运动控制实验指导书(2)

实验一 带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统

图1－1 带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统的组成 环节组成。该系统简单、实用，在要求不高的场合常见采用。

五、实验步骤与方法

（一）实验电路连接、检查及调试。

1．本实验系统所使用的单元环节，其中“触发器单元GT1（D101）”和“直流调速系统主电路（D102）” 的调试要点和方法见《直流可逆调速挂箱（DS101）使用说明》。“给定及给定积分器（D301）”和“转速调节器ASR（D304）”的调试要点和方法见《给定与调节器挂箱（DS301）使用说明》。

2．按附图1－1连接系统：整流装置输出端接好电动机负载，主电路接直流电流、电压表（图中未画出）和平波电抗器；闭合发电机、电动机励磁开关（右下面板），并整定至额定励磁电流；分断负载开关SG，负载变阻器RG调至阻值最大；确保转速和电流的给定和反馈极性正确合理，反馈系数α、β调至最大（将转速和直流电流变换单元BS、BC的输出电位器置于输出电压最大位置）；“状态切换”置“直流”档 ；给定单元（D301）的极性开关S1、阶跃开关关S2拨向上方，并置正、负给定电位器输出为0。

3．将转速调节器ASR输入端子Un和Ui1的转速和电流负反馈输入，改为接地输入，即先断开转速负反馈和电流截止负反馈；ASR接成1 : 1的比例状态（取Rn=R0＝40kΩ、短接电容Cn＝0）；经实验指导教师检查认可后，推合总电源空开（左下面板），检查各指示灯状态，确认无异常后开始以下步骤。

4．闭合控制回路（右上面板控制按钮ON），保持主电路分断。旋动正、负给定电位器，经极性开关切换，依次使给定U*n＝±0.5、±2V，检查转速调

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实验一 带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统

节器ASR的比例特性；取给定U*n＝±2V，电容Cn＝0.5 ～ 1μF，用万用表测量ASR的输出，同时整定所要求的限幅值。

5．检查并调整“触发器单元GT1”和“直流调速系统主电路”，整定触发零位：用双踪示波器检查触发脉冲斜率、相位、双窄脉冲输出以及主电路接线的正确与否；触发电路和主电路正常后，微调“D101”单元的移相电位器，使U*n＝0时，触发角α＝90°（整定零位）。

6．控制电路状态正常后，将正、负给定电位器重新旋动至0端，将阶跃开关拨向上方，极性开关拨向下方（为什么？）。 （二）直流电动机的开环机械特性测试

1．闭合负载开关SG；保持转速负反馈和电流截止负反馈为断开状态，转速调节器ASR重复接成1 : 1的比例状态，检查无误后，闭合主电路（右上面板主电路按钮ON）。

注意：“开环系统”或“无电流截止负反馈”的“单闭环系统” ，不得阶跃起动，实验中只能缓慢改变给定电压和电机转速（为什么？）。

2．缓慢增大给定电压U*n，使电动机转速逐渐上升，用双踪示波器观察整流装置输出电压Ud，看波形是否正常、连续可调。当电动机电枢电压达到额定值Ud＝Udnom，即n＝n o 时，记录并保持此时的转速给定U*n1不变，调节负载电阻RG，使负载电流Id在0～Idm之间分别读取负载电流Id和转速n等五组数据录于表1－1；减小给定并恒定于U*n2＜U*n1（约1／2U*n1为宜），调节负载电阻RG，在0～Idm之间分别读取电流Id和转速n等五组数据录于表1－1。

3．计算转速比n*＝n／n0 和电流比I*d＝Id／Idnom，也录于表1－1。 4．依次（①、④）绘制高、低速两条机械特性曲线 n = f （Id）于图1－2中。

表1－1 开环机械特性实验数据

U *n（V） Id（A） I*d n（r∕min） n* 额定参数 U *n1＝ Id0 U *n2＝ Id m Id 1 Id nom Id2 Id0 Id1 Id nom Id2 Id m N nom＝ KW；U nom＝ V；Idnom＝ A；n nom＝ r∕min （三）转速负反馈有静差直流调速系统

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1．重新缓慢旋动给定电位器至0（输出0V），侍电机停止后“分断”主电路；按附图1－1恢复转速负反馈（接线端子Un由接地改为转速负反馈输入，注意

图1－2 直流电动机的开环机械特性与转速负反馈系统的闭环静特性 开环机械特性： ①高速 闭环静特性：有静差系统 ②高速 ⑸低速 ④低速 无静差系统 ③高速 ⑥低速 反馈极性，确保负反馈无误，但仍不接电流截止负反馈）；负载变阻器RG调至阻值最大，检查无误后闭合主电路。

2．取最大给定U*nm＝－10V， RC阻容箱取Rn＝kpR0（kp为转速调节器ASR的放大倍数，以系统稳定运行为限，尽量取大些，或实验前设计、计算得出）、短接电容Cn（Cn＝0）。

3．缓慢增大给定U*n，使电机转速逐渐上升，当给定电压达到U*n1＝－10V时保持恒定（即取U*n＝U*n1＝U*nm＝U*nnom＝－10V），调整（减小）转速反馈直至n＝nnom，同时用万用表测量反馈电压Unnom以完成转速反馈系数的整定，并计算转速反馈系数α（α＝Unnom／nnom）录于表1－2。

4．调节负载电阻RG，在 0 ～ Id m 之间分别读取负载电流 Id 和转速 n 等五组数据录于表1－2；置负载电阻RG至最大，减小给定并恒定于U*n2＜U*n1（约1／2U*n1为宜），调节负载电阻RG，在0 ～ Id m 之间分别读取电流 Id 和转速 n 五组数据录于表1－2。

5．缓慢旋动给定电位器至0（输出0V），侍电机停止后“分断”主电路；将转速反馈强度、负载电阻RG调至最大。

6．计算转速比n*＝n／n0 、电流比 I*d ＝Id ／I nom，也录于表1－2。 7．于图1－2中，依次（②、⑤）绘制高、低速两条静特性曲线 n = f（Id） 。

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表1－2 转速负反馈有静差系统静特性实验数据

U *n（V） Id（A） I*d n（r∕min） n* Id0 U *n 1＝ Id1 U *n2＝ Id m Id nom Id2 Id0 Id1 Id nom Id2 Id m 反馈系数 α＝U n nom／nnom＝ V／ A＝ V／A （四） 转速负反馈无静差直流调速系统实验

1．将转速调节器 ASR 改接成 PI 调节器，取Cn＝0.5μF ～ 1μF，检查无误后闭合主电路。

2．缓慢增大给定电压U*n直至U*n＝U *n 1＝U*nm恒定，调整（减小）转速反馈直至 n＝nnom，从而完成转速反馈系数α的整定。（为什么？）

3．重复有静差实验步骤4、5、6相应数据录于表1－3。

4．于图1－2中，依次（③、⑥）绘制高、低速两条静特性曲线 n = f（Id）。并分析、比较图1－2中高、低速各三组特性曲线，得出开环系统、有静差和无静差转速负反馈系统等三类简单直流调速系统的特点。

表1－3 转速负反馈无静差系统静特性实验数据

U *n（V） Id（A） I*d n（r∕min） n* Id0 U *n 1＝ Id 1 U *n2＝ Id m Id nom Id2 Id0 Id1 Id nom Id2 Id m （五）带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统实验

1．连接并调试完成电流截止负反馈（接线端子Ui1由接地改为电流反馈输入，其比较电压为Ucom＝UVS1注意反馈极性），检查无误后闭合主电路。

注：电流截止负反馈环节参数按《给定与调节器挂箱（DS301）使用说明》中转速调节器的单元调试部分确定，此处不另重复。

2．增大给定U*n直至U*n＝U *n 1＝－10V、n＝no恒定；系统稳定后，缓慢调节电流反馈强度和负载电阻RG直至Id＝Id nom（电流截止负反馈尚未起作用）；用万用表测量此时的电流反馈电压Uci1（ASR输入端子Ui1处）和负载电阻RG，并令电流反馈系数β＝β1＝Uci1／Id nom、负载电阻RG＝RGnom录于

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表1－4；最后恢复负载电阻RG至最大。

3．调节负载电阻RG，在 0 ～ Id m 之间分别读取负载电流 Id 和转速 n 等五组数据录于表1－4；保持此时的转速反馈和电流反馈不变、负载电阻RG调至最大。

4．保持比较电压Ucom＝UVS1不变，增大电流反馈系数使β＝β2＞β1（令β2＝Uci2／Id nom，录于表1－4）；重复调节负载电阻RG，在 0 ～ Id m 之间分别读取电流 Id 和转速 n 五组数据，录于表1－4；保持此时的转速反馈和电流反馈不变、负载电阻RG调至最大。

5．保持β＝β2＞β1，改变比较电压使Ucom＝UVS2＞UVS1（将电流反馈由接线端子Ui1改为Ui2输入）；重复调节负载电阻RG，在0 ～ Id m 之间分别读取电流 Id 和转速 n 五组数据，录于表1－4；保持此时的转速反馈和电流反馈不变、负载电阻RG调至最大。

6．保持比较电压Ucom＝UVS2＞UVS1，恢复电流反馈系数β＝β1（参照步骤2）；重复调节负载电阻RG，在0 ～ Id m 之间分别读取电流 Id 和转速 n 五组数据录于表1－4；旋动给定电位器至0（输出0V），侍电机停止后“分断”主电路；保持转速和电流反馈不变，分断负载开关SG，置负载电阻RG＝RGnom；恢复比较电压Ucom＝UVS1（将电流反馈由接线端子Ui2恢复为Ui1输入）。

7．计算各转速比n*＝n／n0 和电流比 I*d ＝Id ／I nom，录于表1－4。

表1－4 带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统静特性实验数据 特 性 ① β＝β1、Ucom＝UVS1 ② β＝β2＞β1 、Ucom＝UVS1 Id（A） I*d n（r∕min） n* 特 性 Id（A） Id0 Id1 Id 2 Id3 Id m Id0 Id1 Id2 Id3 、 Id m ③ β＝β2＞β1 Ucom＝UVS2＞UVS1 ④ β＝β1 Ucom＝UVS2＞UVS1 I*d n（r∕min） n* β1＝Uci1／Id nom＝ β2＝Uci2／Id nom＝ RGnom＝

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