运动控制系统实验报告

运动控制系统专题实验

实

验

报

告

2016年5月

6.1双闭环三相异步电机调压调速系统

一．实验目的

（1）熟悉晶闸管相位控制交流调压调速系统的组成与工作原理。

（2）熟悉双闭环三相异步电机调压调速系统的基本原理。

（3）掌握绕线式异步电机转子串电阻时在调节定子电压调速时的机械特性。

（4）掌握交流调压调速系统的静特性和动态特性。

熟悉交流调压系统中电流环和转速环的作用。

二．实验内容

（1）测定绕线式异步电动机转子串电阻时的人为机械特性。

（2）测定双闭环交流调压调速系统的静特性。

（3）测定双闭环交流调压调速系统的动态特性 。

三．实验设备

（1）电源控制屏（NMCL-32）;

（2）低压控制电路及仪表（NMCL-31）;

（3）触发电路和晶闸管主回路（NMCL-33）；

（4）可调电阻（NMCL-03）;

（5）直流调速控制单元(NMCL-18)；

（6）电机导轨及测速发电机（或光电编码器)；

（7）直流发电机M03；

（8）三相绕线式异步电机；

（9）双踪示波器；

（10）万用表。

四．实验原理

1.系统原理

双闭环三相异步电动机调压调速系统的主电路为三相晶闸管交流调压器（TVC）及三相绕线式异步电动机M（转子回路串电阻）。控制系统由零速封锁器（DZS）、电流调节器(ACR)、速度调节器(ASR)、电流变换器(FBC)，速度变换器(FBS)，触发器(GT)，一组桥脉冲放大器（AP1）等组成。其系统原理图如图6-1所示。

整个调速系统采用了速度、电流两个反馈控制环。这里的速度环作用基本上与直流调速系统相同而电流环的作用则有所不同。在稳定运行情况下，电流环对电网波动仍有较大的抗扰作用，但在起动过程中电流环仅起限制最大电流的作用，不会出现最佳起动的恒流特性，也不可能是恒转矩起动。

异步电机调压调速系统结构简单，采用双闭环系统时静差率较小，且比较容易实现正，反转，反接和能耗制动。但在恒转矩负载下不能长时间低速运行，因低速运行时转差功率全部消耗在转子电阻中，使转子过热。

实验三 伺服电机转角的运动控制

1 实验目的：

1）了解反馈控制系统的组成；

2）了解PID(比例-积分-微分)控制器参数对系统性能的影响；

3）熟悉 SIMULINK的基本操作。

2 实验装置：主计算机、从计算机、小车运动控制装置、互联网

3 实验内容及步骤：

本实验要求构建反馈控制系统，计算或调节PID控制器参数，使电机快速准确地运动到某个位置。

步骤如下：

第一步： SIMULINK仿真.

如图1所示. 已知电机转动惯量 J=0.0031, 转动摩擦系数 B=0.1934, 要求设计PD 控制器, 使系统的固有频率=125 rad/s, 阻尼比=1. 求参数Kp, Kd。这一工作要求在实验之前完成。

求出参数Kp, Kd后, 在Matlab命令窗口中输入: J=0.0031, B=0.1934以及Kp和Ki.

进入Simulink, 打开模板文件simu.mdl, 将其连线成如图2.

图2 仿真程序框图

执行仿真. 观察输出波形.

第二步：电机转角实时控制.

打开文件MyExp.mdl. 连线构建如图3的实时控制程序框图。其中模块ＰＣＩ－６０２４输出控制电压，连接至电机的驱动器，用于驱动电机转动；模块ＰＣＩ－６６０１输入脉冲信号，连接至电机的转角编码器，用于测量电机转角。运行该程序将使电机转动９０度。

1）双击ＰＩＤ模块，先随意设置ＰＩＤ参数Ｋｐ，Ｋｉ和Ｋｄ．

2）通知指导教师，让其帮助做好主从机连接设置及获得下载许可等。

3）按ｃｔｒｌ＋Ｂ编译程序将其下载到从计算机中。

等到显示：＃＃＃Ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ ｏｆ ｘＰＣ Ｔａｒｇｅｔ ｂｕｉｌｄ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ ｍｏｄｅｌ： ＭｙＥｘｐ Kp+Kd s 1

s (Js+B) R(s) C(s)

图1 电机转角PD(比例-微分)控制系统 4）在命令窗输入： ＋ｔｇ 即可启动程序。

5）输入： －ｔｇ 停止程序。或者将程序运行时间设为2秒，让其自动停止。

运动控制系统的课程设计

一、课程目标

知识目标：

1. 学生能理解运动控制系统的基本概念、组成和分类。

2. 学生能掌握运动控制系统中常见传感器的原理和应用。

3. 学生能描述运动控制系统的执行机构工作原理及其特点。

4. 学生了解运动控制算法的基本原理，如PID控制、模糊控制等。

技能目标：

1. 学生具备运用所学知识分析和解决实际运动控制问题的能力。

2. 学生能设计简单的运动控制系统，并进行仿真实验。

3. 学生能熟练使用相关软件和工具进行运动控制系统的调试与优化。

情感态度价值观目标：

1. 学生培养对运动控制系统相关技术的兴趣，激发学习热情。

2. 学生养成合作、探究的学习习惯，培养团队协作精神。

3. 学生认识到运动控制系统在工程实际中的应用价值，增强社会责任感。

课程性质：本课程为电子信息工程及相关专业高年级学生的专业课程，旨在帮助学生掌握运动控制系统的基本原理、设计方法和实际应用。

学生特点：学生已具备一定的电子、电气和控制系统基础，具有较强的学习能力和实践操作能力。

教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，强调学生的动手能力和创新能力培养。通过本课程的学习，使学生具备运动控制系统设计、调试和应用的能力。教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，确保课程目标的实现。

二、教学内容

1. 运动控制系统概述

- 运动控制系统的基本概念、组成和分类

- 运动控制系统的发展及应用领域

2. 运动控制系统传感器

- 常见运动控制传感器的工作原理、特性及应用

- 传感器的选型及接口技术

3. 执行机构

- 电动伺服电机、步进电机、液压气动执行机构的工作原理及特点

- 执行机构的控制策略及性能分析

4. 运动控制算法

- PID控制算法原理及其在运动控制中的应用

- 模糊控制、神经网络等其他先进控制算法介绍

5. 运动控制系统设计

- 系统建模、控制器设计及仿真

- 硬件在环（HIL）仿真与实验

运动控制系统实验指导书

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．实验系统组成及工作原理

采用闭环调速系统，可以提高系统的动静态性能指标。转速单闭环直流调速系统是常用的一种形式。实验图1一1所示是转速单闭环直流调速系统的实验线路图。

实验图1一1转速单闭环直流调速系统

图中电动机的电枢回路由晶闸管组成的三相桥式全控整流电路V供电，通过与电动机同轴刚性连接的测速发电机TG检测电动机的转速，并经转速反馈环节FBS分压后取出合适的转速反馈信号Un，此电压与转速给定信号U*n经速度调节器ASR综合调节，ASR的输出作为移相触发器GT的控制电压Uct，由此组成转速单闭环直流调速系统。图中DZS为零速封锁器，当转速给定电压U*n和转速反馈电压Un均为零时，DZS的输出信号使转速调节器ASR锁零，以防止调节器零漂而使电动机产生爬行。

三、实验设备及仪器

1．教学实验台。

2．直流电动机。

3．双踪示波器。

四．实验内容

1．求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性。

调节给定电压Ug，使直流电机空载转速no=1500转／分，调节直流发电机负载电阻，在空载至额定负载的范围内测取5-6点，读取整流装置输出电压Ud，输出电流id以及被测电动机转速n。

id (A)

Ud (V)

n (r/min)

2．带转速负反馈有静差工作的系统静特性

调整转速变换器RP电位器，使被测电动机空载转速n0=1500转／分，调节ASR的调节电容以及反馈电位器，使电机稳定运行。

调节直流发电机负载电阻，在空载至额定负载范围内测取5－6点，读取Ud、 id、 n。

id (A)

Ud (V)