运动控制系统实验指导书分解

《运动控制系统》实 验 指 导 书实验一转速单闭环可逆直流脉宽调速系统实验实验二双闭环可逆直流脉宽调速系统实验实验三异步电机变频调速的实验控制工程学院自动化教研室2010-5实验一转速单闭环可逆直流脉宽调速系统实验一、实验目的1.掌握转速单闭环可逆直流脉宽调速系统的组成及主要单元部件的工作原理。

2.熟悉直流PWM专用集成电路TL494的组成、功能与工作原理。

3.熟悉H型PWM变换器的各种控制方式的原理与特点。

4.掌握转速单闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。

5.熟悉转速环在直流调速系统中的作用。

二、实验内容1.PWM控制器TL494性能测试。

2.控制单元调试3.系统开环调试4.系统闭环调试三、实验系统的组成和工作原理组成：将反映转速变化情况的测速发电机电压信号经速度变换器后接至速度调节器的输入端，与给定电压比较，速度调节器的输出用来控制PWM调制器，从而构成速度系统。

转速单闭环可逆直流脉宽调速系统实验线路图如图1-1所示。

图 1-1 转速单闭环可逆直流脉宽调速系统实验线路图工作原理：图中可逆PWM变换器主电路是采用MOSFET所构成的H型结构形式。

脉宽调制发生器采用TL494集成芯片。

给定值U g与转速反馈U fn叠加后经速度调节器ASR 的PI调节作为PWM的控制电平U ct，PWM调制器产生一频率不变的矩形脉冲波，其脉冲宽度即占空比将随U ct值的变化而变化，其占空比-1≤ρ≤1。

此PWM经逻辑延时、功放、隔离等处理后，送到开关器件IGBT的栅极，外加三相调压电源经H桥逆变电路输出一与占空比ρ相对应的调制电压，经直流电动机RTDJ32，发电机RTDJ45则作为电动机的负载，由同轴上的测速发电机RTDJ47取得速度反馈信号。

本实验可设定不同的给定量，速度反馈量，以完成开环、速度单闭环的调速实验。

四、实验设备及仪器1.电力电子实验台；2.RTDL04电容箱3.RTDL05A直流调速控制箱；4.RTDL15直流脉宽调速系统；5.RTDJ10三相可调电阻；6.RTDJ32直流并励电动机；7.RTDJ45校正直流电机；8.RTDJ47电机导轨及测速发电机；9.万用表（自备）；10.示波器（自备）。

实验1 了解运动控制实验系统1．1 实验目的1、了解运动控制系统中的步进电机，伺服电机，变频电机，及其他们的驱动，并掌握步进电机与伺服电机的区别。

2、掌握运动控制系统的基本控制原理，与方框图，知道运动控制卡是运动控制系统的核心。

3、了解电机的面板控制，在有些工业控制过程中，能在程序控制无响应的状态下用面板进行紧急停止运动。

1．2 实验设备1、运动控制系统实验平台一台。

2、微型计算机一台。

1．3 概述此多轴运动控制实验平台是基于“PC+运动控制卡”模式的综合性实验平台，对各类控制电机实施单轴和多轴混合运动控制。

该实验平台是学生了解和掌握现代机电控制的基本原理，熟悉现代机电一体化产品控制系统的入门工具。

通过该平台的实物教学和实际编程操作，学生可以掌握现代各类控制电机基本控制原理、运动控制的基本概念、运动控制系统的集成方法，从而提高学生综合解决问题的能力。

1．4 运动控制系统组成PC机（上位机）、运动控制器（下位机）、接口板、24V直流电源、交流伺服电机驱动器、交流伺服电机、步进电机驱动器、步进电机、变频调速电机驱动器、变频调速电机、导线及电缆。

运动控制实验台结构图如下：图1.1系统硬件方框图*上图中直流电源为24V，直流稳压电源，为接口卡与步进电机驱动器提供电压。

伺服电机（及其驱动器）：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

交流伺服电机的工作原理：伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。

伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。

步进电机（及其驱动器）：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

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。

运动控制工程基础实验指导书实验目的该实验指导书旨在帮助学生掌握运动控制工程的基本知识和技能，通过实际操作提升学生对运动控制工程的理解和实践能力。

实验要求1. 学生需提前研究相关的理论知识，包括运动控制算法、控制器的原理和示波器的使用方法。

2. 学生需具备一定的电路基础和编程基础，能够独立完成实验设备的搭建和程序的编写。

3. 学生需按照实验指导书的步骤进行实验，并记录实验数据和观察结果。

实验设备1. 运动控制器：型号 XYZ-1232. 电机：型号 ABC-4563. 示波器：型号 DEF-789实验步骤1. 连接电路：将运动控制器与电机和示波器正确连接，并确保电路连接稳固。

2. 编写程序：使用指定的编程软件编写控制程序，实现电机的运动控制。

3. 调试程序：通过示波器观察电机的运动情况，调试程序以确保电机的运动符合预期。

4. 记录数据：记录实验中的关键数据，包括电机的运动速度、加速度等参数。

5. 分析结果：根据实验数据和观察结果，分析电机的运动特性和控制效果。

实验注意事项1. 进行实验时需注意安全，避免电路短路和故障，遵守实验室安全规定。

2. 实验过程中如遇到问题，应及时寻求指导老师的帮助。

3. 完成实验后，应将实验设备归位并保持实验室整洁。

实验评估本实验将根据学生的实验数据和报告来评估学生对运动控制工程的理解和实践能力。

学生需撰写实验报告，包括实验目的、步骤、数据和结果分析等内容。

参考资料- 《运动控制工程实践指南》- 《控制理论基础》教材第三章以上为《运动控制工程基础实验指导书完整版》的内容，请学生按照指导书的要求进行实验。

第一章运动控制系统实验要求一、预习运动控制系统实验前的预习，是进行这种实验前的重要准备工作，是保证实验顺利完成的必要步骤。

要求做到以下几点：（1）复习课程中与实验有关的内容，熟悉与本次实验相关的理论知识。

（2）认真阅读实验指导，要求：①明确实验目的、要求和内容，看清实验注意事项；②画出实验线路，明确接线方式，拟出实验步骤；③列出实验时需记录的表格，算出要求事先计算的数据；④初步分析实验思考题。

（3）实验前，要到实验室熟悉所用装置，记录必要的设备参数。

（4）实验分组进行，每组4—6人。

在每人独立进行预习的基础上，每位同学在做实验前要交出一份预习报告，经教师审阅并同意后，方能进行实验。

二、实验实施整个实验过程中必须严肃认真，集中精力及时做好实验。

实验时要做到以下几点：（1）实验开始前，指导教师要对学生的预习报告作检查，要求学生了解本次实验的目的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许实验。

（2）指导教师对实验装置作介绍，要求学生熟悉本次实验使用的实验设备、仪器，明确这些设备的功能与使用方法。

（3）按实验小组进行实验，组长负责实验的安排，明确分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠，务求在实验过程中人人动手、个个主动、分工配合、协调操作，做到实验内容完整、数据正确。

（4）按拟订的实验线路及选用的设备，按图接线，力求简单明了。

接线次序为先主电路，后控制电路；先串联，后并联。

主回路与控制回路应分清，根据电流大小，主回路用粗导线连接，控制回路用细导线连接，每个接线柱上的接线尽量要少。

（5）完成实验系统接线后，必须进行自查。

串联回路从电源的某一端出发，按回路逐项检查各仪表、设备、负载的位置、极性等是否正确；联支路则检查其两端的连接点是否在指定的位置。

距离较远的两连接端必须选用长导线直接跨接，不得用2根导线在实验装置上的某接线端进行过渡连接。

（6）为了确保安全，线路自查后应请指导教师检查，确认无误后方可通电。

运动控制系统实训指导书一、实训工作流程及方法1、明确实训任务的要求，准确理解实训项目所需实现的功能，确立控制系统设计的原则和指导思想；2、进行广泛的调研，查阅有关资料，了解现有的与实训任务类似或相关的、可借鉴或参考的成果或素材，在此基础上结合现有条件和实际情况，提出自己的设计构想；3、进行整体方案设计。

先初步构思几个可行方案，再作进一步的分析比较，后定出相对较好的方案，画出系统框图；4、设计具体的系统电路。

先根据系统框图的划分确定各单元的具体方案，再确定系统电路中各元器件的主要参数（对电路的功能、性能和元器件能否可靠地工作有决定性影响的参数）。

确定元器件参数的依据可以是理论分析、实验数据、成功经验、同类型的电路；5、确定具体的电路时，在原理正确和满足所需的功能的前提下，要综合考虑技术、经济和客观条件，采用最容易实施的方案。

若对电路的原理或可行性拿不准，应做一下实验或仿真；6、绘制完整的系统电路，对电路作整体的分析，看有无错误和漏洞；7、准备所需的元器件和材料，对所设计的系统电路进行制作，验证是否能实现项目的功能要求。

若不能，就要分析问题出在哪里（电路参数、电路结构或是设计方案），找准问题后进行相应的调试、修改，然后再验证，直至满足项目要求；8、交验实训成果，撰写并提交实训报告。

二、实训要求：不得无故缺勤，若要去图书馆或网吧查资料或购买材料，应向老师请假。

实训过程中应遵守实验室的管理规定，爱护设备仪器，节约材料，保持实验室的整洁。

要尽量选用通用、常用的元器件，领用材料要经指导老师审核同意。

实训时，同学之间可以互相讨论和协助，但不能请人代做，也不能购买成品来充当实训作品。

三、实训分组、指导老师、作息时间、场地安排第一组：学号101——122，指导教师：仉月仙；第二组：其余的同学，指导教师：胡维梁；作息时间：每周一至周五，上午9:00——12:00，下午2:00——5:00场地安排：实训项目一、项目二、项目三在明轩楼504实验室；其他实训项目在德信楼209实验室。

运动控制系统实验报告实验项目实验一晶闸管直流开环调速系统的安装 (2)实验二晶闸管直流调速系统主要单元调试 (5)实验三单闭环不可逆直流调速系统 (9)实验四双闭环晶闸管不可逆直流调速系统 (13)综合设计1单片机 PWM 直流电机开环调速系统 (17)综合设计2舵机控制系统设计 (23)实验一晶闸管直流开环调速系统的安装班级学号姓名得分一．实验目的1．熟悉晶闸管直流调速系统的结构和原理；2．掌握直流调速系统的安装调试步骤和方法；3.观测同步信号和触发脉冲的波形；4.分析控制电压和转速的关系。

二．实验内容1．晶闸管主回路的安装2．给定信号的连接3．用示波器观测触发信号4．测量控制电压和单机转速三．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏。

2． NMCL —33 组件3． NMCL —31 组件4．双踪示波器5．万用表四．实验方法和步骤1连接晶闸管整流电路和直流电动机的主电路图 1 晶振管整流电源和电动机的主电路2连接给定信号和触发控制电路3用示波器观测同步信号和触发脉冲步骤 1：用示波器的两个通道同时测量两相交流电的同步信号记录三相交流电的波形，分析 UVW 的相位差。

步骤 2：用示波器的两个通道观测相邻的两个触发脉冲信号记录两个触发脉冲的波形，并分析相位差步骤 3：用示波器的两个通道同时观测同步信号和触发脉冲信号调节控制电压 Uct ，观测触发脉冲和同步信号之间的延迟时间有何变化。

4 测量电机的转速和控制电压之间的关系1500rpm ，同时用万用表测量控制电调节给定电位器，使电动机从静止开始加速到压，作图分析控制电压和转速之间的关系。

五. 实验数据和结果分析1 ．实验测得UVW 三相交流电的同步波形如下。

、从同步信号波形可以看出：UVW 三相交流电2.s 相邻两个触发脉冲的波形如下：从触发信号波形可以看出：3．同步信号和触发信号的变换规律电机转速最低时电机转速中等时电机转速最高时从上述几个波形图可以看出4．转速和控制电压的关系转速0200400600800100120014001500 Uc根据表格数据，作图如下:从曲线可以看出，转速和控制电压之间的关系为六. 实验总结实验二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。

运动控制实验指导书李忠明叶平北京邮电大学机电工程实验教学中心2014实验系统介绍GXY系列工作台集成有4轴运动控制器、电机及其驱动、电控箱、运动平台等部件。

各部件全部设计成相对独立的模块，便于面向不同实验进行重组。

机械部分是一个采用滚珠丝杠传动的模块化十字工作台，用于实现目标轨迹和动作。

为了纪录运动轨迹和动作效果，专门配备了笔架和绘图装置，笔架可抬起或下降，其升降运动由电磁铁通、断电实现，电磁铁的通断电信号由控制卡通过IO口给出。

执行装置根据驱动和控制精度的要求可以分别选用交流伺服电机，直流伺服电机和步进电机。

直流伺服电机具有起动转矩大、体积小、重量轻、转矩和转速容易控制、效率高的优点。

但维护困难，使用寿命短，速度受到限制。

交流伺服电机具有高速，高加速度，无电刷维护，环境要求低等优点，但驱动电路复杂，价格高。

一般伺服电机和驱动器组成一个速度闭环控制系统，用户则根据需要可通过运动控制器构造一个位置（半）闭环控制系统。

步进电机不需要传感器，不需要反馈，用于实现开环控制；步进电机可以直接用数字信号进行控制，与计算机的接口比较容易；没有电刷，维护方便、寿命长；启动、停止、正转、反转容易控制。

步进电机的缺点是能量转换效率低，易失步（输入脉冲而电机不转动）等。

当采用交流伺服电机作为执行装置时，安装在电机轴上的增量码盘充当位置传感器，用于间接测量机械部分的移动距离，如果要直接测量机械部分移动位移，则必须额外安装光栅尺等直线位移测量装置。

控制装置由PC机、GT-400-SV（或GT-400-SG）运动控制卡和相应驱动器等组成。

运动控制卡接受PC机发出的位置和轨迹指令，进行规划处理，转化成伺服驱动器可以接受的指令格式，发给伺服驱动器，由伺服驱动器进行处理和放大，输出给执行装置。

控制装置和电机（执行装置）之间的连接示意如下图1-6所示：图1-6 GT运动控制器典型应用实验一运动控制器的调整－PID控制1.1 实验目的了解数字滤波器的基本控制作用，掌握调整数字滤波器的一般步骤和方法，调节运动控制器的滤波器参数，使电机运动达到要求的性能。

逻辑无环流直流调速系统实验一、实验目的：1. 理论联系实际，把“自动控制系统”、“电力电子变流技术”等课程所学的理论应用于实际，掌握和巩固可逆调速系统的组成工作原理和主要优缺点。

2. 熟悉和掌握逻辑无环流可逆调速系统的调试方法和步骤。

3. 通过实验，分析和研究系统的动、静态特性，并研究调节器参数对动态品质的影响。

4. 通过实验，使同学提高实际操作技能，培养分析和解决问题的能力。

二、实验内容：1. 各控制单元调试。

2. 整定电流反馈系数β，转速反馈系数a，整定电流保护动作值。

3. 测定开环机械特性及高、低速时的静特性n=f(Id)。

4. 闭环控制特性n=f(Id)的测定。

5. 改变调节器参数，观察、记录电流和速度起制动的动态波形。

三、实验要求：1. 预习：(1)实验前必须掌握系统的框图原理、系统各控制单元的功能和作用。

(2)熟悉IPS-1实验装置的结构，面板布置及系统主要设备参数。

(3)拟定实验的具体操作步骤，列出所需记录的参数表格，实验前由教师抽查，发现未预习者，不得参加实验。

2. 实验技术指标要求：(1)电流超调量σi% ≤5%，并记录有关参数对σi%的影响，用理论计算分析误差的原因。

(2)转速超调量σn% ≤10%，并记录有关参数对σn%的影响，用理论计算分析误差的原因。

(3)用示波器测定，系统起动、制动，由正转到反转的过渡时间。

(4)稳态转速无静差。

3. 实验报告内容：(1)实验线路组成的方框图和系统原理图（2#图纸）。

(2)实验的内容、步骤和方法，实验测定的结果数据和波形图。

(3)分析系统的相对稳定性、动态波形与参数的关系。

(4)提出对本实验的改进意见。

四、实验系统的组成及工作原理：系统的原理框图(见图2)。

图中：GJ(LY101盒)—(见图1)信号给定单元，它有两个输出端。

输出1—给定信号直接输出端；输出2—给定信号经给定积分器(GI)后输出。

[图1 给定单元J图2.系统框图ASR(LY102盒)—(见图3)速度调节器(PI)，它保证稳态时速度无静 差，其输出限幅值作为电流调节器的最大电流给定，决定电动机最 大的起动电流。

运动控制系统实验指导书湖南文理学院电气与信息工程学院潘湘高编2016年3月实验注意事项实验注意事项（一）“综合实验台”及其挂箱初次使用或较长时间未用时，实验前务必对“实验台”及其挂箱进行全面检查和单元环节调试。

（二）实验前，务必设置“工作模式选择”开关（直流调速、交流调速、电力电子、高级应用），并按下表正确选择主变压器二次侧相电压，认真检查各开关和旋钮的位置以及实验接线是否正确，经教师审核、检查无误后方可开始实验。

主变压器二次侧抽头输出电压及其适用范围（三）出现任何异常，务必立即切除实验台总电源（或按急停按钮）。

（四）为防止调速系统的振荡，在接入调节器时必须同时接入RC阻容箱，先设定为1：1的比例状态，实验中按需再行改变阻容值，直至满足要求。

（五）本实验台“过流”信号取自“三相电流检测(DD04)”单元。

因此，在所有交、直流实验电路中都已接入（DD04）单元，但应经常检查，确保过流保护的完好、可靠。

（六）实验过程中，注意监视主电路的过载电流，不超过系统的允许值，并尽可能缩短必要的过载和堵转状态的时间。

（七）无“电流闭环”又无“电流截止负反馈”的系统，务必采用“给定积分”输出，否则不可阶跃起动，应从0V缓慢起调。

（八）“闭环系统”主控开启前，务必确保负反馈接线正确、各个调节器性能良好、限幅值正确无误。

（九）实验前，先将负载给定调到“0”（若用发电机负载则将变阻器开路或置于阻值最大），实验中按需要，逐步增大负载，直至所要求的负载电流。

（十）“电流开环”的交流调速系统，给定应接积分输出（Un*2 ）给出。

（十一）双踪示波器”测试双线波形，严防因示波器“双表笔”已共地而引起系统短路。

（十二）本“实验注意事项”，适用于采用本实验台的所有实验。

任何改接线，首先断电源；一旦有异常，按急停开关。

² 1 ²EL－DS－Ⅲ型电气控制综合实验系统²运动控制系统实验指导书目录实验要求与实验报告内容 (1)实验一、带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统 (2)实验二、转速、电流双闭环直流调速系统 (10)实验三、脉宽调制(PWM)直流调速系统的研究 (16)实验四、转速开环的电压源型异步电动机SPWM变频调速系统 (21)附录二：直流调速系统典型实验电路图 (27)附图1－1、带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统驶 (28)附图1－2、转速、电流双闭环直流调速系统 (29)附图1-9C 转速、电流双闭环可逆脉宽调制(PWM)直流调速系统 (30)附图2－6、转速开环的电压源型异步电动机变频调速系统 (31)² 2 ²EL－DS－Ⅲ型电气控制综合实验系统²运动控制系统实验指导书实验要求与实验报告内容一、实验要求：（一）实验前做好预习，熟悉相应直流调速系统及其组成单元的工作原理和应用特点，了解引入反馈和特定控制环节的意义和工作原理。

运动控制系统实验指导书赵黎明、王雁编广东海洋大学信息学院自动化系直流调速实验一不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究一．实验目的1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。

2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。

3．学习反馈控制系统的调试技术。

二．预习要求1．了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。

2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。

三．实验线路及原理见图6-7。

四．实验设备及仪表1．MCL系列教学实验台主控制屏。

2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。

3．MCL—33(A)组件或MCL—53组件。

4．MEL-11挂箱5．MEL—03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。

6．电机导轨及测速发电机、直流发电机M01（或电机导轨及测功机、MEL—13组件）。

7．直流电动机M03。

8．双踪示波器。

五．注意事项1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。

2．接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。

3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。

4．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。

5．电源开关闭合时，过流保护发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1即可正常工作。

6．系统开环连接时，不允许突加给定信号U g起动电机。

7．起动电机时，需把MEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。

8．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。

9．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。

六．实验内容1．移相触发电路的调试（主电路未通电）（a）用示波器观察MCL—33（或MCL—53，以下同）的双脉冲观察孔，应有双脉冲，且间隔均匀，幅值相同；观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1V～2V 的双脉冲。

运动控制系统实验指导书2013年3月目录第一部分MCL－11型电机及控制教学实验台介绍 (2)第二部分实验项目实验一晶闸管直流调速系统电流-转速调节器调试 (8)实验二双闭环晶闸管不可逆单闭环直流调速系统测试 (10)实验三异步电动机的变压变频调速演示实验 (15)第一部分MCL－11型电机及控制教学实验台介绍一、实验机组=1500r/pm。

直流电动机：P N=185w，U N=220V，I N=1.1A，nN二、实验挂箱(1)MCL－18挂箱：G(给定)，(GT+MF)触发电路及功放，单双脉冲观察，(FBC+FA)电流反馈及过流过压保护，零速封锁器（DZS），速度变换器(FBS)，速度调节器(ASR)，电流调节器(ACR)。

(2)MCL－33挂箱：脉冲通断控制及显示，一组、二组可控硅，平波电抗器。

(3)MEL－11挂箱：六组可调电容。

三、选配挂箱(1)MEL－03挂箱：可调电阻器。

(2)电机导轨及测速发电机，直流发电机M01：P N＝100W，U N=200V。

(3)电机导轨及测功机、测速发电机，MEL－13组件。

控制系统挂箱介绍和使用说明（一）、MCL－18挂箱MCL—18由G(给定)，(GT+MF)触发电路及功放，双脉冲观察，(FBC+FA)电流反馈及过流过压保护，零速封锁器（DZS），速度变换器(FBS)，速度调节器(ASR)，电流调节器(ACR)组成。

1.G(给定)原理图如图1-1。

它的作用是得到下列几个阶跃的给定信号：(1)0V突跳到正电压，正电压突跳到0V；(2)0V突跳到负电压，负电压突跳到OV；(3)正电压突跳到负电压。

负电压突跳到正电压。

图1-1给定原理图正负电压可分别由RP1、RP2两多圈电位器调节大小(调节范围为0－±13V左右)。

数值由面板右边的数显窗读出。

只要依次扳动S1、S2的不同位置即能达到上述要求。

(1)若S1放在“正给定”位，扳动S2由“零”位到“给定”位即能获得0V突跳到正电压的信号，再由“给定”位扳到“零”位能获得正电压到0V的突跳；(2)若S1放在“负给定”位，扳动S2，能得到0V到负电压及负电压到0V的突跳；(3)S2放在“给定”位，扳动S1，能得到正电压到负电压及负电压到正电压的突跳。

实验一通用变频器的面板操作一、实验目的：熟悉通用变频器操作面板的使用二、实验设备：1．汇川MD280系列变频器1台2．三相鼠笼异步电动机（120W）1台三、实验步骤：1．根据下图，正确电动机星型点，正确连接变频器的输入和输出，熟悉操作面板按键功能。

2．实验台接通电源，变频器恢复出厂设置FP-01=1。

3．设置电动机参数：4．设置基本运行参数设置F0-00=0，F0-01=0。

RUN/STOP启动、停止电机运行；通过“▽”、“△”键调整数字设定频率，观察电机运行速度。

15．预设频率和预设频率存储开关F0-02=3，启动电机，调节设定频率，观察数码管显示的设定频率。

6．修改加速时间F0-09和减速时间F0-10参数，观察电机加速过程。

7．减速停车和自由停车。

F4-10=0，减速停车，按照F0-10的减速时间停车；F4-10=1，自由停车；观察变频器启动电机和停止电机运行时，操作面板频率显示值。

8．MF.K键点动功能设置F7-15=3。

9．电动机运行中，自制表格，记录两组以上的运行参数（变频器输出频率和变频器输出电压），绘制U/f直线。

10．修改其它参数并观察效果。

四、思考题：1、变频器运行过程中，使用上下箭头按键调节时，数码管显示的是变频器的设定频率还是输出频率？2、列出变频器减速停车时直流制动的相关参数？2实验二通用变频器的外部端子控制一、实验目的：熟悉通用变频器外部控制端子的使用方法。

二、实验设备：1．汇川MD280系列变频器1台。

2．三相鼠笼异步电动机（120W）1台。

三、实验步骤：1．根据下图，正确连接电动机星型点，正确连接变频器的输入和输出，熟悉变频器端子的功能，连接开关COM至变频器端子板的COM，S1接DI1，S2接DI2，S3连接至DI3，S4连接至DI4。

变频器端子开关指示灯单2．实验台接通电源，变频器恢复出厂设置FP-01=1后，停机直流制动电流F4-13设置为0，将减速停车制动时间F4-14设置为0，防止实验台跳闸。

运动控制系统实验指导书《运动控制系统》实验指导书上海理工大学光电信息与计算机工程学院20XX年1月目录一、系统硬件平台 ................................................ ................................................... .. (2)引言 ................................................ ................................................... ......................................... 2 平台组成与工作原理 ................................................ ................................................... .............. 2 平台功能 ................................................ ................................................... ................................. 4 二、上位机控制及其监控软件 ................................................ ................................................... . (5)PCI数据采集卡工作原理及其算法 ................................................ ....................................... 5 DSP处理器工作原理及其算法 ................................................ .. (5)三、实验指导 ................................................ ................................................... . (6)实验注意事项................................................. ................................................... ......................... 6 双闭环直流PWM调速系统实验 ................................................ . (6)三闭环直流PWM随动系统实验 ................................................ .. (11)交流电机电压频率协调控制系统实验 ................................................ ................... 14 矢量控制交流调速系统实验 ................................................ ...................................................16 矢量控制交流随动系统实验 ................................................ ...................................................18 四、附件 ................................................ ................................................... . (20)有关接线说明................................................. ................................................... ....................... 20 相关实验系统的构成原理图 ................................................ ...................................................211一、系统硬件平台引言《电力拖动自动控制系统》或《运动控制系统》是高等院校电类专业的一门重要专业课程，其实验是高等院校电类专业教学中的一个重要环节。

实验一异步电机矢量变换控制原理实验一、实验目的：1.了解异步电机转子磁场定向控制的原理结构框图及硬件构成2.了解异步电机转子磁场位置检测电流模型法3.了解异步电动机转子磁场定向控制原理中实现矢量变换的方法及意义二、实验设备三、实验线路及原理1.运动控制系统的硬件配置图1－1 运动控制系统硬件构成图1－1为本系统的硬件配置框图。

THKDSP－1为运动控制实验箱，箱内装有DSP主控板（B1），功率驱动板（B2）及控制电源和功率模块板（B3）。

图1－2为DSP主控板的组成框图。

它包括DSP芯片；RAM芯片IC1、IC2；E2PROM存储器芯片IC3；用于RS232串行通信的接口芯片IC4以及MC－BUS I/O连接器J1、J2。

图1－2 DSP主控板组成框图图1－3为功率驱动板框图。

它包括电动机两相电流I a，I b（Iu、Iv）检测；直流母线电压V dc检测电路；保护电路；PWM信号驱动电路。

图1－3 功率驱动板电路结构框图电源功率模块板包括﹢5V，±15V, +15V三组电源和由六个IGBT构成的逆变电路。

2.异步电动机转子磁场定向控制的原理图1－4 转子磁场定向控制原理框图电机的相电流i a，i b检测之后，经过3/2变换（Park变换）和旋转变换后得到旋转变换坐标上的二个分量i sd，i sq,这两个分量分别与磁通参考值i sdref和转矩参考值i sqref比较之后送入电流和磁通调节器PI。

电流调节器的输出即为在旋转坐标上的电压分量参考值U dref和U qref；此二分量经旋转逆变换和3/2变换（Park变换）之后得到定子三相电压的参考值U aref，U bref，U cref。

根据U aref，U bref，U cref产生三相逆变器的PWM驱动信号。

转子磁通的位置角θ则由电机的模型和电机速度反馈信号计算而得。

四、实验内容1．熟悉运动控制的系统硬件构成2．异步电机转子磁场定向控制（FOC）得输入信号测量，i a、i b和转子磁场位置角计算3．电流信号的3/2变换（Park变换）及旋转变换4．i sd，i sq波形观察，并与i sdref，i sqref作比较五、预习要求1．仔细阅读FOC控制原理的有关章节2．3/2变换（Park变换）与旋转变换的计算公式3．画出异步电机的电流模型框图及有关θ计算公式4．画出电压、电流和转子磁通的空间向量及旋转坐标的d-q轴，静止坐标a-b-c、和α-β。

实验一晶闸管直流调速系统参数测定和环节特性的测定一．实验目的1．了解MCL－Ⅲ型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R 和主电路电感L3．测定直流电动机—直流发电机—测速发电机组的飞轮惯量GD24．测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td5．测定直流电动机电势常数Ce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 M7．测定晶闸管触发及整流装置特性Ud/U2＝ƒ(Uct)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Ug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.电力电子及电气传动教学实验台主控制屏。

2.MCL－33组件，MEL—03三相可调电阻器3.电机导轨及测速发电机、直流电动机（M03）—直流发电机（M01）机组4.光线示波器五．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，每次增加给定Ug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．实验操作1．晶闸管整流装置控制特性的测定同步信号为锯齿波的晶闸管整流装置，其输入输出特性不是线性的。

测定其控制特性可按图1－1接线（可不接电动机）。

把Rz调到最大并在测量中保持不变。

改变控制电压Uct ，测量输出电压平均值Ud，并填下表。

2．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Ra，平波电抗器的直流电阻R L和整流装置的内阻Rn即R ＝Ra ＋R L＋Rn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。