運動控制系統(tǒng)一

1、 3-2 單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗（SCR）一、實驗目的(1)了解單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理、組成及各主要單元部件的原理。(2)掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的一般調(diào)試過程。(3)認識閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的基本特性。二、實驗所需掛件及附件序號型號名 稱備注1THMDK-3電源控制屏1臺2MDK-08低壓直流電源及給定組件1件3MDK-31直流儀表組件1組4MDK-62晶閘管主電路模塊1塊5EZT2-11功放電路模塊I1塊6EZT2-12功放電路模塊II1塊7EZT2-13功放電路模塊III1塊8EZT2-15 調(diào)節(jié)器I1塊9EZT2-16 調(diào)節(jié)器II1塊10EZT2-17電流反饋及過流保護1塊11EZT

2、2-19可調(diào)電阻、電容模塊2塊12EZT2-18直流電壓傳感器模塊1塊13EZT3-20TC787觸發(fā)電路模塊1塊14單相可調(diào)電阻箱1臺15雙蹤示波器1臺16萬用表1只17機組一1臺三、實驗線路及原理為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能指標，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)(包括單閉環(huán)系統(tǒng)和多閉環(huán)系統(tǒng))。對調(diào)速指標要求不高的場合，采用單閉環(huán)系統(tǒng)，而對調(diào)速指標較高的則采用多閉環(huán)系統(tǒng)。按反饋的方式不同可分為轉(zhuǎn)速反饋，電流反饋，電壓反饋等。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)使用較多。在本裝置中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)實驗是將反映轉(zhuǎn)速變化的電壓信號作為反饋信號，經(jīng)“轉(zhuǎn)速變換”后接到“速度調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較經(jīng)放大后，

3、得到移相控制電壓Uct，用作控制整流橋的“觸發(fā)電路”，觸發(fā)脈沖經(jīng)功放后加到晶閘管的門極和陰極之間，以改變“三相全控整流”的輸出電壓，這就構(gòu)成了速度負反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機的轉(zhuǎn)速隨給定電壓變化，電機最高轉(zhuǎn)速由速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定，速度調(diào)節(jié)器采用P（比例）調(diào)節(jié)對階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要想消除上述誤差，則需將調(diào)節(jié)器換成PI(比例積分)調(diào)節(jié)。這時當“給定”恒定時，閉環(huán)系統(tǒng)對速度變化起到了抑制作用，當電機負載或電源電壓波動時，電機的轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。 圖3-2 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖圖3-3 電流單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖在電流單閉環(huán)中，將反映電流變化的電流互感器輸出電壓信號作為反饋信號加到“電流調(diào)節(jié)器

4、”的輸入端，與“給定”的電壓相比較，經(jīng)放大后，得到移相控制電壓Uct，控制整流橋的“觸發(fā)電路”，改變“三相全控整流”的電壓輸出，從而構(gòu)成了電流負反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機的最高轉(zhuǎn)速也由電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定。同樣，電流調(diào)節(jié)器若采用P（比例）調(diào)節(jié)，對階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要消除該誤差將調(diào)節(jié)器換成PI(比例積分)調(diào)節(jié)。當“給定”恒定時，閉環(huán)系統(tǒng)對電樞電流變化起到了抑制作用，當電機負載或電源電壓波動時，電機的電樞電流能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。圖3-4 電壓單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖在電壓單閉環(huán)中，將反映電壓變化的電壓隔離器輸出電壓信號作為反饋信號加到“電壓調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較，經(jīng)放大后，得到移相

5、控制電壓Uct，控制整流橋的“觸發(fā)電路”，改變“三相全控整流”的電壓輸出，從而構(gòu)成了電壓負反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機的最高轉(zhuǎn)速也由電壓調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定。同樣，調(diào)節(jié)器若采用P(比例)調(diào)節(jié)，對階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要消除該誤差將調(diào)節(jié)器換成PI(比例積分)調(diào)節(jié)。當“給定”恒定時，閉環(huán)系統(tǒng)對電樞電壓變化起到了抑制作用，當電機負載或電源電壓波動時，電機的電樞電壓能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。在本實驗中 “調(diào)節(jié)器I”做為“速度調(diào)節(jié)器”和“電壓調(diào)節(jié)器”使用，“調(diào)節(jié)器II”做為“電流調(diào)節(jié)器”使用；四、實驗內(nèi)容 (1)基本單元的調(diào)試。 (2)Uct不變時直流電動機開環(huán)特性的測定。 (3)Ud不變時直流電動機開環(huán)特性的測

6、定。 (4)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。(5)電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。(6)電壓單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（選做）。五、預習要求(1)復習自動控制系統(tǒng)(直流調(diào)速系統(tǒng))教材中有關(guān)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)、閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的內(nèi)容。(2)掌握調(diào)節(jié)器的基本工作原理。 (3)根據(jù)實驗原理圖，能畫出實驗系統(tǒng)的詳細接線圖，并理解各控制單元在調(diào)速系統(tǒng)中的作用。 (4)實驗時，如何能使電動機的負載從空載(接近空載)連續(xù)地調(diào)至額定負載?六、實驗方法(1)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試原則先單元、后系統(tǒng)，即先將單元的參數(shù)調(diào)好，然后才能組成系統(tǒng)。先開環(huán)、后閉環(huán)，即先使系統(tǒng)運行在開環(huán)狀態(tài)，然后在確定電流或轉(zhuǎn)速均為負反饋后，才可組成閉環(huán)系統(tǒng)。 先調(diào)整

7、穩(wěn)態(tài)精度，后調(diào)整動態(tài)指標。（2）低壓電源接線將各個模塊按照“3-4邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗”實驗模塊布局圖進行布局（不需要模塊摘去就行）。從MDK-8上+15V，-15V，GND1引出3根線去TC787觸發(fā)電路模塊。三路功放（選取正橋作為功放電路，反橋摘去）的+24V，+15V，GND，Ulf各自短接在一起，從功放I引出+24V，+15V，GND到MDK-8上。對于剩余模塊的所需低壓電源部分按照電壓大小，短接在一起，然后從靠近MDK-8的端口引線數(shù)根到MDK-8上。電壓要一一對應(yīng)。GND1和GND3要短接在一起，保證共地。將TCA787的端口VT1VT6對應(yīng)接到正橋的功放電路中。實驗導線

8、線選擇最短長度。接線要有順序，看起來工整。(2)TC787觸發(fā)電路模塊的調(diào)試 打開THMDK-3控制屏總電源開關(guān)，操作“電源控制屏”上的“三相電網(wǎng)電壓指示”開關(guān)，觀察輸入的三相電網(wǎng)電壓是否平衡。將“電源控制屏”上輸出可調(diào)端線電壓（線與線之間電壓）調(diào)至380V。從單線直流固定電源引線給MDK-08組件供電，從主電路電源可調(diào)端UVW與三相整流用變壓器ABC對應(yīng)連接，然后將三相同步信號abc對應(yīng)加到TC787觸發(fā)模塊上。按下“啟動”通電后，能夠從TC787模塊上標名測試端口觀察鋸齒波和三相同步電壓信號。（可通過調(diào)節(jié)電位器RPa1、RPb1、RPc1改變?nèi)嗤叫盘柕姆荡笮。３秩嗤叫盘枌ΨQ）。

9、將MDK-08上的“給定”輸出Ug直接與TC787觸發(fā)電路模塊上的移相控制電壓Uct相接，將給定開關(guān)S2撥到接地位置（即Uct=0），調(diào)節(jié)TC787觸發(fā)電路模塊上的偏移電壓電位器RP2，用雙蹤示波器觀察A相同步電壓信號和VT1的輸出波形，使=150°(注意此處的表示三相晶閘管電路中的移相角，它的0°是從自然換流點開始計算，前面實驗中的單相晶閘管電路的0°移相角表示從同步信號過零點開始計算，兩者存在相位差，前者比后者滯后30°)。適當增加給定Ug的正電壓輸出，觀測TC787觸發(fā)電路模塊的脈沖波形，此時通過切換模塊上紐子開關(guān)應(yīng)觀測到單窄脈沖和雙窄脈沖。實驗中

10、使用雙窄脈沖。將正橋功放電路模塊上的端口Ulf接GND，將功放電路的放大觸發(fā)信號端口（端口G*、端口K*）對應(yīng)加載到晶閘管主電路模塊上。按照三相橋式全控整流線路進行晶閘管主電路的接線。 (3)控制單元調(diào)試 移相控制電壓Uct調(diào)節(jié)范圍的確定 直接將MDK-08上“給定”電壓Ug接入TC787觸發(fā)電路模塊上移相控制電壓Uct的輸入端，機組I的電動機與發(fā)電機的勵磁并聯(lián)在一起，可調(diào)直流穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)到220V給勵磁供電。三相全控整流輸出端接機組一電動機電樞繞組。發(fā)電機電樞繞組接單相可調(diào)電阻箱，電阻調(diào)到最大。用轉(zhuǎn)速測量線連接機組一測量端口與轉(zhuǎn)速表。轉(zhuǎn)速表所在掛箱需要用單相固定交流電源220V供電。實驗導線

11、線選擇最短長度。接線要有順序，看起來工整。當給定電壓Ug由零調(diào)大時，轉(zhuǎn)速將隨給定電壓的增大而增大，當轉(zhuǎn)速到達1500r/min時，給定電壓應(yīng)當為6V，如果不是6V，調(diào)節(jié)TC787模塊電位器Rp2。使給定在6V時，電機轉(zhuǎn)速在1500r/min。安全保證，調(diào)節(jié)過程中不可使電機轉(zhuǎn)速過高。(4)Uct不變時的直流電機開環(huán)外特性的測定按圖3-2的接線圖接線（不接轉(zhuǎn)速反饋），機組一電動機與發(fā)電機的勵磁并聯(lián)接直流220V電源。TC787觸發(fā)電路上的移相控制電壓Uct由MDK-08上的“給定”輸出Ug直接接入，三相橋式全控整流電路負載接機組一電動機電樞繞組。直流發(fā)電機電樞繞組接單相可調(diào)電阻箱R，Ld用控制屏面

12、板上100mH，將給定的輸出調(diào)到零。按下“電源控制屏”啟動按鈕，使主電路輸出三相交流電源，將MDK-08掛箱給定電壓撥到“正給定”，從零開始逐漸增加 “給定”電壓Ug，使電動機慢慢啟動并使轉(zhuǎn)速 n 達到1200rpm。改變負載電阻R的阻值，使電動機的電樞電流從空載直至Ied。即可測出在Uct不變時的直流電動機開環(huán)外特性n = f(Id)，測量并記錄數(shù)據(jù)于下表：n（rpm）1210114511081057995972890Id（A）1.812.723.274.04.95.36.5 (5)基本單元部件調(diào)試移相控制電壓Uct調(diào)節(jié)范圍的確定 直接將MDK-08上“給定”電壓Ug接入TC787觸發(fā)電路模

13、塊上移相控制電壓Uct的輸入端，機組I的電動機與發(fā)電機的勵磁并聯(lián)在一起，可調(diào)直流穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)到220V給勵磁供電。三相全控整流輸出端接機組一電動機電樞繞組。發(fā)電機電樞繞組接單相可調(diào)電阻箱，電阻調(diào)到最大。用轉(zhuǎn)速測量線連接機組一測量端口與轉(zhuǎn)速表。轉(zhuǎn)速表所在掛箱需要用單相固定交流電源220V供電。實驗導線線選擇最短長度。接線要有順序，看起來工整。當給定電壓Ug由零調(diào)大時，轉(zhuǎn)速將隨給定電壓的增大而增大，當轉(zhuǎn)速到達1500r/min時，給定電壓應(yīng)當為6V，如果不是6V，調(diào)節(jié)TC787模塊電位器Rp2。使給定在6V時，電機轉(zhuǎn)速在1500r/min。安全保證，調(diào)節(jié)過程中不可使電機轉(zhuǎn)速過高。調(diào)節(jié)器的調(diào)零將“可

14、調(diào)電阻、電容模塊”中電阻電容串接在一起，電容全打開，電阻調(diào)到30K，連接到調(diào)節(jié)器I的“6”、“7”兩端,將“調(diào)節(jié)器I”所有輸入端接地，再將電容部分用實驗導線短接，使“調(diào)節(jié)器I”成為P (比例)調(diào)節(jié)器。用萬用表的毫伏檔測量調(diào)節(jié)器II“8”端的輸出，調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器RP2，使之輸出電壓盡可能接近于零。將可調(diào)電阻、電容模塊中電阻電容串接在一起，電容全打開，電阻調(diào)到30K，連接到調(diào)節(jié)器II的“8”、“9”兩端,將“調(diào)節(jié)器II”所有輸入端接地，再將電容部分用實驗導線短接，使“調(diào)節(jié)器II”成為P（比例）調(diào)節(jié)器。用萬用表的毫伏檔測量調(diào)節(jié)器II的“10”端，調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器RP2，使之輸出電壓盡可

15、能接近于零。調(diào)節(jié)器正、負限幅值的調(diào)整 將短接電容的實驗導線拔掉,使調(diào)節(jié)器I成為PI (比例積分)調(diào)節(jié)器，將“調(diào)節(jié)器I”的所有輸入端的接地線去掉，將MDK-8的給定接到調(diào)節(jié)器I的“5”端。當加+5V的正給定電壓時，調(diào)整負限幅電位器RP3，使之輸出電壓盡可能接近于0V；當調(diào)節(jié)器輸入端加-5V的負給定電壓時，調(diào)整正限幅電位器RP1，使調(diào)節(jié)器I的輸出正限幅為6V。將短接電容的實驗導線拔掉，使調(diào)節(jié)器II成為PI（比例積分）調(diào)節(jié)器，將“調(diào)節(jié)器II”所有輸入端的接地線去掉，將MDK-08的給定輸出端接到調(diào)節(jié)器II的“4”端，當加+5V的正給定電壓時，調(diào)整負限幅電位器RP3，使之輸出電壓盡可能接近于零。當調(diào)節(jié)

16、器輸入端加-5V的負給定電壓時，調(diào)整正限幅電位器RP1，使調(diào)節(jié)器II的輸出正限幅為6V。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)和電流反饋系數(shù)的整定 電流反饋系數(shù)的整定 按照三相橋式整流進行接線，負載接機組一直流電動機串直流電流表（電動機與發(fā)電機勵磁接并聯(lián)接直流220V），機組一發(fā)電機電樞接單相可調(diào)電阻箱，電阻箱調(diào)到最大阻值。將MDK-08掛箱給定電壓Ug接入“TC787觸發(fā)電路模塊”移相控制電壓Uct的輸入端，在電流反饋與過流保護的TA1-TA3對接到控制屏上相應(yīng)位置后，調(diào)節(jié)給定，使電機轉(zhuǎn)速達到1500r/min,減小電阻箱阻值，電流表數(shù)值增大，到達5A左右，調(diào)節(jié)“電流反饋與過流保護”上的電流反饋電位器RP1， “電流

17、反饋與過流保護”的“2”端電流反饋電壓Ufi=6V。這時的電流反饋系數(shù)為=Ufi/I=6/5=1.2。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的整定在電機轉(zhuǎn)速達到1500r/min時，將轉(zhuǎn)速反饋(轉(zhuǎn)速表下方兩個3號弱電柱端口)接到調(diào)節(jié)器I的端口3和端口4，3接負，4接正。調(diào)節(jié)“調(diào)節(jié)器I”上的轉(zhuǎn)速反饋電位器RP4，使得n =150Orpm時，調(diào)節(jié)器I的端口2（轉(zhuǎn)速反饋電壓）輸出為Ufn=-6V，這時的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) =Ufn/n =0.004V/(rpm)。電壓反饋系數(shù)的整定做開環(huán)實驗，MDK-08掛箱給定電壓與“TC787觸發(fā)電路模塊”端口Uct直接相連，使電機轉(zhuǎn)速達到1500rpm,用萬用表測量電動機電樞繞組兩端電壓，得

18、到電壓值Ud。將控制屏上的直流可調(diào)電壓源調(diào)到Ud,接到直流電壓傳感器的“1、2”端，用直流電壓表測量電壓隔離器的輸入電壓Ud，根據(jù)電壓反饋系數(shù)=6V/Ud，調(diào)節(jié)電位器W使電壓隔離器的輸出電壓恰好為Ufv=6V。(5)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)按圖3-2完全接線，在本實驗中，MDK-08上的“給定”電壓Ug為負給定，轉(zhuǎn)速反饋為正電壓，將“調(diào)節(jié)器I”接成PI（比例積分）調(diào)節(jié)器。直流發(fā)電機接單相可調(diào)電阻箱負載R，Ld用控制屏面板上100mH，給定輸出調(diào)到零。直流發(fā)電機先輕載，從零開始逐漸調(diào)大“給定”電壓Ug，使電動機的轉(zhuǎn)速接近n=l200rpm。 由小到大調(diào)節(jié)直流發(fā)電機負載R，測出電動機的電樞電流Id，

19、和電機的轉(zhuǎn)速n，直至Id=Ied，即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n =f(Id)。n（rpm）1200120012001200120012001200Id（A）2.192.503.003.504.004.505.00(6)電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)按圖3-3接線，在本實驗中，給定Ug為負給定，電流反饋為正電壓，將“調(diào)節(jié)器II”接成比例（P）調(diào)節(jié)器或PI（比例積分）調(diào)節(jié)器。直流發(fā)電機接單相可調(diào)電阻箱（負載R），Ld用控制屏面板上100mH，將給定輸出調(diào)到零。直流發(fā)電機先輕載，從零開始逐漸調(diào)大“給定”電壓Ug，使電動機轉(zhuǎn)速接近n=l200rpm。由小到大調(diào)節(jié)直流發(fā)電機負載R，測定相應(yīng)的Id和n，直至最大允許

20、電流(該電流值由給定電壓決定)，即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n =f(Id)。n（rpm）1200120012001200120012001200Id（A）1.812.002.503.003.504.004.50七、實驗報告(1)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出Uct不變時直流電動機開環(huán)機械特性。(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性。(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性。八、思考題(l)P調(diào)節(jié)器和PI調(diào)節(jié)器在直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用有什么不同?P調(diào)節(jié)器使調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快，PI調(diào)節(jié)器使調(diào)速系統(tǒng)在無靜差的情況下保持恒速運行，實現(xiàn)無靜差調(diào)速，提高了穩(wěn)態(tài)精度，進一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性

21、能。(2)實驗中，如何確定轉(zhuǎn)速反饋的極性并把轉(zhuǎn)速反饋正確地接入系統(tǒng)中?調(diào)節(jié)什么元件能改變轉(zhuǎn)速反饋的強度?反饋極性根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器的輸出確定，接入系統(tǒng)時極性需要根據(jù)系統(tǒng)給定信號的極性及接入的位置來定，轉(zhuǎn)速反饋信號一般接入轉(zhuǎn)速閉環(huán)回路的輸入端，可調(diào)節(jié)閉環(huán)回路的電阻來調(diào)節(jié)反饋的強度，上述指模擬閉環(huán)電路。(3)改變“調(diào)節(jié)器I”和“調(diào)節(jié)器II”上可變電阻、電容的參數(shù)，對系統(tǒng)有什么影響？ 1、雙閉環(huán)調(diào)速應(yīng)該是無余差調(diào)速系統(tǒng)，改變調(diào)節(jié)器參數(shù)應(yīng)該影響他的動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性。2、電流調(diào)節(jié)部級線圈之間增加一個活動鐵芯作為磁分路分的稱呼不同,前者稱為電流調(diào)節(jié)器,以增加電抗、鐵芯進去,則感抗增大電流后者稱為電抗器。3、電容器，通常簡稱其容納電荷的本領(lǐng)為電容，用字母C表示。定義1：電容器，顧名思義，是裝電的容器，是一種容納電荷的器件。英文名稱：capacitor。電容器是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一，廣泛應(yīng)用于電路中的隔直通交，耦