控制电机实验指导书.docx
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控制电机实验指导书
《控制电机》课程实验指导书
说明:
1.图片及表暂不编号;
2.实验报告格式:
实验名称
实验目的
实验原理
实验内容
结论。
3.实验前应进行预习,写出预习报告,编写好程序代码。
预习报告可按实验报告格式书写。
4.不做预习或无预习报告者,禁止进入实验室实验。
实验目录:
3.直流电动机PWM控制Protues仿真2
4.力矩式自整角机实验1
5.控制式自整角机参数的测定
6.正余弦旋转变压器实验
7.直流无刷电机实验
8.直线电机实验
实验三、直流电动机PWM控制Protues仿真2
一.实验目的:
1.学习驱动芯片L298特性,并对直流电动机进行PWM控制。
二.实验属性及设备:
验证性实验,使用电脑及相关专业软件。
三.实验原理:
1.本实验L298芯片对直流电动机进行PWM控制。
L298是SGS公司的产品,恒压恒流桥式2A驱动芯片。
可以驱动两个直流电动机,也可用于步进电动机的驱动。
其输出电压最高可达50V,可以直接通过电源来调节输出电压;也可直接用单片机的IO口提供信号。
电路简单,使用比较方便。
L298外形及管脚如图1,proteus仿真模型如图2。
图1:
L298外形及管脚图
图2:
L298仿真模型
L298N可接受标准TTL逻辑电平信号,9管脚接4.5~7V电压。
4脚VS接电源电压,VS电压范围为+2.5~46V。
输出电流可达2.5A,可驱动电感性负载。
1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻,形成电流传感信号。
L298可驱动2个直流电动机,OUT1,OUT2以及OUT3,OUT4之间可分别接直流电动机,本实验装置我们选用驱动一台电动机。
5,7,10,12脚接输入控制电平,控制电机的正反转。
EnA,EnB接控制使能端,控制电机的停转。
表1是L298N功能逻辑图。
表1:
L298逻辑功能
ENA
IN1
IN2
电机状态
0
X
X
停止
1
0
0
停止
1
0
1
反转
1
1
0
正转
1
1
1
刹停
In3,In4的逻辑图与表1相同。
由表1可知EnA为低电平时,输入电平对电机控制起作用,当EnA为高电平,输入电平为一高一低,电机正或反转。
同为低电平电机停止,同为高电平电机刹停。
2.PWM波生成方法与上一实验方法相同。
四、实验内容
1.按图3搭接电路。
电动机电源设置为+15V(不限)。
图3:
实验电路图
利用PWM波对ENA进行使能控制,图中的二极管为起续流作用。
2.编制程序
单片机使用T0定时器,工作方式1。
#include
sbitP20=P2^0;
sbitP21=P2^1;
sbitP24=P2^4;
unsignedcharT1H;
unsignedcharT1L;
unsignedcharT2H;
unsignedcharT2L;
bitPWMBJ;
——————————————————————————
voidmain()
{
unsignedintpinlv=1000;
unsignedintTT;
unsignedintT1;
unsignedintT2;
floatzkb=0.9;
TT=11059200/(12*pinlv);
T1=65535-zkb*TT;
T2=65535-(1-zkb)*TT;
T1H=T1/256;
T1L=T1%256;
T2H=T2/256;
T2L=T2%256;
TMOD=0x01;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
P20=1;//正反转控制
P21=0;
while
(1);
}
——————————————————————————
voidtimer0()interrupt1//定时器0中断程序
{
if(PWMBJ==1)
{
PWMBJ=0;
P24=0;
TH0=T2H;
TL0=T2L;
}
else
{
PWMBJ=1;
P24=1;
TH0=T1H;
TL0=T1L;
}
}
3.调试程序
4.在程序中改变占空比参数,改变电机速度,对IN1和IN2电平改变,使电机正反转。
5.选作内容,在此基础上,增加几个按钮,可直接对电机进行正转、反转、停止控制。
五、实验要求:
学习L298驱动芯片功能,编制单片机控制程序。
实验四、力矩式自整角机实验
一.实验目的
1.了解力矩式自整角机精度和特性的测定方法。
2.掌握力矩式自整角机系统的工作原理和应用知识。
二.预习要点
1.力矩式自整角机的工作原理。
2.力矩式自整角机精度与特性的测试方法。
三.实验项目
1.测定力矩式自整角发送机的零位误差。
2.测定力矩式自整角机的静态误差。
四.实验设备及仪器
1.电机系统教学实验台主控制屏
2.自整角机实验仪
五.实验方法
1.测定力矩式自整角发送机的零位误差0
测量线路如图6-2所示。
励磁绕组两端L1L2施加额定激励电压UN(220V);将整步绕组T2-T3端接数字式交流电压表,测输出电压。
旋转刻度盘,找出输出电压为最小的位置作为基准电气零位。
从基准电气零位开始,刻度盘每转过60,整步绕组中有一线间电势为零的位置。
此位置称作理论电气零位。
整步绕组三线间共有6个零位。
实验时,对应T2-T3,转子从基准电气零位正方向转动0、180;则T3-T1转至60、240;T1-T2转至120、300。
实测整步绕组三线间6个输出电压为最小值的相应位置角度与电气角度并记录于表6-5中。
表6-5
理论上应转角度
基准电气零位
+180
+60
+240
+120
+300
刻度盘实际转角
误差
注意:
机械角度超前为正误差,滞后为负误差,取其正、负最大误差绝对值之和的一半,此误差值即为发送机的零位误差0,以角分表示。
力矩式自整角发送机的精度由零位误差来确定。
2.测定力矩式自整角机的静态误差jt
在力矩式自整角机系统中,静态协调时,接收机与发送机转子转角之差即静态误差jt,以角度表示。
实验接线仍如图6-3所示。
将发送机和接收机的励磁绕组加额定励磁电压220V,待稳定后,把发送机和接收机调整在0位置,缓慢旋转发送机刻度盘,每转过20,测取接收机实际转过的角度并记录于表6-6中。
表6-6
发送机转角
0
20
40
60
80
100
120
140
160
接收机转角
误差
发送机转角
180
200
220
240
260
280
300
320
340
接收机转角
误差
注意:
接收机转角超前为正误差,滞后为负误差,正、负最大误差绝对值之和的一半为力矩式接收机的静态误差。
六.实验报告
1.根据实验结果,求出被试力矩式自整角发送机的零位误差0。
2.根据实验结果,求出被试力矩式自整角接收机的静态误差jt。
实验五控制式自整角机参数的测定
一.实验目的
1.通过实验测定控制式自整角机的主要技术参数。
2.掌握控制式自整角机的工作原理和运行特性。
二.预习要点
1.控制式自整角机的工作原理和运行特性。
2.控制式自整角机的主要技术指标。
三.实验项目
1.测自整角变压器输出电压与失调角的关系U2=f()。
2.测定比电压u。
3.测定零位电压u0。
四.实验设备及仪器
1.电机系统教学实验台主控制屏
2.自整角机实验仪
五.实验方法
1.测定控制式自整角变压器输出电压与失调角的关系U2=f()
接线如图6-5所示。
在自整角发送机的L1、L2绕组两端施加额定电压UN。
旋转发送机刻度盘至00位置并固定不动。
用手缓慢旋转自整角变压器的指针园盘,接在L1′、L2′两端的数字电压表就会有相应读数,找到输出电压为最小值的位置,即为起始零点。
然后,旋转自整角变压器的指针园盘,每转过10测量一次自整角变压器输出电压U2。
测取各点U2及值并记录于表6-7中。
表6-7
(deg)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
U2(v)
(deg)
100
110
120
130
140
150
160
170
180
U2(v)
2.测定比电压U
比电压是指自整角变压器在失调角为10时的输出电压,单位为V/deg。
在刚才测定控制式自整角变压器的U2=f()实验时,用手缓慢旋转自整角变压器的指针园盘,使指针转过起始零点5,在这位置记录自整角变压器的输出电压U2值。
计算失调角为1时的输出电压,即为比电压。
3.测定零位电压U0
接线如图6-6所示。
先将调压器调在输出电压为最小值位置,把绕组T3′、T2′两端点短接。
接通交流电源,调节调压器使输出电压为36V并保持不变。
用手缓慢旋转指针园盘,找出控制式自整角机输出电压为最小的位置,即为基准电气零位。
指针转过180,仍找出零位电压位置。
同理,改接相应的绕组端点(使T3′、T1′短接,T1′、T2′短接)找出输出零位电压的位置。
测取六个位置的零位电压值并记录于表6-8中。
表6-8
绕组接法
T1′──T3′T2′
T2′──T1′T3′
T3′──T1′T2′
理论零位电压位置
0
180
60
240
120
300
实际刻度值
零位电压大小
六.实验报告
1.作自整角变压器的输出电压与失调角的关系曲线U2=f()
2.该自整角变压器的比电压为多少?
3.被测试自整角变压器的零位电压数值为多少?
实验六正余弦旋转变压器实验
一.实验目的
1.研究测定正余弦旋转变压器的空载输出特性和负载输出特性。
2.研究测定二次侧补偿、一次侧补偿的正余弦旋转变压器的输出特性。
3.了解正余弦旋转变压器的几种应用情况。
二.预习要点
1.正余弦旋转变压器的工作原理。
2.正余弦旋转变压器的主要特性及其实验方法。
3.了解正余弦旋转变压器应用中的注意事项。
三.实验项目
1.测定正余弦旋转变压器在空载时的输出特性。
2.测定负载对输出特性的影响。
3.二次侧补偿后负载时的输出特性。
4.一次侧补偿后负载时的输出特性。
5.正余弦旋转变压器作线性应用时的接线图。
四.实验设备及仪器
1.电机系统教学实验台主控制屏
2.旋转变压器实验仪
3.400Hz稳压电源
4.三相可调电阻900Ω(NMEL-03)
5.旋转指示灯及开关板(NMEL-05)
五.实验方法
1.测定正余弦旋转变压器空载时的输出特性
接线如图6-7所示。
R、RL均采用NMEL-03上900Ω串联900Ω共1800Ω电阻,并调定在1200阻值。
开关S1、S2、S3采用MEL-05上单刀双掷开关。
D1、D2为激磁绕组,D3、D4为补偿绕组,Z1、Z2为余弦绕组,Z3、Z4为正弦绕组。
a.S1、S2、S3均断开。
b.定子激磁励磁绕组D1、D2两端施加额定电压UN(60V、400Hz)且保持恒定
c.用手柄缓慢旋转刻度盘,找出正弦输出绕组输出电压为最小值的位置,此位置即为起始零位,使刻度盘的0对准该起始零位位置。
d.在0180间刻度盘,每转角10,测量转子正弦空载输出电压Ur10与刻度盘转角的数值并记录于表6-9中。
表6-9
(deg)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Ur10(v)
(deg)
100
110
120
130
140
150
160
170
180
Ur10(v)
2.测定负载对输出特性的影响
在接线图7-7中,把开关S3闭合,开关S1、S2仍打开,使正余弦旋转变压器带负载电阻RL运行。
按上述实验1的方法测量正弦负载输出电压UR1与转角的数值并记录于表6-10中。
表6-10
(deg)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
UR1(v)
(deg)
100
110
120
130
140
150
160
170
180
UR1(v)
3.测量二次侧补偿后负载时的输出特性
在接线图6-7中,开关S1断开,S3闭合接通负载电阻RL,S2闭合,使二次侧余弦输出绕组Z3、Z4经补偿电阻R闭合。
仍按上述实验1的方法测量正弦负载输出电压Ur1与转角的数值并记录于表6-11中。
在实验时注意一次侧输入电流的变化。
表6-11
(deg)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Ur1(v)
(deg)
100
110
120
130
140
150
160
170
180
Ur1(v)
4.测量一次侧补偿后负载时的输出特性
在接线图6-7中,开关S2断开,S3闭合接通负载电阻RL,S1闭合,使一次侧接成补偿电路。
仍按上述实验1的方法测量正弦负载输出电压Ur1与转子转角的数值并记录于表6-12中。
在实验中注意一次侧输入电流的变化。
表6-12
(deg)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Ur’1(v)
(deg)
100
110
120
130
140
150
160
170
180
Ur’1(v)
5.正余弦旋转变压器作线性应用
接线如图6-8所示。
仍按上述实验1的方法,在0~90间,每转角10记录输出电压Ur与转角的数值并记录于表6-13中。
表6-13
(deg)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Ur(v)
六.实验报告
1.根据表6-9的实验记录数据,绘制正余弦旋转变压器空载时输出电压Ur10与转子转角的关系曲线,即Ur10=f()。
2.根据表6-10的实验记录数据,绘制负载时输出电压Ur1与转子转角的关系曲线,即Ur1=f()。
3.根据表6-11的实验记录数据,绘制二次侧补偿后负载时的输出电压Ur1与转子转角的关系曲线,即Ur1=f()。
4.根据表6-12的实验记录数据,绘制一次侧补偿后负载时的输出电压Ur1与转子转角的关系曲线,即Ur1=f()特性。
5.根据表6-13的实验结果,绘制一次侧补偿的线性旋转变压器带负载时的输出电压Ur与转子转角的关系曲线,即Ur=f()特性。
分析正余弦旋转变压器作一次侧补偿线性旋转变压器运行情况。
实验七直流无刷电机实验
一.实验目的
1.通过实验测定直流无刷电机的主要技术参数。
2.掌握直流无刷电机的工作原理和运行特性。
二.预习要点
1.直流无刷电机的工作原理和运行特性。
2.直流无刷电机的主要技术指标。
三.实验项目
1.计算直流无刷电机的给定转速比,以及绘制给定转速曲线。
2.测定直流无刷电机紧急制动时间
3.测定直流无刷电机自动停车时间
四.实验设备及仪器
1.电机系统教学实验台主控制屏
2.NMEL-27A直流无刷电机及其控制系统
3.双踪示波器(自备)
五.原理描述
直流电机由于调速性能好易于控制,一直在工业和民用当中有着广泛的用途,但是由于直流电机需要电刷和换向器,容易参生电火花和电磁干扰,在很多应用当中受到了限制。
而直流无刷电机利用电子开关线路和位置传感器代替电刷和换向器,使这种电机既有直流电机的特性,又具有交流电机的结构简单的特点,运行可靠、维护方便的优点。
六.实验方法
1.实验装置各接线端子功能说明
(1)6脚F/R:
与(5脚GND)一起控制电机的正反转,相连时反转,断开时为正转。
(2)8脚BRA:
制动控制,接(7脚VCC)时制动,(仅在电流较小时可用,平时应接地)。
(3)9脚R/S:
与(5脚GND)短接与否控制电机的启动和停止,开路运行,短接停止。
(4)10脚SP直流无刷电机转速给定端口。
(5)5脚为GND信号地。
(6)7脚VCC6.2V标准电压,与6脚一起用来控制正反转。
(7)11脚SPEED脉冲输出(每转输出脉冲与电机)。
(8)11脚SPEED为Pl脉冲输出端口,我公司采用的无刷直流电机为三极电机,例如:
2000rpm时,每分钟输出脉冲2000*3=6000个脉冲,1秒钟输出100个脉冲,一个脉冲时间为0.01S,客户可根据此脉冲测转速并加以外围控制。
2.直流无刷电机给定转速比测试:
(1)关闭NMEL-27A直流无刷电机及其控制系统的电源。
(2)Vcc和Gnd分别连接到可调节电位器Rp1的上端和下端,可调节电位器的中间出头和直流无刷电机驱动器的Sp转速给定端相连接。
(3)打开NMEL-27A直流无刷电机及其控制系统的电源,调节直流无刷电机驱动器的给定旋钮,分别测试在不同的电压的情况下的电机的输出脉冲,并计算电机的给定转速比。
表5-1
给定电压V
1V
2V
3V
4V
5V
周期T
按如下方法计算直流无刷电机转速:
转速计算公式n=60/3*T(r/min)
n——电机转速,r/min;
T——由示波器观测的两个脉冲之间的时间,单位S。
3.直流无刷电机紧急制动波形观察及制动时间测量
(1)关闭NMEL-27A直流无刷电机及其控制系统的电源。
(2)Vcc和Gnd分别连接到可调节电位器Rp1的上端和下端,可调节电位器的中间出头和直流无刷电机驱动器的Sp转速给定端相连接。
(3)打开NMEL-27A直流无刷电机及其控制系统的电源,调节直流无刷电机驱动器的给定旋钮,使Sp给定电压为4.5V,用导线短接7脚和8脚,观测5脚和11脚的紧急制动的输出信号,以及计算电机的紧急制动停止时间T1。
4.直流无刷电机自动停车波形观察及停车时间测量
(1)关闭NMEL-27A直流无刷电机及其控制系统的电源。
(2)Vcc和Gnd分别连接到可调节电位器Rp1的上端和下端,可调节电位器的中间出头和直流无刷电机驱动器的Sp转速给定端相连接。
(3)打开NMEL-27A直流无刷电机及其控制系统的电源,调节直流无刷电机驱动器的给定旋钮,使Sp给定电压为4.5V,用导线短接5脚和9脚,观测5脚和11脚的紧急制动的输出信号,以及计算电机的自由停车时间T2。
七.实验报告
1.描述直流无刷电机的工作原理。
2.计算直流无刷电机的给定转速比,以及绘制给定转速曲线。
3.比较直流无刷电机紧急制动T1和自由停车T2的时间差,思考两者之间的区别,以及在实际当中的应用范围。
八.注意事项
直流无刷电机的参考电源Vcc和地Gnd我们为了学生方便观测,都已经把该端点引到了面板上,学生使用的时候,千万注意不能将两者短接,否则造成设备损坏。
实验八直线电机实验
一.实验目的
1.了解直线电机基本结构。
2.了解直线电机运行原理。
3.熟悉直线电机的应用。
二.概述
直线电机能够设定工作频率和工作速度,同时可以置数和计数,显示直线电机工作速度,完成旋转电机所不能完成的工作。
直线电机不但可以通过限位开关进行往返运动,还可以在任何位置反向,实现往返。
三.实验设备及所选用组件箱
1.电机拖动教学实验台
2.NMEL-ZX3直线电机系统
四.实验内容
直线电机接线图如图5所示,按照图5接线。
1.设置直线电机系统当前工作频率
打开直线电机系统电源,此时,“电机控制与显示”显示FS。
按动“电机控制与显示”的“增加”按键可以增加当前工作的频率,同理,按动“减少”按键可以减少当前工作频率。
按“工作/设置”键进行运行和停止的控制。
2.设置直线电机系统当前工作速度
按“功能”键1次,显示run,再按“工作/设置”键1次停止运行,显示rFS后通过“增加、减少”按键设置当前工作的速度,按“工作/设置”键进行运行和停止的控制。
3.显示并设置当前计数的值
按“功能”键1次,显示Cu,再按“计数/置数”键1次停止运行,显示当前计数的值。
按“功能”键1次,显示Pr,再按“计数/置数”键1次停止运行,显示PS,通过“增加、减少”按键设置当前计数的值,按“计数/置数”键进行运行和停止的控制。
4.直线电机运行方向的切换
在正常运行模式下按向上和向下按钮,可以进行运行方向的切换。
5.当直线电机触碰到限位开关时即进行反向运动。
五.实验报告
1.各种参数的含义如下
序号
编码
含义
1
F
显示当前运行状态下的频率
2
FS
运行频的设置状态
3
run
显示当前运行状态下的速度
4
rFS
运行速度设置状态
5
Cu
计数状态
6
PS
置数功能的设置状态
7
Pr
置数功能的运行状态
2.设置直线电机的工作频率、速度和计数值。
3.对直线电机进行方向切换。
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