运动控制综合实验报告

班级：学号：姓名：指导老师：实验一不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究一．实验目的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4-7。

四．实验设备及仪表1．MCL系列教学实验台主控制屏。

2．MCL—31A组件（适合MCL—Ⅲ）。

3．MCL—33(A)组件4．MEL-11挂箱5．MEL—03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。

6．电机导轨及测速发电机、直流发电机M01（或电机导轨及测功机、MEL—13组件）。

7．直流电动机M03。

8．双踪示波器。

五．注意事项1．直流电动机工作前，必须先加上直流励磁。

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．电源开关闭合时，过流保护发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1即可正常工作。

6．系统开环连接时，不允许突加给定信号U g起动电机。

7．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。

8．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。

9．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MCL—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U ct的连接线，G（给定）直接加至U ct，且Ug调至零，直流电机励磁电源开关闭合。

b．合上主控制屏的绿色按钮开关，使U uv、Uvw、Uwu=200V。

c．调节给定电压U g，使直流电机空载转速n0=1500转/分，调节测直流发电机负载电阻，在空n。

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U ct的连接线，ASR的输出接至U ct，把ASR的“5”、“6”点短接。

b．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节U uv，U vw，U wu为220伏。

c．调节给定电压U g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。

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MEL—11电容器，可预置7μF，使ASR 成为PI（比例—积分）调节器。

b g0个点。

七．实验报告绘制实验所得静特性，并进行分析、比较。

根据测得的数据绘制上图。

图中的三条曲线由上到下分别是转速负反馈无静差静特性曲线、转速负反馈有静差静特性曲线、开环静特性曲线。

（1）从图中可以明显看出，系统开环工作时，机械特性较软，随着负载的增大，转速明显下降。

理论上，开环工作时，直流电机转速方程：其中易知，转速n 与电流I 为线性关系，且转速n 随I 的增大而减小。

可见，实验结果与理论预期相符。

（2）闭环有静差工作时，由图可知，随着负载增大，转速降低，但比开环时转速降低的要小一些。

理论上，闭环工作时加入了反馈环节，系统结构变为如下s p A K K K =kk a e a e n A n n I K RK U K n ∆-=-=∑0**n U +—nU U ∆P K ct U s K d U +—a a I R ∑1/e K αn转速方程变为：其中可见，在相同的空载转速下，闭环系统的转速降是开环系统的K+11,实验结果与理论预期相符。

（3）闭环无静差工作时， 从实验所得的图像上已看不出转速的变化。

当且仅当0=∆U ，PI 调节器输出不变（稳态），ct U 达到稳态，导致d U 达到稳态，转速n 达到稳态。

即无论负载 L T 如何变化，始终有：可见实验结果与理论预期相符。

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？答：开环时，ASR 不用接入控制回路，给定信号直接作为脉冲移相控制器的输入，此时ASR 工作于闲置状态。

有静差闭环时，ASR 相当于一个比例调节器，工作于放大状态。

实验时按图4-7连线，同时短接“5”、“6”两点。

无静差闭环时，ASR 相当于一个比例积分调节器，工作于不饱和状态。

实验时按图4-7连线，同时“5”、“6”两点间接电容。

2．要得到相同的空载转速n 0，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？答：有反馈时给定电压要大些。

无反馈时：有反馈时： 令cl op n n 00=，则**)1(nop ncl U K U += K>0，则**nop ncl U U >3．在有转速负反馈的调速系统中，为得到相同的空载转速n 0，转速反馈的强度对U g 有什么影响？e s p K K K K /α=bb a e a e n A n n I K K R K K U K n ∆-=+-+=∑0*)1()1(**0/n n n U U U n n U αα∆=→==→=e nop A op K U K n *0=)1(*0K K U K n e ncl A cl +=为什么？答：转速反馈的强度越强，给定电压Ug 就越大。

由)1(/*0K K U K n e g A +=和e s p K K K K /α=，得：当转速反馈强度α增大，K 就增大，为了使o n 不变，给定电压Ug 必须增大。

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？答：因转速调节器ASR 的输入、输出端符号相反，欲使输出为正，则输入n U U U -=∆g 需为负。

故给定电压Ug 采用负给定的形式，而n U 则从FBS 的“3”直接接到ASR 的“1”。

利用转速变换器FBS 可以调节转速反馈的强度，具体到线路中通过调节电位器RP 来实现。

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．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量为转速，故转速环作为主环放在外面，电流环作为付环放在里面，这样可抑制电网电压波动对转速的影响，实验系统的组成如图4-8所示。

系统工作时，先给电动机加励磁，改变给定电压的大小即可方便地改变电机的转速。

ASR,ACR均有限幅环节，ASR的输出作为ACR的给定，利用ASR的输出限幅可达到限制起动电流的目的, ACR的输出作为移相触发电路的控制电压，利用ACR的输出限幅可达到限制min和min的目的。

当加入给定U g后，ASR即饱和输出，使电动机以限定的最大起动电流加速起动，直到电机转速达到给定转速（即Ug=U fn），并出现超调后，ASR退出饱和，最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1．MCL系列教学实验台主控制屏。

2．MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。

3．MCL—33组件。

4．MEL-11挂箱5．MEL—03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。

6．电机导轨及测速发电机、直流发电机M017．直流电动机M03。

8．双踪示波器。

五．注意事项1．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。

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，只需按下对应的复位开关SB1、SB2即可正常工作。

3．系统开环连接时，不允许突加给定信号U g起动电机4．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。

5．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。

6．进行闭环调试时，若电机转速达最高速且不可调，注意转速反馈的极性是否接错。

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. 实验方法1．按图接线，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1V—2V的脉冲。

（4）将U blr接地,可观察反桥晶闸管的触发脉冲。

2．双闭环调速系统调试原则（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。

3．开环外特性的测定（1）控制电压Uct由给定器Ug直接接入，直流发电机所接负载电阻R G断开。

（2）使U g=0，调节偏移电压电位器，使α稍大于90°，合上主电路电源，使U uv，U vw，U wu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，再调节负载电阻R G，改变负载，在直流电机空载至额定负载范围，测取7～8点，读取电机转速n，电机电枢电流I dn(r/min) 15001315 1259 1237 1211 1183I(A) 0.1 0.39 0.5 0.6 0.7 0.8注意，若给定电压Ug为0时，电机缓慢转动，则表明α太小，需后移。