單軸電機運動控制實驗報告範文

實驗一 晶閘管直流調速系統電流-轉速調節器調試

一．實驗目的

1．熟悉直流調速系統主要單元部件的工作原理及調速系統對其提出的要求。 2．掌握直流調速系統主要單元部件的調試步驟和方法。

二．實驗內容

1．調節器的調試

三．實驗設備及儀器

1．教學實驗臺主控制屏。 2．MEL—11組件 3．MCL—18組件 4．雙蹤示波器 5．萬用表

四．實驗方法

1．速度調節器（ASR）的調試

按圖1-5接線，DZS(零速封鎖器)的扭子開關扳向“解除”。

（1）調整輸出正、負限幅值“5”、“6”端 接可調電容，使ASR調節器爲PI調節器，加入一定的輸入電壓（由MCL—18的給定提供，以下同），調整正、負限幅電位器RP1、RP2，使輸出正負值等於5V。

（2）測定輸入輸出特性 將反饋網絡中的電容短接（“5”、“6”端短接），使ASR調節器爲P調節器，向調節器輸入端逐漸加入正負電壓，測出相應的輸出電壓，直至輸出限幅值，並畫

圖1-5 速度調節器和電流調節器的調試接線圖

出曲線。

（3）觀察PI特性

拆除“5”、“6”端短接線，突加給定電壓(0.1V)，用慢掃描示波器觀察輸出電壓的變化規律，改變調節器的放大倍數及反饋電容，觀察輸出電壓的變化。反饋電容由外接電容箱改變數值。

2．電流調節器（ACR）的調試 按圖1-5接線。

（1）調整輸出正,負限幅值

“9”、“10”端 接可調電容，使調節器爲PI調節器，加入一定的輸入電壓，調整正，負限幅電位器，使輸出正負最大值等於5V。

（2）測定輸入輸出特性

將反饋網絡中的電容短接（“9”、“10”端短接），使調節器爲P調節器，向調節器輸入端逐漸加入正負電壓，測出相應的輸出電壓，直至輸出限幅值，並畫出曲線。

（3）觀察PI特性

拆除“9”、“10”端短接線，突加給定電壓，用慢掃描示波器觀察輸出電壓的變化規律，改變調節器的放大倍數及反饋電容，觀察輸出電壓的變化。反饋電容由外接電容箱改變數值。

一．實驗目的

1．瞭解雙閉環不可逆直流調速系統的原理，組成及各主要單元部件的原理。 2．熟悉電力電子及教學實驗臺主控制屏的結構及調試方法。 3．熟悉MCL-18，MCL-33的結構及調試方法

4．掌握雙閉環不可逆直流調速系統的調試步驟，方法及參數的整定。

二．實驗內容

1．各控制單元調試 2．測定電流反饋係數。

3．測定開環機械特性及閉環靜特性。 4．閉環控制特性的測定。 5．觀察，記錄系統動態波形。

三．實驗系統組成及工作原理

雙閉環晶閘管不可逆直流調速系統由電流和轉速兩個調節器綜合調節，由於調速系統調節的主要量爲轉速，故轉速環作爲主環放在外面，電流環作爲付環放在裏面，這樣可抑制電網電壓波動對轉速的影響，實驗系統的控制迴路如圖1-8b所示，主迴路可參考圖1-8a所示。

系統工作時，先給電動機加勵磁，改變給定電壓的大小即可方便地改變電機的轉速。ASR,ACR均有限幅環節，ASR的輸出作爲ACR的給定，利用ASR的輸出限幅可達到限制起動電流的目的, ACR的輸出作爲移相觸發電路的控制電壓，利用ACR的輸出限幅可達到限制min和min的目的。

當加入給定Ug後，ASR即飽和輸出，使電動機以限定的最大起動電流加速起動，直到電機轉速達到給定轉速（即Ug=Ufn），並出現超調後，ASR退出飽和，最後穩定運行在略低於給定轉速的數值上。

四．實驗設備及儀器

1．教學實驗臺主控制屏。 2．MCL—33組件 3．MEL—11組件 4．MCL—18組件

5．電機導軌及測速發電機（或光電編碼器） 6．直流電動機M03 7．雙蹤示波器 8．萬用表

五．注意事項

1．三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。 2．系統開環連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機

實驗名稱：電流、轉速調速調節器設計

一、實驗目的

1、掌握雙閉環直流調速系統的穩態參數計算、系統的穩定性分析 2、瞭解用MATLAB軟件工具對系統的電流環和速度環作PI調節器設計 3、熟悉對系統進行仿真的步驟和方法

二、實驗過程 1、設計要求

（1）靜態指標：無靜差

（2）動態指標：電流超調量小於等於5%；空載啓動到額定轉速時的轉速超調量小於等於10% 2、電流環設計

（1）確定時間常數：經計算得電流環小時間常數之和爲0.0037s （2）選擇電流調節器結構：採用PI調節器

（3）計算電流調節器參數：電流調節器超前時間常數爲0.03s，ACR比例係數爲1.013

（4）校驗近似條件：均滿足近似條件

（5）計算調節器電阻電容：按照計算得出的電阻電容參數，電流環可以達到的動態跟隨性能指標爲4.3%，小於5%，滿足設計要求 3、轉速環設計

（1）確定時間常數：經計算得轉速環小時間常數之和爲0.0174s （2）選擇轉速調節器結構：採用PI調節器

（3）計算轉速調節器參數：ASR超前時間常數爲0.087s，ASCR比例係數爲11.7

（4）校驗近似條件：均滿足近似條件

工學院實驗報告

（5）計算調節器電阻電容

（6）校覈轉速超調量：轉速環可以達到的動態跟隨性能指標爲8.31%，小於10%，滿足設計要求

4、電流閉環控制系統仿真圖1電流環仿真模型

5、轉速環仿真設計

圖2 轉速環仿真模型

6、不同PI參數下仿真圖對比

表1中序號1爲以KT=0.25的關係式按典型I系統設計得到PI調節器的階躍仿真結果圖，可以看出此時無超調、但上升時間長；序號2爲以KT=0.5的關係式按典型I系統設計得到PI調節器的階躍仿真結果圖，可以看出此時超調量小、上升時間較短，兼顧了穩定性和快速性；序號3爲以KT=1的關係式按典型I系統設計得到PI調節器的階躍仿真結果圖，可以看出此時上升時間短、但超調大；序號4爲開環時仿真結果圖，可以看出系統將不會達到穩態。因此序號2的電流、轉速調速調節器的設計合理。

工學院實驗報告

表1不同PI參數下仿真圖對比

三、實驗總結

通過本次實驗，我掌握了雙閉環直流調速系統的穩態參數計算、系統的穩定性分析，學會了使用MATLAB軟件對系統的電流環和速度環作PI調節器設計，熟悉了對系統進行仿真的步驟和方法。