《运动控制系统》
实 验 指 导 书
主编：梁文坤 方昌始
华南理工大学广州学院电子信息工程系
二〇一一 年 三 月
前 言
晶闸管的出现，促进了运动控制系统的重大变革，晶闸管-直流电动机调速系统具有效率高、体积小、重量轻和无噪声的特点。因此，一经出现，就引起了人们的极大关注，并取代了直流发电机-电动机调速系统而用于生产实际。
近二十年来，全控型电力电子器件日趋成熟，出现了采用GTR、IGBT和MOSFET等全控型功率器件的电气传动系统。而微型计算机技术和控制理论的应用更使电气传动系统的性能大大提高。高效率、高性能、高可靠性的电气传动系统已广泛用于冶金、矿山、交通、轻化、机械及建筑等领域。
现代电气传动技术实质上就是电能性质的变换技术。例如，整流器将交流电变换成电压可调的直流电供给直流电动机或其他负载；交-交或交-直-交变流器将交流电变换成电压和频率可变的交流电供电给交流电动机或加热设备；而UPS装置则将直流电变成工频的交流电供给用电设备；交流调压器将恒压的交流电变成电压可调的交流电供给调压设备。显然，电能的这种变换用到了电力电子器件；为使变换过程能按人们的要求来进行，于是就有了控制技术及控制电路。因此，实际的电气系统由三部分构成，即变流器（主电路）、控制电路和负载。其中，变流器由功率器件构成，用来变换电能，常为高电压、大电流，其功能有整流、逆变或开关之分。控制电路有模拟、数字和计算机之区别，用来对主电路进行控制，按要求来协调速度指令与主电路和负载之间的关系。因此，要设计、调试和维护电气控制系统，就要熟悉和掌握系统三个部分的功能、特性与构成及根据控制要求有机地整合成一个完整的电气系统。这就需要有一定的基础知识和专业理论，同时须具备实际经验及实操技能。大学的前三年已学过了《电路》、《模拟电子电路》、《数字电子电路》、《电机及拖动基础》、《电力电子变流技术》和《自动控制理论》及相应的实验。这些课程仅可看作是运动控制系统中的某一单元，《运动控制系统》课对系统的控制原理及数学模型作了分析，但涉及到的系统结构与实际线路分析和调试的内容甚少，本实验课的目的就在于弥补这一不足。《运动控制系统实验》课作为自动化专业的主要实验课，其内容不仅有单元部件的调试和测试，也有系统的调试和参数测试，更有波形观察和性能比较及PI参数计算。所需的理论不仅有《运动控制系统》等专业课、而且用到《模拟电子电路》等基础课的知识。而实操过程亦需要一定的实际经验和工程知识。因此，《运动控制系统实验》课所包含的各个实验是自动化专业中难度最大的实验，同学们必须认真对待。为保证实验的顺利进行并能获得满意的效果，每次实验都必须按〈实验课须知〉的要求来进行，尤其是“一、实验前”中的“1、”、“2、”和“3、”的要求。
以前所编的《运动控制系统实验》讲义过份强调了步骤和测试方法，而对实操过程中的难点却未加注明。对“注意事项”的要点也未作说明，实验中可能出现的问题亦没有提示，本书都作了补充。此外，实验系统的线路分析及波形观察方法，书中都作了详细介绍。在内容的安排上，保留直流部分的内容，以满足理论教学的需要，交流变频器调速实验的内容则有所增加，以适应运动控制系统的发展趋势，同时，又将继电控制用于变频器实验，使学生对工程上使用的电器技术有初步的了解。
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目 录
实验课须知 ....................................................................................................................................... 4 实验一 开环直流调速系统实验 ................................................................................................... 6 实验二 单闭环直流调速系统实验 ............................................................................................. 11 实验三 双闭环直流调速系统实验 ............................................................................................. 16 实验四 逻辑无环流直流可逆调速系统实验 ............................................................................. 22 实验五 双闭环可逆直流脉宽调速系统实验 ............................................................................. 28 实验六 交流变频器实验 ............................................................................................................. 33
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实验课须知
《运动控制系统》实验课的目的在于培养学生掌握系统实践技能方面的基本测量与操作、调试方法、将理论知识应用于实际系统，提高观察现象、分析问题和解决问题的能力。由于本实验设备结构复杂，所用单元部件较多，既有高电压、大电流的主电路和电机，又有低压小电流的触发与控制电路。因此，在实操过程中必须集中精力，态度认真，细心观察，以确保每一环节的顺利进行。为此，特要求学生必须做到：
一、实验前
1、认真阅读本书的有关实验内容，明确实验目的。 2、复习相应课程的有关理论知识。
3、掌握本次实验的内容、熟悉或拟定实验线路，明确实验步骤和方法。 4、了解所用仪器设备的使用方法。 5、牢记注意事项。
6、分好实验小组，一般以三人为一组，定好小组长；列出实验人员的名单。 7、指导教师要检查预习报告和分组情况。 二、实验中
1、遵守实验室的规章制度，爱护设备、器材及工具，不随便动用与本次实验无关的一切用具。
2、认真听取指导教师的介绍，并以小组为单位每人分好工，做到职责明确，协同工作。 3、为确保安全，接线完毕后须认真检查，无误后方可通电。
4、仔细观察实验过程中的各种现象，认真做好记录，并注意仪表的量程和读数。 5、若须改换接线时，应先断开主电源，以免带电操作。 6、发生事故应即切断电源，在未查清原因前不准再合闸。 三、实验后
1、做完实验，应将实验记录及所测数据交指导教师审阅，认可后方可结束本次实验。 2、清理现场，拆除接线，主电路导线与控制电路导线应分别放置两个抽屉，并须摆放整齐。
3、万用表断电后测量线应放置于表侧的线槽里，关闭示波器。 4、切断主控屏电源，关闭电灯，关好门窗。 5、及时整理所测波形和数据。 四、实验报告
应根据实验目的、实验数据及在实验中观察和发现的问题，经分析研究，得出结论和体会。需要注意的是，由于理论分析往往带有一些假设条件，有时甚至忽略一些因素。而在实验是，这些假设条件便不存在了。所以很可能实验的结果与理论分析的结论并不完全一致，这是正常的，也正是需要实验者分析讨论的。
实验报告应简明扼要，字迹清楚，图表整洁，结论明确。内容包括：
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1、实验名称、专业班级、组别、姓名和日期。 2、列出使用仪器仪表和设备的名称、型号和规格。 3、扼要写出实验目的、方法与步骤。 4、绘出实验系统的线路图或原理框图。
5、整理出相关的数据和图表，静、动特性都须绘制对应的曲线图。
6、波形图应准确、完整，并应标上时间变量，若波形较多，则可选择有代表性的或典型的波形绘在报告上。
7、实验作业和报告须独立完成，不得互相抄袭，同小组的学生所写的报告，除所测数据及实验图可以相同外，报告的文字、语句不得一样。
五、成绩评定方法
本实验课的成绩分两部分记分：
1、实践过程分，占40%。包括准时上课、预习、实操、数据、现场清理五个环节。 2、报告与作业分，占60%。包括实验报告的质量、格式、波形及曲线图的准确度、所测数据及图表的合理情况、心得和体会等。
六、预习不符合要求者不准参加实验。
七、不按操作规程和实验步骤进行实验而导致仪器、设备损坏者，应停止其实验，并按情节轻重予以处理。
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