逻辑无环流直流可逆调速系统课程设计

课程设计说明书

题目：逻辑无环流可逆直流调速系统设计

学号：

姓名：

指导教师：

日期： 2015年 6月

一、实验目的

1.了解并熟悉逻辑无环流可逆直流调速系统的原理和组成。

2.掌握各控制单元的原理，作用及调试方法。

3.掌握逻辑无环流可逆调速系统的调试步骤和方法。

4.了解逻辑无环流可逆调速系统的静特性和动态特性。

二、实验内容

1.控制单元调试。

2.系统调试。

3.正反转机械特性n=f（Id）的测定。

4.正反转闭环控制特性n=f（Id）的测定。

5.系统动态特性的观察。

三、实验设备

1.MCL-III教学实验台主控屏

2.MCL-32T组件、MCL-31组件、MCL-33组件、MCL-34组件、MCL-11组件

3.可调电阻器 900Ω/0.4A×2

4.电机导轨及测速发电机

5.直流电动机M03

6.直流发电机M01

7.双踪示波器

8.万用表

四、实验原理

无环流可逆调速系统可按实现无环流原理的不同而分为两大类：逻辑无环流系统和错位控制无环流系统。而错位无环流系统在目前的生产中应用很少，

逻辑无环流系统目前生产中应用最为广泛的可逆系统，当一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统，组成逻辑无环流可逆系统的思路是：任何时候只触发一组整流桥，另一组整流桥封锁，完全杜绝了产生环流的可能。

逻辑无环流系统的主回路由两组反并联的三相全控整流桥组成，由于没有环路，两组可控整流桥之间可省去限制环流的的均衡电抗器，电枢回路仅串接一个平坡电抗器。

控制系统主要由速度调节器ASR，电流调节器ACR，反号器AR，转矩极性鉴别器DPT，零电流检测器DPZ，无环流逻辑控制器DLC，触发器和电流变换器FBC，速度变换器FBS等组成。

正向启动时，给定电压Ug为正电压，无环流逻辑控制器的输出端Ubif为0态，Ubir为1态，既正桥触发脉冲开通，既反桥触发脉冲闭锁，主回路正组可控整流桥工作，电机正向运转。

减小给定时，Ug

反向运行时，Ubif为1态，Ubir为0态，主电路反组可控整流桥工作。

无环流逻辑控制器的输出取决于电机的运行状态，正向运转，正转制动本桥逆变及反转制动它桥逆变状态Ubif为0态，Ubir为1态，保证了正桥工作反桥封锁；反向运转，反转制动本桥逆变，正转制动它桥逆变阶段，则Ubif为1态，Ubir为0态，正桥被封锁，反桥触发工作。由于逻辑控制器的作用，在逻辑无环流可逆系统中保证了任何情况下两整流桥不会同时触发，一组触发工作时，另一组被封锁，因此系统工作过程中既无直流环流也无脉冲环流。

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五、注意事项

1.整流主电路与三相电源连接时，注意相序对应。

2.在主电路电源未接通时，调试触发电路，使之正常工作。

3.系统在电流开环情况下不允许突加给定快速启动电机，以防过电流。即在控制电压Uct=0时，接通主电路电源。然后逐渐增加Uct，使整流电路投入工作。

4.注意直流电机工作前必须先加有励磁。

5.发电机输出空载时理解为电机机械空载。

6.为防止系统振荡，可预先把ASR、ACR的RP3、RP4电位器左旋到底，使调节器放大倍数最小。

7.注意双踪示波器两个探头使用中的共地问题。

8.任何电路改接不能带电操作，必须首先按下主电路电源开关的红色“断开”按钮，确保人机安全。

六、实验方法

1、按图接线，触发电路检查及调试（主电路电源未接通）

依次打开实验台左侧的自动开关，控制屏左下方的中央锁控开关、低压直流开关。

此时设备应有正常的控制电压LED指示。

（1）同步电源相序，触发电路脉冲（正、反桥）检查。

（2）调节脉冲初始相位90度。

2、单元调试

（1）系统开环结构

整定转速反馈FBS输出为-5V。

整定电流反馈FBC输出为5V。

整定转速反馈：定UG回零，开通主电路电源，节给定UG，使电机空载（开路）转速至： n0=1500r/min。

调节发电机负载电阻Rd（右旋）在空载（开路）至额定负载（0.8A）。调节转速反馈强度整定电位器，使其反馈输出3、4端为+5V。

保持给定Ug不变，用万用表测取给定Ug 输出电压大小，作为Ugmax。

整定电流反馈：合上主电路电源缓慢增加给定电压Ug；时刻注意电机电枢电流变化至Id=1.5Ied时，调节FBC的RPI电位器使电流反馈输出为+5V。

（2）主电路未通电

调节ASR输出正负限幅为±5V。

调节ACR输出正负限幅为Ugmax+0.3及βmin=30°

主电路未通电分别加上足够大的正负给定电压（大于5V）对应调节ASR调节器的RP1，RP2正负限幅电位器，使“3”端输出电压正负限幅值为正负5V。

同上，调节ACR调节器的RP1，RP2电位器，使“7”端输出正，负限幅值为Ugmax+0.3V及-0.7V。

（3）主电路未通电

调节倒相器AR放大位数为1.

调节转矩极性鉴别器DPT回环特性对称于纵坐标环0.4~0.6.

调节零电流检测器DPZ回环特性纵坐标右侧偏移0.1V~0.2V(环宽0.4~0.6V)。测定输入输出比例，输入端加+5电压，调节RP使输出为-5V。

调节给定UG，使DPT的“1”脚得到的0.3V电压，调节电位器RP，使“2”端输出从“1”变为“0”

调节负给定，从0V起跳当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。

调节零电流检测器（DPZ）

调节给定Ug使DPZ得“1”端为0.7V左右，调节电位器RP使“2”端输出从

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“1”变为“0”。

减小给定当“2”端电压从“0”变为“1”时，“1”端电压在0.1V~0.2V范围内，否则应继续调整电位器RP。

（4）检测逻辑控制器DLC满足一定逻辑关系。

3.闭环机械特性测定

给定电位器RP1左旋到底使Ug=0，S1开关打向“正给定”，S2开关打向给定。电机空载。

合上主电路电源，逐渐调节给定电压Ug，使电机空载转速n0=1500r/min，反复调节ASR，ACR调节器，PI参数使系统稳定，动态品质良好。

电机空载转速至n0=1500n/min调节器发电机负载电阻Rd在空载至额定负载的范围内测取读取电机电枢电流Id及对应转速n。

4.系统动态波形的观察

用双踪慢扫描示波器同时观察系统动态转速；电流波形。

（1）给定值阶跃变化（正向起动，正向停车，反向切换到正向，正向切换到反向，反向停车）时的动态波形。

（2）电机稳定运行于额定转速，保持Ug不变，突加突减负载的动态波形。（3）改变ASR，ACR的参数，观察动态波形如何变化。

七、实验总结

为期一天的运动控制控制系统课程设计已经结束，在这里对本次课程设计做一个简单的总结，谈谈自己在本次课程设计中的收获以及心得体会。

我们这次课程设计的选题为逻辑无环流可逆直流调速系统的设计。虽然这个选题的理论部分老师在课堂上已经讲过，可是在做的过程中还是遇到了不小困难，碰到了很多难以解决或者很难找出原因的难题。

6月24号，我们第一次进实验室做课程设计，连续做了四个小时实验。按照自己提前的预习并以实验指导书作为参考，开始进行整个系统的搭建。按照

我们的设想，要做逻辑无环流，就必须先做一个双闭环直流调速系统。按照我们以前所做实验的过程，开始一步一步做出双闭环系统。按照实验的要求，需要边做实验，边调试。从触发脉冲α的调整，然后做出开环系统，接着先后对电流调节器，转速调节器的参数进行整定，从而完成了双闭环系统的搭建。接着就要对逻辑无环流控制系统的逻辑控制部分进行参数的调整。逻辑控制部分包括反相器AR、转矩极性鉴别器DPT、零电流鉴别器DPZ和逻辑控制器DLC。至此，所有的参数整定已经完成，接着把控制部分接入控制回路，主电路极性正反组并联，从而完成整个系统的搭建。最后是对系统的调试。主电路接上电源以后，发现电机无法启动。最后，用万用表对系统的各个部分的参数进行测量，发现原因是电流环的输出电压不够，经过调节后，电机还是不转，然后继续测量，发现Ubif和Ubir的电压始终同时唯一，经过我们组同学的研究和分析，还是没办法解决这个问题。最后，我们只能采取人工切换的方式使电机可以转动。后来我们在测试的过程中又发现一个问题，就是当给定电压切换位正给定的时候，正反组均无电压输出。最后经过我们的分析认为，出现这种情况的原因是刚开始我们最触发角度α调节的时候，由于正给定的电位器出现问题，我们是用负给定进行调节的，所以正给定无法输出。还有一个重要的原因就是对触发角的认识问题，不清楚到底应该调为90度还是调为120度。虽然我们发现了这么多问题，可最后还是没能做出完整的调速系统。可喜的是虽然我们这次没能做出完整的系统，但是我们对系统的组成结构和调试过程又有了进一步的认识与了解。并且老师还给我们一次机会，让我们再做一次。下来之后，我们又对这次实验的过程进行到了认真的总结与分析。经分析认为，我们觉得这次实验之所以没有完全成功，主要有一下几方面可能的原因：○1触发角度的调节没有达到要求；○2转速环和电流的PI参数整定不够准确；○3DPT和DPZ的回环特性调节的问题；○4DLC的逻辑输出有问题。

6月30号，我们有了第二次机会来做这次课程设计。有了第一次失败的教训，经过我们的分析与讨论，对这次的实验过程有了一定的改进。将触发脉冲

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的角度进行了重新调整，对其他参数的调整更加的细致和准确。经过三个小时的努力，终于完成了课程设计，虽然设计的结果还有一定的缺陷，但还是勉强通过了老师的验收。

这次的课程设计，让我有了很多的收获和感受。首先，让我认识到了，在学习的过程中仅仅有理论知识是不足的，必须要理论与实践相结合起来。有的东西看起来非常简单，可是到了实现环节，就会变得异常困难。在实现的过程中可能会出现各种各样的状况，需要在现场分析解决。在最任何事情的时候都必须认真细致，有时一个小小的环节出现问题，都会导致结果出现巨大的差异。在最任何是的过程中遇到困难都是正常的，我们需要做的就是去面对它，通过自己的分析理解，最终找到解决方法，克服困难。

八、附图

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