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![《运动控制系统》实验指导书[新][152023]](https://img.taocdn.com/s1/m/f651f848ddccda38376baf9e.png)
一、运动控制系统实验项目一览表实验室名称：电机拖动实验室课程名称：运动控制系统适用专业：电气工程及自动化、自动化实验总学时：16设课方式：课程实验（“课程实验”或“独立设课”二选一）是否为网络实验：否（“是”或“否”二选一）实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试一．实验目的1．熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。
2．掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。
二．实验内容2．电平检测器的调试3．反号器的调试4．逻辑控制器的调试三．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏。
2．NMCL—31A组件3．NMCL—18组件4．双踪示波器5．万用表四．实验方法1．速度调节器（ASR）的调试按图1-5接线，DZS(零速封锁器)的扭子开关扳向“解除”。
注意：正常使用时应“封锁”，以防停机时突然启动。
（1）调整输出正、负限幅值“5”、“6”端接可调电容，使ASR调节器为PI调节器，加入一定的输入电压（由NMCL—31的给定提供，以下同），调整正、负限幅电位器RP1、RP2，使输出正负值等于 5V。
（2）测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“5”、“6”端短接），使ASR调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。
（3）观察PI特性拆除“5”、“6”端短接线接入5~7uf电容，（必须按下选择开关，绝不能开路），突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。
反馈电容由外接电容箱改变数值。
2．电流调节器（ACR）的调试按图1-5接线。
（1）调整输出正,负限幅值“9”、“10”端接可调电容，使调节器为PI调节器，加入一定的输入电压，调整正，负限幅电位器，使输出正负最大值大于 6V。
（2）测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“9”、“10”端短接），使调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。
综合性实践报告
实践项目名称逻辑无环流可逆直流调速系统实践日期2008.3.19—2008.3.24
班级电气05-10班
学号
姓名
成绩
气工程实践与实践中心
实践报告说明
1．实践项目名称：要用最简练的语言反映实践的内容。
要求与实践指导书中相一致。
2．实践类型：一般需说明是验证型实践还是设计型实践，是创新型实践还是综合型实践。
3．实践目的与要求：目的要明确，要抓住重点，符合实践指导书中的要求。
4．实践原理：简要说明本实践项目所涉及的理论知识。
5．实践环境：实践用的软硬件环境（配置）。
6．实践方案设计（思路、步骤和方法等）：这是实践报告极其重要的内容。
概括整个实践过程。
对于操作型实践，要写明依据何种原理、操作方法进行实践，要写明需要经过哪几个步骤来实现其操作。
对于设计型和综合型实践，在上述内容基础上还应该画出流程图、设计思路和设计方法，再配以相应的文字说明。
对于创新型实践，还应注明其创新点、特色。
7．实践过程（实践中涉及的记录、数据、分析）：写明具体上述实践方案的具体实施，包括实践过程中的记录、数据和相应的分析。
8．结论（结果）：即根据实践过程中所见到的现象和测得的数据，做出结论。
9．小结：对本次实践的心得体会、思考和建议。
10．指导教师评语及成绩：指导教师依据学生的实际报告内容，用简练语言给出本次实践报告的评价和价值。
注意：
实践报告将记入实践成绩；
每次实践开始时，交上一次的实践报告，否则将扣除此次实践成绩。
直流调速系统实验指导书江西理工大学应用科学学院机电工程系2007年10月目录实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 (1)实验二晶闸管直流调速系统主要单元调试 (6)实验三不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 (9)实验四双闭环晶闸管不可逆直流调速系统 (13)实验五逻辑无环流可逆直流调速系统 (18)实验六双闭环可逆直流脉宽调速系统 (22)实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一．实验目的1．了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情况。
2．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。
3．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。
二．实验内容1．测定晶闸管直流调速系统主电路电阻R2．测定晶闸管直流调速系统主电路电感L3．测定直流电动机的飞轮惯量GD24．测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T d5．测定直流电动机电势常数C e和转矩常数C M6．测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M三．实验系统组成和工作原理晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。
本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压，改变U g的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。
四．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏。
2．NMCL—33组件3．NMEL—03组件4．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）5．直流电动机M036．双踪示波器7．万用表五．注意事项1．由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。
2．为防止电枢过大电流冲击，每次增加U g须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。
3．电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。
六．实验方法1．电枢回路电阻R的测定电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻R a，平波电抗器的直流电阻R L和整流装置的内阻R n，即R=R a+R L+R n为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如图1-1所示。
逻辑无环流可逆直流调速系统一、原理图逻辑无环流系统的主电路由二组反并联的三相全控整流桥组成,由于没有环流,两组可控整流桥之间可省去限制环流的均衡电抗器,电枢回路仅串接一个平波电抗器。
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,电流变换器FBC,速度变换器FBS等组成。
其系统原理图如图1-9所示。
正向起动时,给定电压Ug为正电压,无环流逻辑控制器的输出端Ubif为1态,即正桥触发脉冲开通,反桥触发脉冲封锁,主回路正组可控整流桥工作，电机正向运转。
减小给定时,Ug<Ufn,使Ugi反向,整流装置进入本桥逆变状态,而Ubif,Ubir不变,当主回路电流减小并过零后,Ubif,Ubir输出状态转换,Ubif为“1”态,Ubir为“0”,即进入它桥制动状态,使电机降速至设定的转速后再切换成正向运行;当Ug=0时,则电机停转。
反向运行时,Ubir为1态,Ubif为0态,主电路反组可控整流桥工怍。
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Ubir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。
二、接线图1、按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。
（1）用示波器观察双脉冲观察孔，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲（2）检查相序，用示波器观察“1”，“2”脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。
（3）将控制一组桥触发脉冲通断的六个直键开关弹出，用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。
《电力拖动自动控制系统》实验指导书(自编)-(2)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1《电力拖动自动控制系统》实验指导书昆明理工大学信自学院自动化系2005年9月目录实验须知----------------------------------------------------------------------2实验一系统调试-----------------------------------------------------------3实验二参数测试-----------------------------------------------------------9实验三双闭环系统的静特性研究-------------------------12实验四双闭环调速系统动特性研究----------------------------------15实验五逻辑无环流可逆调速系统的研究----------------------------17实验六错位选触无环流可逆系统-------------------------------------22实验七双闭环三相异步电动机调压调速系统----------------------26实验八双闭环三相绕线型异步电动机串级调速系统-------------29附录1双闭环不可逆直流调速系统主电路和控制电路连线图--32附录2逻辑无环流直流可逆调速系统主电路和控制电路连线图--33实验须知实验课是教学中的重要环节之一，通过实验，是理论联系实际，加深理解和巩固所学的有关理论知识，培养、锻炼和提高对实际系统的调试和分析、解决问题的能力，同时通过实验也培养严谨的科学态度和良好的作风，以达到工程技术人员应有的本领，因此要求每个学生不必须认真对待实验课，要求作到：一：实验前预习，要求：1、了解所有实验系统的工作原理2、明确实验目的，各项实验内容、步骤和做法3、拟定实验操作步骤，画出实验记录表格。
3-5 无环流可逆调速系统及其控制方法本节提要□ 逻辑控制的无环流可逆系统当工艺过程对系统正反转的平滑过渡特性要求不很高时，特别是对于大容量的系统，常采用无环流控制可逆系统。
无环流控制可逆系统：既没有直流平均环流又没有瞬时脉动环流。
1. 无环流可逆系统分类按照实现无环流控制原理的不同，无环流可逆系统又有大类：逻辑控制无环流系统；错位控制无环流系统。
一、逻辑控制的无环流可逆系统逻辑控制的无环流可逆系统是应用最广泛的可逆系统。
本节将着重讨论逻辑控制的无环流可逆系统的系统结构、控制原理和电路设计。
（一）系统组成和工作原理1. 系统的组成逻辑控制的无环流可逆调速系统（以下简称“逻辑无环流系统”）的原理框图示于下图：◎ 系统结构的特点·主电路① 采用VF、VR反并联线路；② 由于没有环流，不用设置环流电抗器；③ 仍保留平波电抗器 L d ，以保证稳定运行时电流波形连续；·控制系统① 采用转速、电流双闭环方案；② 电流环分设两个电流调节器，1ACR用来控制正组触发装置GTF，2ACR控制反组触发装置GTR；③ 1ACR 的给定信号经反号器 AR 作为2ACR的给定信号，因此电流反馈信号的极性不需要变化，可以采用不反映极性的电流检测方法。
④ 为了保证不出现环流，设置了无环逻辑控制环节DLC，这是系统中的关键环节。
它按照系统的工作状态，指挥系统进行正、反组的自动切换，其输出信号 Ublf 用来控制正组触发脉冲的封锁或开放，Ublr 用来控制反组触发脉冲的封锁或开放。
（二）可逆系统对无环流逻辑控制器的要求◎逻辑装置的任务是：在正组可控硅 VF工作时封锁反组脉冲，在反组可控硅 VF工作时封锁正组脉冲。
二者必居其一，决不允许两组同时开放，从而保证主电路没有产生环流的可能。
1. DLC的输入要求分析V-M系统四象限运行的特性，有如下共同特征：正向运行和反向制动时，电动机转矩方向为正，即电流为正；反向运行和正向制动时，电动机转矩方向为负，即电流为负。
课程设计任务书学生姓名：苌城专业班级：自动化0706 指导教师：饶浩彬工作单位：自动化学院题目: 逻辑无环流直流可逆调速系统设计初始条件：1．技术数据：晶闸管整流装置：R rec=Ω，K s=40。
负载电机额定数据：P N=，U N=230V，I N=37A，n N=1450r/min，R a=Ω，I fn=1.14A，GD2=系统主电路：T m=，T l=2．技术指标稳态指标：无静差（静差率s≤2, 调速范围D≥10）动态指标：电流超调量：≤5%，起动到额定转速时的超调量：≤8%，（按退饱和方式计算）要求完成的主要任务:1．技术要求：(1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作(2) 系统静特性良好，无静差（静差率s≤2）(3) 动态性能指标：转速超调量δn＜8%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）t s≤1s(4) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续(5) 调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施2．设计内容：(1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图(2) 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等）(3) 动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调节器与ACR调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求(4) 绘制逻辑无环流直流可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）(5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书时间安排：课程设计时间为一周半，共分为三个阶段：（1）复习有关知识，查阅有关资料，确定设计方案。
约占总时间的20%（2）根据技术指标及技术要求，完成设计计算。
约占总时间的40%（3）完成设计和文档整理。
约占总时间的40%指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要................................................ 错误!未定义书签。
1设计任务及要求.................................... 错误!未定义书签。
设计任务........................................ 错误!未定义书签。
设计要求 (6)2系统结构设计...................................... 错误!未定义书签。
方案论证....................................... 错误!未定义书签。
系统设计........................................ 错误!未定义书签。
3调节器的设计...................................... 错误!未定义书签。
电流调节器的设计................................ 错误!未定义书签。
确定电流调节器的时间常数..................... 错误!未定义书签。
设计电流调节器结构........................... 错误!未定义书签。
校验近似条件................................. 错误!未定义书签。
计算调节器电阻和电容......................... 错误!未定义书签。
速度调节器的设计................................ 错误!未定义书签。
电流环的等效闭环传递函数..................... 错误!未定义书签。
确定转速调节器的时间常数..................... 错误!未定义书签。
转速调节器结构设计........................... 错误!未定义书签。
校验近似条件................................. 错误!未定义书签。
计算调节器的电阻和电容值..................... 错误!未定义书签。
4系统主电路设计.................................... 错误!未定义书签。
主电路原理及说明................................ 错误!未定义书签。
主电路参数设计.................................. 错误!未定义书签。
保护电路设计.................................... 错误!未定义书签。
5控制及驱动电路设计................................ 错误!未定义书签。
调节器结构组成及说明............................ 错误!未定义书签。
逻辑控制器的设计................................ 错误!未定义书签。
触发电路设计.................................... 错误!未定义书签。
6 电气原理总图 (20)7总结与体会........................................ 错误!未定义书签。
参考文献............................................ 错误!未定义书签。
摘要两组晶闸管装置反并联的电枢可逆线路是可逆调速系统的典型线路之一，这种线路有能实现可逆运行、回馈制动等优点，但也会产生环流。
为保证系统安全，必须消除其中的环流。
所谓逻辑无环流系统就是在一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使该组晶闸管完全处于阻断状态，从根本上切断环流通路。
这种系统不仅能实现逻辑无环流可逆调速，还能实现回馈制动。
本文对逻辑无环流直流可逆调速系统进行了设计，并且计算了电流和转速调节器的参数。
关键词：逻辑无环流、可逆直流调速系统、逻辑控制器、ACR、ASR1设计任务及要求设计任务设计一个逻辑无环流直流可逆调速系统，基本技术数据如下：1．技术数据：晶闸管整流装置：Rrec =Ω，Ks=40。
负载电机额定数据：PN =，UN=230V，IN=37A，nN=1450r/min，Ra=Ω，Ifn=1.14A，GD2=系统主电路：Tm =，Tl=2．技术指标稳态指标：无静差（静差率s≤2, 调速范围D≥10）动态指标：电流超调量：≤5%，起动到额定转速时的超调量：≤8%，（按退饱和方式计算）直流电动机：PN =3KW , UN=220V , IN= , nN=1500r/min , Ra=Ω堵转电流 Idbl =2IN, 截止电流 Idcr= ，GD2=三相全控整流装置：Ks=40 , Rrec=1. 3Ω平波电抗器：RL=0. 3Ω电枢回路总电阻 R=Ω，总电感 L=200mH ,电动势系数： (Ce = 系统主电路：(Tm= ，Tl=滤波时间常数：Toi = , Ton=,其他参数：Unm *=10V , Uim*=10V , Ucm=10V ，σi≤5% , σn≤10分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。
确定调速系统主电路元部件及其参数。
动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调节器与ACR调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。
绘制逻辑无环流直流可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）。
设计要求(1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作(2) 系统静特性良好，无静差（静差率s≤2）(3) 动态性能指标：转速超调量δn ＜8%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts≤1s(4) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续(5) 调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施2系统结构设计方案论证在可逆调速系统中，电动机最基本的要素就是能改变旋转方向。
而要改变电动机的旋转方向有两种办法：一种是改变电动机电枢电压的极性，第二种是改变励磁磁通的方向。
对于大容量的系统，从生产角度出发，往往采用既没有直流平均环流，又没有瞬时脉动环流的无环流可逆系统，无环流可逆系统省去了环流电抗器，没有了附加的环流损耗，和有环流系统相比，因换流失败造成的事故率大为降低。
因此，逻辑无环流可逆调速系统在生产中被广泛运用。
系统设计要实现逻辑无环流可逆调速，就要采用桥式全控整流逆变电路。
要达到电流和转速的超调要求就要设计电流-转速双闭环调速器；逻辑无环流的重要部分就是要采用逻辑控制，保证只有一组桥路工作，另一组封锁。
逻辑控制器可以采用组合逻辑元件和一些分立的电子器件组成，也可用单片机实现，本文使用PLC 来实现逻辑控制；触发电路要保证晶闸管在合适的时候导通或截止，并且要能方便的改变触发脉冲的相位，达到实时调整输出电压的目的，从而实现调速。
保护电路有瞬时过压抑制，过电流保护和过电压保护，当过压或过流时封锁触发脉冲，从而实现保护功能。
3调节器的设计电流调节器的设计3.1.1确定电流调节器的时间常数（1）、整流装置滞后时间常数Ts ： 三相桥式电路平均失控时间Ts = 。
（2）、电流滤波时间常数Toi ：三相桥式电路每个波头的时间是，为了基本滤平波头应有（1~2）Toi = 。
则Toi=（3）、电流小时间常数i T ∑：按小时间常数近似处理：s T T T oi s i 0037.0=+=∑3.1.2设计电流调节器结构采用含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI 型电流调节器，其原理图如图1所示。
图中*i U 为电流给定电压，d I β-为电流负反馈电压，调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压c U 。
图1 PI 型电流调速器根据设计要求%5≤i σ，并保证稳态电流无差，可按典型Ⅰ型系统设计电流调节器。
电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI 型电流调节器，其传递函数为：ss K s W i i i ACR ττ)1()(+=检查对电源电压的抗扰性能：243.30037.0012.0==∑ss T T i l 电流调节器超前时间常数：s T l i 012.0==τ取电流反馈系数：A V I U dbl im 0232.02875.110=⨯==*β电流环开环增益：取5.0=∑i I T K ，因此114.1350037.05.05.0-∑===s sT K i I 于是，ACR 的比例系数为：3495.00232.03015.0012.014.135=⨯⨯⨯==βτs i I i K R K K 3.1.3校验近似条件电流环截止频率：114.135-==s K I ci ω 晶闸管整流装置传递函数的近似条件：ci s s sT ω>=⨯=-11.1960017.03131，满足近似条件。
