《运动控制》讲解

《运动控制》

实验指导书

控制科学与工程学院自动化系

房方编

华北电力大学（北京）

二00六年六月

前言

1．实验总体目标

运动控制实验是运动控制课程的实验部分，与理论部分同步开设，属于非独立实验课程，是理论教学的深化、补充与完善，具有较强的实践性，是培养学生动手能力的重要教学环节，也是深入理解课堂教学知识的有效手段。本实验的开设将培养学生掌握基本的实验方法和操作技能，在实验中提高学生的自学能力、实践能力、数据分析和处理能力、运用理论解决实际问题的能力、组织能力以及文字表达能力等，进一步完善自动化专业学生的知识结构，为他们走向工作岗位打下良好的基础。

⒉适用专业

自动化专业

⒊先修课程

自动控制原理、电力电子学基础、运动控制系统

⒋实验课时分配

⒌实验环境

（1）XSJ-II型小功率随动系统学习机，10台；

（2）双踪示波器，10台；

（3）数字万用表，10台。

⒍实验总体要求

（1）预习

在实验前做好预习工作，是保证实验顺利进行的必要步骤，也是培养学生独立工作能力、提高实验质量与效率的重要环节。要求做到：

A. 实验前复习课程的有关章节，熟悉有关理论知识；

B. 认真阅读实验指导书及主要实验设备的使用说明书，了解实验系统的工作原理，明确实验中应注意的问题。有些内容可以到实验室对照实物进行预习；

C. 结合实验线路图，确定接线方式，根据实验步骤，列出实验时所需记录的数据表格。

（2）实验过程

A. 合理分工，协同工作

实验分组进行，每组3人，组长负责实验的组织安排，小组成员分工完成接线、参数调整、数据测量及记录等工作。在实验过程中务求人人动手，分工配合，协调操作，做到实验内容完整，数据记录正确。

B. 按图接线，简单明了

根据给定的实验线路及选用的仪表设备，按图接线，力求简单明了，避免重复。导线长短合适，连接牢固，减少不必要的接触故障。

C. 确保安全，检查无误

为确保安全，线路接好后应互相检查并请指导教师检查，确认无误后方可合闸通电。

D. 按照步骤，操作测试

按照实验步骤由简到繁逐步进行操作测试。实验中严格遵守操作规程和注意事项，仔细观察实验中的现象，认真做好数据测试工作，将理论分析与预测趋势相比较，判断数据的合理性。

E. 认真负责，完成实验

实验完毕后，应将记录数据交指导教师检查，经指导教师认可后方可拆线，整理现场，并将导线分类整理，仪表、工具归还原处。

（3）注意事项

为了顺利完成实验，确保实验时的人身和设备安全，养成良好的用电习惯，应严格遵守实验室的安全操作规程，并注意下列事项：

A. 人体不可接触带电线路；

B. 电源必须经过开关接入设备，接线或拆线均需在断开电源的情况下进行；

C. 实验中如发现问题应立刻切断电源，保持现场，协助教师查明原因后，方能继续进行实验；

D. 使用仪器、仪表时要注意选择合适的量程范围，以防损害设备，同时保证数据测量的精度；

E. 不动与本实验无关的仪器设备。

目录

实验一单闭环直流调速系统实验 1 实验二小功率直流随动系统实验 4

实验一单闭环直流调速系统实验

一、实验目的

（1）了解转速单闭环直流调速系统的组成；

（2）掌握单闭环直流调速系统的调试方法；

（3）深入理解转速负反馈在系统中的作用；

（4）分析扰动作用的形式及位置对调速系统的影响。

二、实验类型（含验证型、设计型或综合型）

综合型实验。

三、实验仪器

（1）XSJ-II型小功率随动系统学习机；

（2）双踪示波器；

（3）数字万用表。

图1-1 XSJ-II型小功率随动系统学习机

四、实验原理

采用闭环调速可以提高系统的动静态性能，转速单闭环直流调速系统是常用的形式。本实验以XSJ-II型小功率随动系统学习机为基础，采用插接连线的方式，搭建控制电路，优点是原理清晰、简便易行。实验原理线路如图1-2所示。

本实验装置采用运算放大器+功率放大器联合给直流电动机供电，属于小功率调速（随动）系统。电动机的转速由同轴连接的测速发电机测得，经电位器RP9分压后形成转速反馈信号U n，与转速给定信号U*n比较，经转速调节器A1形成控制电压，从而驱动运算放大器A3和功率放大器给直流电动机供电。

在本实验中，转速调节器A1可以采用比例调节器或比例积分调节器，增加调节器的比例系数即可提高系统的静特性硬度，但比例系数过大也会对系统的稳定性产生影响。

图1-2 单闭环直流调速系统实验原理图

五、实验内容和要求

（1）开环实验

A. 断开给定电位计RP1和测速发电机的反馈信号，使系统处于开环状态，将运算放大器A1的放大倍数置1；将A1输入端X5接地，输出端X7与功率放大器输入端X13相连，把电位器RP7置于中间位置，调节“平衡调节”电位器RP8，使功率放大器输出端X19为0。

B. 将A1输入端X5与接地端断开，接入给定电位器RP1的X1端，使给定电位计RP1转过一个小的角度（给定一个小的电压信号），则电动机有一个恒定转速。继续增大或减小电位计的角度，观察电机转向及转速的变化情况。

C. 用数字万用表测量给定电位计RP1输出端及测速发电机反馈电压信号的极性，判断反馈接入点如何连接，确保系统能够形成闭环负反馈。

（2）单闭环调速实验 有静差调速系统试验

A. 将给定电位计RP1恢复到0位，把测速电机的反馈信号与运算放大器A1的反馈端X6相连，判断该连接是否可以形成负反馈，如果不行则要进行信号极性的变换；

B. 调整给定电位计RP1的旋转角度（调节给定电压U *n 的大小），观察电机转向及转速的变化情况，与开环时的转速变化情况进行比较。

C. 用数字万用表或示波器测量给定电压U *n 和反馈电压U n ，观察二者是否相等或基本相等。

D. 通过调节电位器RP2改变运算放大器A1的比例系数，观察电机转速的调节性能；不断增大运算放大器A1的比例系数，观察电机转速的稳定性是否受到了影响。

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