程式为

故

式中GD2的单位为N.m2.

MK可由空载功率（单位为W）求出。

dn/dt可由自由停车时所得曲线n=f（t）求得，其实验线路如图1-3所示。

电动机M加额定励磁。

NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。

合上主电路电源开关，调节Uct，将电机空载起动至稳定转速后，测取电枢电压Ud和电流IK，然后断开Uct，用记忆示波器拍摄曲线，即可求取某一转速时的MK和dn/dt。

由于空载转矩不是常数，可以转速n为基准选择若干个点（如1500r/min，1000r/min），测出相应的MK和dn/dt，以求取GD2的平均值。

电机为1500r/min。

Ud（v）

IK（A）

dn/dt

PK

MK

GD2

电机为1000r/min。

4．主电路电磁时间常数的测定

采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数Td，电枢回路突加给定电压时，电流id按指数规律上升

当t=Td时，有

实验线路如图14所示。

合上主电路电源开关，电机不加励磁。

调节Uct，监视电流表的读数，使电机电枢电流为（50~90）Ied。

然后保持Uct不变，突然合上主电路开关，用数字示波器拍摄id=f（t）的波形，由波形图上测量出当电流上升至63.2稳定值时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数Td。

5．电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定

将电动机加额定励磁，使之空载运行，改变电枢电压Ud，测得相应的n，即可由下式算出Ce

Ce=Ke=（Ud2-Ud1）/（n2-n1）

Ce的单位为V/（r/min）

转矩常数（额定磁通时）CM的单位为N.m/A，可由Ce求出

CM=9.55Ce

6．系统机电时间常数TM的测定

系统的机电时间常数可由下式计算

由于Tm>

>

Td，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即

当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n到达63.2稳态值时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。

测试时电枢回路中附加电阻应全部切除。

合上主电路电源开关，电动机M加额定励磁。

调节Uct，将电机空载起动至稳定转速1000r/min。

然后保持Uct不变，断开主电路开关，待电机完全停止后，突然合上主电路开关，给电枢加电压，用数字示波器拍摄过渡过程曲线，即可由此确定机电时间常数。

7．测速发电机特性UTG=f（n）的测定

实验线路如图13所示。

电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压Uct，分别读取对应的UTG,n的数值若干组，即可描绘出特性曲线UTG=f（n）。

n（r/min）

UTG（V）

七．实验报告

1．作出实验所得各种曲线，计算有关参数。

2．由Ks=f（Uct）特性,分析晶闸管装置的非线性现象。

晶闸管直流调速系统主要单元调试

．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。

．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．逻辑控制器的调试

．实验设备及仪器

2．NMCL—31A组件

3．NMCL—18组件

4．双踪示波器

5．万用表

．实验方法

1．速度调节器（ASR）的调试

按图1-5接线，DZS（零速封锁器）的扭子开关扳向“解除”。

（1）调整输出正、负限幅值

“5”、“6”端接可调电容，使ASR调节器为PI调节器，加入一定的输入电压（由NMCL—31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。

（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。

（3）观察PI特性

拆除“5”、“6”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。

2．电流调节器（ACR）的调试

按图1-5接线。

（1）调整输出正,负限幅值

“9”、“10”端接可调电容，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。

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。

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。

3．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“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。

（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。

（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0.1～0.2V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，使输出端为-5V。

5．逻辑控制器（DLC）的调试

测试逻辑功能，列出真值表，真值表应符合下表：

输入

UM

1

UI

输出

Uz（Ublf）

UF（Ublr）

调试时的阶跃信号可从给定器得到。

调试方法：

按图1-6接线

（a）给定电压顺时针到底，Ug输出约为12V。

（b）此时上下拨动NMCL—31中G（给定）部分S2开关，Ublf、Ublr的输出应为高、低电平变化，同时用示波器观察DLC的“5”，应出现脉冲，用万用表测量，“3”与“Ublf”，“4”与“Ublr”等电位。

（c）把+15V与DLC的“2”连线断开，DLC的“2”接地，此时拨动开关S2，Ublr、Ublf输出无变化。

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。

实验三不可逆单闭环直流调速系统静特性研究

1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。

2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。

3．学习反馈控制系统的调试技术。

二．预习要求

1．了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。

2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。

三．实验线路及原理

见图1-7。

四．实验设备及仪表

4．NMCL—18组件

5．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机M01

6．直流电动机M03

7．双踪示波器

8．万用表

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（预置7μF）。

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）。

4．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。

5．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。

6．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。

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），以免造成短路事故。

六．实验内容

1．移相触发电路的调试（主电路未通电）

（a）用示波器观察NMCL—33的双脉冲观察孔，应有双脉冲，且间隔均匀，幅值相同；

观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1V～2V的双脉冲。

（b）触发电路输出脉冲应在30°

～90°

范围内可调。

可通过对偏移电压调节单位器及ASR输出电压的调整实现。

例如：

使ASR输出为0V，调节偏移电压，实现α=90°

；

再保持偏移电压不变，调节ASR的限幅电位器RP1，使α=30°

2．求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性。

a．断开ASR的“3”至Uct的连接线，G（给定）直接加至Uct，且Ug调至零，直流电机励磁电源开关闭合。

b．NMCL-32的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”。

合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W端有电压输出。

c．调节给定电压Ug，使直流电机空载转速n0=1500转/分，调节直流发电机负载电阻，在空载至额定负载的范围内测取7～8点，读取整流装置输出电压Ud，输出电流id以及被测电动机转速n。

id（A）

Ud（V）

3．带转速负反馈有静差工作的系统静特性

a．断开G（给定）和Uct的连接线，ASR的输出接至Uct，把ASR的“5”、“6”点短接。

b．合上主控制屏的绿色按钮开关。

c．调节给定电压Ug至2V，调整转速变换器RP电位器，使被测电动机空载转速n0=1500转/分，调节ASR的调节电容以及反馈电位器RP3，使电机稳定运行。

调节直流发电机负载电阻，在空载至额定负载范围内测取7～8点，读取Ud、id、n。

4．测取调速系统在带转速负反馈时的无静差闭环工作的静特性

a．断开ASR的“5”、“6”短接线，“5”、“6”端接可调电容，可预置7μF，使ASR成为PI（比例—积分）调节器。

b．调节给定电压Ug，使电机空载转速n0=1500转/分。

在额定至空载范围内测取7～8个点。

七．实验报告

绘制实验所得静特性，并进行分析、比较。

八．思考题

1．系统在开环、有静差闭环与无静差闭环工作时，速度调节器ASR各工作在什么状态？

实验时应如何接线？

2．要得到相同的空载转速n0，亦即要得到整流装置相同的输出电压U，对于有反馈与无反馈调速系统哪个情况下给定电压要大些？

为什么？

3．在有转速负反馈的调速系统中，为得到相同的空载转速n0，转速反馈的强度对Ug有什么影响？

4．如何确定转速反馈的极性与把转速反馈正确地接入系统中？

又如何调节转速反馈的强度，在线路中调节什么元件能实现？