新編運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)試驗(yàn)指導(dǎo)1

1、實(shí)驗(yàn)三 恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成。2. 掌握微處理器控制的變頻器與電機(jī)特性相關(guān)的一些重要參數(shù)的設(shè)定。3. 了解波形形成的原理，觀察電壓空間矢量波形。4. 深入了解恒壓頻比控制的機(jī)理。通過實(shí)驗(yàn)初步學(xué)會(huì)使用變頻器。二. 系統(tǒng)的組成及工作原理：圖3怛壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖（二）工作原理1. 由界步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式：斤二型（1-£）可知，如果均勻地改變其定子供電頻率刀,就可平滑地調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速刀,同時(shí)希望保持電機(jī)中每極磁通量為額定值。在額定轉(zhuǎn) 速下調(diào)速，若磁通下降：則電磁轉(zhuǎn)矩將減小，另外隨著最大電磁轉(zhuǎn)矩的下降，則可造成 堵轉(zhuǎn)；

2、若使磁通上升：則會(huì)使磁極磁路飽和，勵(lì)磁電流迅速上升，導(dǎo)致鐵損人量增加， 鐵心嚴(yán)重過熱，效率人人降低，繞紐絕緣降低，羨至燒毀電機(jī)。因此調(diào)速過程屮，不僅 耍改變力，而n耍保持（控制）磁通恒定。2. 異步電動(dòng)機(jī)每相電動(dòng)勢(shì)的有效值：域=4.44/“心|卄 其中：m定子每 相繞組匝數(shù)，基波繞組系數(shù)，offi：每極氣隙磁通最。由前面的公式可知，只要保 持e”為常數(shù)，即可達(dá)到控制磁通4的冃的。三.實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備:1.交流電動(dòng)機(jī)(732 04)2.pwm控制單元(735 291 )3.變頻器主電路單元(735 297 )4.轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩測(cè)控單元(731 85)5.四通道隔離放人器(735 261)6.數(shù)字示波器(

3、ds-1042c)7.磁粉制動(dòng)器(731 84)8.多功能電流、電壓表(727 01)9.給定信號(hào)發(fā)生器(734 02)四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟：（一）認(rèn)識(shí)設(shè)備，接線組成恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)參照?qǐng)D3、4進(jìn)行接線、組成恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，（注意：連接導(dǎo)線應(yīng) 該注意顏色搭配，僅安全接地線用黃/綠顏色導(dǎo)線。經(jīng)指導(dǎo)教師檢査后，方町通電）。 并將一塊（727 01）電流、電壓表設(shè)為交流電壓表接于變頻器的u、v相間，而另一塊（727 01）設(shè)為交流電流表串接于u相，再將測(cè)速機(jī)電壓引人731 85的tacho u 0（二）設(shè)置變頻器參數(shù)735 291單元通電后用display mode鍵選擇參數(shù)菜單

4、，用f , !鍵按下表對(duì)各參 數(shù)進(jìn)行設(shè)置。（注意：系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置后逆變器不耍輕易斷電，因?yàn)榈嚯姾笸聟?數(shù)保持不住，需要重新設(shè)：s。）參數(shù)表:菜單參數(shù)名稱參數(shù)設(shè)置pp測(cè)額定功率0. 3kw0unom額定電壓230v1inom額矩電流0. 75a2fnom額定頻率501iz4i限制電流6a5f um限制頻率80hz6tr刑斜坡時(shí)間2. os9ustart起始電壓ov；au/f恒壓頻比230/50=4. 6bmodul模式11 (正弦 pwm)（三）測(cè)繪v/f曲線當(dāng)flilo逐點(diǎn)增至80hz時(shí)，記錄各點(diǎn)f值和所対應(yīng)的電壓值并繪出v/f曲線。f(hz)0510152025303540455055606

5、5707580v (v)（四）觀察記錄變頻器輸出波形和電壓空間矢量波形1. 觀察記錄變頻器輸出的pwm波形a觀察記錄局部pwm波形設(shè)置：示波器：設(shè)為雙信道方式，選display鈕，設(shè)顯示類型為點(diǎn)方式。掃描頻率為50“$, y軸增益為2v；。四通道隔離放大器（735 261 ）：下方的開關(guān)mulipltexer設(shè)為上 方向。示波器ch2通道接于四通道隔離放大器（735 261）的下方笫二個(gè)輸出口 觀察并記錄f=25hz左右時(shí)變頻器三相輸出的載波頻率下的波形、注意三相瞬 態(tài)脈寬波形是否等寬，在示波器打描頻率微調(diào)旋鈕順時(shí)針歸零后，用示波器測(cè)量 載波頻率的周期并計(jì)算出載波頻率f。b觀察整體pwm波形先

6、將示波器chi、ch2兩通道分別接于四通道隔離放大器（735 261）的a. b 輸出口，示波器掃描時(shí)間設(shè)為5ms。觀察并記錄f=40hz左右變頻器三相輸出的調(diào)制波周期下的波形、注意觀察 調(diào)制波周期內(nèi)載波脈寬按正弦波規(guī)律分布情況（用長(zhǎng)、短線段、點(diǎn)表示波形亮暗 的過度，注意亮暗過渡和三相pwm波形的相位差）。最后從示波器上讀出調(diào)制波 的近似周期。f =t =載波周期下的pwm波形調(diào)制波周期k pwm的波形1.觀察并記錄變頻器參數(shù)b分別為11 （正弦pwm）、41（方波pwm）兩種模式下的電壓空間矢量波形:y4正弦pwm電壓空間矢量圖方波pwm電壓空間矢量圖設(shè)置：f=40hz左右、示波器：選men

7、u鍵時(shí)基設(shè)為設(shè)為x-y輸入方式；四通道 隔離放大器（735 261）：下方的開關(guān)space vecter設(shè)為下方向;chk ch2分別接于 四通道隔離放人器（735 261）下方的第1、2兩個(gè)端口。觀察并繪出：當(dāng)模式分別為11（正弦pwm）和41（方波pwm）時(shí)，電壓空間矢量波 形應(yīng)分別為園形和正六邊形。（五）測(cè)繪恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)的負(fù)載特性先將模式選為11、設(shè)定f二50,并啟動(dòng)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩測(cè)控單元（731 85）o當(dāng)負(fù) 載以0. lnm為單位從小到人逐點(diǎn)增加肓至堵轉(zhuǎn)時(shí)，逐點(diǎn)記錄轉(zhuǎn)矩及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)值 并繪出n = f （ t ）曲線。t(nm)n(min)（六）觀察、分析啟動(dòng)電壓在低頻啟動(dòng)

8、時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響：負(fù)載為輕載，f設(shè)置為5 hz左右時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)定子繞組壓降的影響，造成 電機(jī)啟動(dòng)困難。此時(shí)應(yīng)增加啟動(dòng)電壓（參數(shù)9）進(jìn)行低頻電壓補(bǔ)償，提升低頻段 的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)觀察電機(jī)的連軸節(jié)處至電機(jī)可以運(yùn)轉(zhuǎn)為止。分析低頻啟動(dòng)困難的原 因、理解啟動(dòng)電壓這一參數(shù)的作用，并繪出這條增加啟動(dòng)電壓后的v/f曲線（方 法、要求同三，為了便于対照，可把兩條v/f曲線畫在同一個(gè)處標(biāo)上）。f(hz)05101520253035404550556065707580v (v)ustart -五.思考題1. 實(shí)驗(yàn)屮觀察的載波頻率下的u、v、w三相pwm波形是否應(yīng)該等寬？為什么？2. 設(shè)迸或提高起始電壓ustart的目的

9、是什么？實(shí)驗(yàn)四轉(zhuǎn)速閉環(huán)的交流調(diào)速系統(tǒng)一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ㄒ唬┝私廪D(zhuǎn)速閉環(huán)pid控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成。（二）進(jìn)一步了解ptd控制單元在轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)中的作用。（三）進(jìn)一步了解系統(tǒng)在突加給定啟動(dòng)過程屮及在受負(fù)載擾動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。（四）初步掌握轉(zhuǎn)速閉壞的交流調(diào)速系統(tǒng)速度環(huán)節(jié)的調(diào)試及參數(shù)整定方法。二.系統(tǒng)的組成及工作原理（一）系統(tǒng)的組成由恒壓頻比變頻器、pid控制單元、給定單元、測(cè)速發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩控制單元組 成了轉(zhuǎn)速閉環(huán)的交流調(diào)速系統(tǒng)。圖5轉(zhuǎn)速閉環(huán)的交流調(diào)速系統(tǒng)原理圖（二）工作原理1. 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程：t-t, = 由公式得：動(dòng)態(tài)性能取決于控制7；的能力。np at2 .交流界步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方程：r

10、e = cma）mr2 cos«92 ->町+（以；2）23其屮：5弋訃kn、，叭二 sj, ktn穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，s很小，g,很小，一般為5的2%5%,即厶；vv/?；,這吋，7>心：與，貝i：s很/?2小，維持皿不變,=嚴(yán)叭,即控制®即控制7>3. 工作原理起動(dòng)過程：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出使上升。恒壓頻比控制保證在起動(dòng)過程中川恒 定；當(dāng)0上升到asr退出飽和，q：由町叭下降到te=tl的對(duì)應(yīng)值上（3嚴(yán)0 ）電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在對(duì)應(yīng)6/的轉(zhuǎn)速c上。負(fù)載變化：突加負(fù)載7；則引起電機(jī)轉(zhuǎn)速0下降，使0<川，asr輸出開始上升, 只要?jiǎng)tasr 一直正向積分，致使電機(jī)很快加

11、速，直到q；=dmax，使te = 7；max o當(dāng)轉(zhuǎn)速恢復(fù)到時(shí)，asr開始反向積分，；max下降，最終達(dá)到co" 重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)。三.實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備1.交流電動(dòng)機(jī)(732 04)2.pwm控制單元(735 291)3.變頻器主電路單元(735 297)4.pid控制器(734 061)5.數(shù)字示波器(ds-104206.轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)業(yè)測(cè)控單元(731 85)7.磁粉剎車裝置(731 84)8.多功能電流、電壓表(727 01)9.給定信號(hào)發(fā)生器(734 02)10.四通道隔離放人器(735 261)11.放大器(734 19)四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）連線組成轉(zhuǎn)速閉環(huán)的交流調(diào)速

12、系統(tǒng)并設(shè)置部分變頻器參數(shù)按圖6連線。接線經(jīng)過檢杳無謀示合閘通電，再按參數(shù)表內(nèi)所列參數(shù)對(duì)變頻器行 設(shè)置。注意：一旦變頻器通電后,無特殊悄況不耍輕易關(guān)掉其電源,因?yàn)橹匦律想姾笠恍﹨?shù)不 能保持需重新設(shè)置。參數(shù)表:菜單1參數(shù)名稱參數(shù)設(shè)置 0 1%230v1inom1. 35a2fxom50hz§flim100hz6tkahp0. is*i*r12v/a9ustart16vbmodul11c |ihjgn1.00a（二）調(diào)整轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a調(diào)整轉(zhuǎn)速給定u,至最大，電機(jī)運(yùn)行至n二2000r/min時(shí)，通過調(diào)整放人器（734 19） 的放人系數(shù)，使得u孑*二10v。（三）設(shè)置合適的pid參數(shù)（參數(shù)

13、整定）1. 調(diào)整iv、山兩個(gè)量在示波器上的位置和幅值首先應(yīng)先調(diào)整好四通道隔離放大器和示波器的位移。即先在u；=0. n二0時(shí)用a、 b兩個(gè)通道的位移旋鈕將兩條掃描線調(diào)重合、并且放置于示波器屏幕下方的柵格 ±o啟動(dòng)電機(jī)閉環(huán)運(yùn)行在n=1000r/min后，再用四通道隔離放大器的a、b兩個(gè)通 道的增益旋鈕調(diào)整，使得吋、山的幅值為5個(gè)柵格、兩條線重合（此時(shí)示波器的y通道增益一般應(yīng)在2v檔)。2. 調(diào)整p、i參數(shù)然后先暫將pid控制單元(734 061)的微分壞節(jié)關(guān)掉，關(guān)掉給定后再做突加 給定啟動(dòng)，觀察iv和0.的動(dòng)態(tài)波形,并通過反復(fù)仔細(xì)調(diào)整kp (比例)和tn(積 分)的粗調(diào)和細(xì)調(diào)旋鈕、突加

14、給定啟動(dòng)后觀察速度曲線，直至系統(tǒng)具有加速快、 超調(diào)量較小、棊本無振蕩為止。3. 調(diào)整微分參d將pid控制單元(734 061)的微分環(huán)節(jié)的開關(guān)設(shè)為0n,調(diào)節(jié)微分參數(shù)至基木 無超調(diào)。(四) 觀察記錄加、減速速度曲線和突加負(fù)載擾動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程1. 階躍給定，u；=5v左右使n=1000r/min.輕載啟動(dòng)。觀察記錄：速度給定un*和速度反饋山的動(dòng)態(tài)波形及調(diào)節(jié)時(shí)間。以萬川表測(cè)量穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速給定iv和轉(zhuǎn)速反饋山的電壓值。2. 突減給定至0v、電機(jī)轉(zhuǎn)速由looor/min減至零。 觀察記錄：速度給定un*和速度反饋山的波形及調(diào)節(jié)時(shí)間?？? =系統(tǒng)的加、減速速度曲線 t 3.在轉(zhuǎn)速 為 l()()()r

15、/min穩(wěn)定運(yùn)行條件下，突加().5nm左右的負(fù)載。觀察記錄：速度給定、速度反饋動(dòng)態(tài)波形、動(dòng)態(tài)速降和調(diào)節(jié)時(shí)間。an=at= t突加負(fù)載擾動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)波形 具體操作：先把負(fù)載在原來輕載（空載）的基礎(chǔ)上增加0.5nm,然后關(guān)掉731 85電源 后重新合上，在按（731 85）的reset鍵的同時(shí)觀察示波器上突加負(fù)載擾動(dòng)時(shí) iv、山的動(dòng)態(tài)波形的波形，應(yīng)該多次操作、仔細(xì)觀察、記錄恢復(fù)時(shí)間和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn) 速降落值。（五）測(cè)繪開環(huán)、閉環(huán)兩條特性曲線n=f （ t ）1. 首先將系統(tǒng)設(shè)為開環(huán)（把變頻器735 291的給定輸入模式設(shè)為按鍵模式即可） 輕載運(yùn)彳亍在n=1000r/min,負(fù)載按每次0. inm由最小

16、逐點(diǎn)增至1. 2nm,記錄各點(diǎn)的 t、n值，繪出n=f （t ）曲線。t(nm)n(r/min)2. 把負(fù)載退回至最小，系統(tǒng)恢復(fù)為閉環(huán)，以與上同條件下測(cè)繪一條閉環(huán)特性曲線, 并與開環(huán)曲線比較之。t(nm)n(r/min)（六）測(cè)繪控制特性曲線負(fù)載輕載狀態(tài)下，u；從零開始逐點(diǎn)增加，并以萬用表監(jiān)測(cè)其電壓值，吋每次增加 0. 5v,記錄不同urt下對(duì)應(yīng)的n值（最高轉(zhuǎn)數(shù)至！j 1500r/min）繪出n二f （iv）曲線。it (v)00. 51. 01. 52. 02. 53.()3. 54.()5.()6. 06. 57.0n(r/min)五.分析與思考1. p、1、d各參數(shù)在系統(tǒng)小主要各起何主要

17、作用？2. 木次轉(zhuǎn)速閉環(huán)的交流調(diào)速是否做到了轉(zhuǎn)速無靜羌？哪項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以證明？3. 轉(zhuǎn)速環(huán)在系統(tǒng)中都起何主要作用？交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)、用途。2. 了解交流永磁伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成。3. 進(jìn)一步了解交流永磁伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中常用的各種傳感器以及在系統(tǒng)中的作用。二.實(shí)驗(yàn)儀器： 交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)(731 994)變頻器主電路單元(735297)永磁伺服控制單元(734 10)旋轉(zhuǎn)變壓器單元(731094)數(shù)字存儲(chǔ)示波器(ds 10420三.實(shí)驗(yàn)原理圖四. 實(shí)驗(yàn)步驟：1. 結(jié)合對(duì)工業(yè)用交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)的觀察，了解永磁伺服電動(dòng)機(jī)的組成、結(jié)構(gòu)。2. 觀察交流永磁伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)，如快速啟動(dòng)、停止，低速運(yùn)行、可 逆運(yùn)行、伺服進(jìn)給等。