自動控制系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書

1、自動控制系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書適用專業(yè): 電氣工程與自動化 課程代碼: 8416460 總學(xué)時: 40 總學(xué)分: 2 編寫單位: 電氣信息學(xué)院 編 寫 人: 李 偉 審 核 人: 審 批 人: 批準(zhǔn)時間: 年 月 日目 錄 實驗一 單閉環(huán)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)實驗 .1實驗二 雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng) .5實驗三 通用變頻器的調(diào)試與使用 .8主要參考文獻(xiàn) .9實驗一 單閉環(huán)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng) 一、 實驗?zāi)康暮腿蝿?wù) 1、 了解單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理、組成及各主要單元部件的原理； 2、 掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的一般調(diào)試過程；3、 認(rèn)識閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的基本特性。二、 實驗內(nèi)容1、 基本控制單元調(diào)試；2

2、、 Uct不變時的直流電動機(jī)開環(huán)特性的測定；3、 Ud不變時的直流電動機(jī)開環(huán)特性的測定；4、 轉(zhuǎn)速反饋有靜差單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)；5、 轉(zhuǎn)速反饋無靜差單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。三、 實驗儀器、設(shè)備及材料 1、 DZSZ-1型實驗裝置主控制屏；2、 掛件DJK02、DJK04、D45-1、D42、D31、D55-2；3、 直流電動機(jī)-直流發(fā)電機(jī)-測速發(fā)電機(jī)組；4、 雙蹤慢掃描示波器、萬用表。四、 實驗原理為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能指標(biāo)，可以采用閉環(huán)系統(tǒng)。圖1-1所示的是單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)速反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，將反映轉(zhuǎn)速變化情況的測速發(fā)電機(jī)電壓信號經(jīng)速度變換器后接至速度調(diào)節(jié)器的輸入端，

3、與負(fù)給定電壓相比較，速度調(diào)節(jié)器的輸出用來控制整流橋的觸發(fā)裝置，從而構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。五、 主要技術(shù)重點、難點無靜差調(diào)速系統(tǒng)PI參數(shù)的調(diào)節(jié)。圖1-1 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)六、 實驗步驟1、 觸發(fā)控制電路調(diào)試及開關(guān)設(shè)置1) 打開總電源開關(guān)，觀察各指示燈與電壓表指示是否正常。2) “觸發(fā)電路脈沖指示”應(yīng)顯示“窄”；如不滿足這個要求，撥動DJK02面板上的鈕子開關(guān)，使之符合上述要求。3) 觸發(fā)電路的調(diào)試方法：用示波器觀察觸發(fā)電路雙脈沖是否正常，觀察三相的鋸齒波并調(diào)整a、b、c三相的鋸齒波斜率調(diào)節(jié)電位器，使三相鋸齒波斜率盡可能一致；觀察6個觸發(fā)脈沖，應(yīng)使其間隔均勻，相互間隔60。4) 將給定器輸出Ug直接接至

4、觸發(fā)電路控制電壓Uct處，調(diào)偏移電壓Ub，使Uct=0，=90，此時整流電壓為零。5) 將面板上的U1f端接地，將I組觸發(fā)脈沖的六個開關(guān)撥至“接通”，觀察正橋SCR1SCR6晶閘管的觸發(fā)脈沖是否正常。2、 Uct不變時的直流電機(jī)開環(huán)外特性的測定1) 控制電壓Uct由給定器的輸出Ug直接接入，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻RG。2) 逐漸增加給定電壓Ug，使電機(jī)啟動、升速；調(diào)節(jié)Ug和RG使電動機(jī)Id=Ied、轉(zhuǎn)速n=ned。3) 改變負(fù)載電阻RG即可測出Uct不變時的直流電機(jī)開環(huán)外特性n=f(Id)，記錄于下表中。n(r/min)Id3、 Ud不變時的直流電機(jī)開環(huán)外特性的測定1) 控制電壓Uct由給定器的

5、輸出Ug直接接入，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻RG。2) 逐漸增加給定電壓Ug，使電機(jī)啟動，升速；調(diào)節(jié)Ug和RG，使電動機(jī)電流Id=Ied、轉(zhuǎn)速n=ned。3) 改變負(fù)載電阻RG，同時保持Ud不變（可通過調(diào)節(jié)Uct來實現(xiàn)），測出Ud不變時的直流電機(jī)開環(huán)特性n=f(Id)，記錄于下表中。n(r/min)Id4、 基本單元部件調(diào)試1) 移相控制電壓Uct的調(diào)節(jié)范圍確定：直接將給定電壓Ug接入移相控制電壓Uct的輸入端，整流橋接電阻負(fù)載，用示波器觀察ud的波形。當(dāng)Uct由零調(diào)大時，Ud隨Uct的增大而增大，當(dāng)Uct超過某一數(shù)值Uct時，ud出現(xiàn)缺少波頭的現(xiàn)象，這時Ud反而隨Uct的增大而減少。一般可確定移相

6、控制電壓的最大允許值Uctmax=0.9Uct，即Uct的允許調(diào)節(jié)范圍為0Uctmax。2) 調(diào)節(jié)器的調(diào)整（用速度調(diào)節(jié)器ASR）a) 調(diào)節(jié)器的調(diào)零：將調(diào)節(jié)器輸入端接地，將串聯(lián)反饋網(wǎng)絡(luò)中的電容短接，使調(diào)節(jié)器成為比例（P）調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器RP1，用萬用表的mV檔測量，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓為零。b) 正、負(fù)限幅值的調(diào)整：將調(diào)節(jié)器的輸入端接地線和反饋電路短接線去掉，使調(diào)節(jié)器成為比例積分（PI）調(diào)節(jié)器，然后將給定器輸出“1”端接到調(diào)節(jié)器的輸入端，當(dāng)加正給定時，調(diào)整負(fù)限幅電位器RP3，使之輸出電壓為零（調(diào)至最小值即可）；當(dāng)調(diào)節(jié)器輸入端加負(fù)給定時，調(diào)整正限幅電位器RP2，使正限幅值符合實驗要求。

7、在本實驗中，電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器的輸出正限幅值均為Uctmax，負(fù)限幅值均為零。5、 轉(zhuǎn)速反饋有靜差單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)按圖1-1接線，在本實驗中，給定電壓Ug為負(fù)給定，轉(zhuǎn)速反饋電壓為正電壓，速度調(diào)節(jié)器接成比例（P）調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)給定電壓Ug和直流發(fā)電機(jī)負(fù)載RG，使電動機(jī)運行在額定點，固定Ug，由滿載至輕載調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)的負(fù)載，記錄電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n和電樞電流Id于下表中。n(r/min)Id6、 轉(zhuǎn)速反饋無靜差單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)按圖1-1接線，在本實驗中，給定Ug為負(fù)給定，轉(zhuǎn)速反饋電壓為正電壓，速度調(diào)節(jié)器接成比例積分（PI）調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)給定電壓Ug和直流發(fā)電機(jī)負(fù)載RG，使電動機(jī)運行在額定點，固定U

8、g，由滿載至輕載調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)的負(fù)載，記錄電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n和電樞電流Id于下表中。n(r/min)Id七、 實驗報告要求1、 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出Uct不變時的直流電動機(jī)開環(huán)機(jī)械特性；2、 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出Ud不變時的直流電動機(jī)開環(huán)機(jī)械特性；3、 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出轉(zhuǎn)速反饋有靜差和無靜差單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性；4、 比較以上各種機(jī)械特性，并做出解釋。八、 實驗注意事項1、 雙蹤慢掃描示波器的兩個探頭的地線通過示波器外殼接地，故在使用時，必須將兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可），以免造成短路事故；2、 系統(tǒng)開環(huán)運行時，不能突加給定電壓而啟動電動機(jī)，應(yīng)逐漸增加給定電壓，避免電流沖擊；3、

9、通電實驗時，可先用電阻作為整流橋的負(fù)載，待電路正常后，再換接電動機(jī)負(fù)載。4、 在連接反饋信號時，給定信號的極性必須與反饋信號的極性相反。 九、 思考題1、 P調(diào)節(jié)器和PI調(diào)節(jié)器在直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用有什么不同？2、 實驗中，如何確定轉(zhuǎn)速反饋的極性并把轉(zhuǎn)速反饋正確地接入系統(tǒng)中？調(diào)節(jié)什么元件能改變轉(zhuǎn)速反饋的強度？3、 實驗時，如何能使電動機(jī)的負(fù)載從空載（接近空載）連續(xù)地調(diào)至額定負(fù)載？實驗二 雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)一、 實驗?zāi)康暮腿蝿?wù)1、 了解閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的原理、組成及各主要單元部件的原理；2、 掌握雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試步驟、方法及參數(shù)的整定；3、 研究調(diào)節(jié)器參數(shù)對系統(tǒng)動

10、態(tài)特性的影響。二、 實驗內(nèi)容1、 各控制單元調(diào)試；2、 測定電流反饋系數(shù)、轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；3、 測定高、低速時完整的系統(tǒng)閉環(huán)靜態(tài)特性n=f(Id)；4、 閉環(huán)控制特性n=f(Ug)的測定；三、 實驗儀器、設(shè)備及材料1. 主控制屏；2. 直流電動機(jī)-直流發(fā)電機(jī)-測速發(fā)電機(jī)組；3. DJK02、DJK04、D45-1、D42、D31、D55-2組件掛箱；4. 雙蹤慢掃描示波器；5. 萬用表。四、 實驗原理雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)由電流和轉(zhuǎn)速兩個調(diào)節(jié)器綜合調(diào)節(jié)。由于調(diào)速系統(tǒng)的主要參量為轉(zhuǎn)速，故轉(zhuǎn)速環(huán)作為主環(huán)放在外面，電流環(huán)作為副環(huán)放在里面，這樣可抑制電網(wǎng)電壓擾動對轉(zhuǎn)速的影響，實驗系統(tǒng)的組成如圖2

11、-1所示。系統(tǒng)工作時，先給電動機(jī)加勵磁，改變給定電壓Ug的大小即可方便地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。ASR、ACR均設(shè)有限幅環(huán)節(jié)，ASR的輸出作為ACR的給定，利用ASR的輸出限幅可達(dá)到限制啟動電流的目的；ACR的輸出作為移相觸發(fā)電路GT的控制電壓，利用ACR的輸出限幅可達(dá)到限制min的目的。啟動時，當(dāng)加入給定電壓Ug后，ASR即飽和輸出，使電動機(jī)以限定的最大啟動電流加速啟動，直到電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定轉(zhuǎn)速（即Ug=Ufn），并在出現(xiàn)超調(diào)后，ASR退出飽和，最后穩(wěn)定運行在略低于給定轉(zhuǎn)速的數(shù)值上。五、 主要技術(shù)重點、難點轉(zhuǎn)速與電流PI調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)。六、 實驗步驟1、 主控制屏調(diào)試及開關(guān)設(shè)置與實驗一中的方法相同。

12、圖2-1 雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖2、 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試原則1) 先單元、后系統(tǒng)，即先將單元的特性調(diào)好，然后才能組成系統(tǒng)；2) 先開環(huán)、后閉環(huán)，即先使系統(tǒng)能正常開環(huán)運行，然后在確定電流和轉(zhuǎn)速均為負(fù)反饋時組成閉環(huán)系統(tǒng)；3) 先內(nèi)環(huán)，后外環(huán)，即先調(diào)試電流內(nèi)環(huán)，然后調(diào)轉(zhuǎn)速外環(huán)；4) 先調(diào)整穩(wěn)態(tài)精度，后調(diào)整動態(tài)指標(biāo)。3、 單元部件調(diào)試1) 調(diào)節(jié)器的調(diào)零：與實驗一中的方法相同；2) 調(diào)節(jié)器的正、負(fù)限幅值的調(diào)整：按實驗一中的方法確定移相控制電壓Uct的允許調(diào)節(jié)范圍為0Uctmax。電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器的調(diào)整方法與實驗一中的方法相同，在本實驗中，電流調(diào)節(jié)器的負(fù)限幅值為0V，正限幅為Uctmax；速

13、度調(diào)節(jié)器的負(fù)限幅值為6V，正限幅值為0V。3) 電流反饋系數(shù)的整定：直接將給定電壓Ug接入移相控制電壓Uct的輸入端，整流橋接電阻負(fù)載，測量電流值和電流反饋電壓，調(diào)節(jié)電流變換器（FBC）上的電流反饋電位器RP1，使得負(fù)載電流Id=1A時的電流反饋電壓Ufi=6V，這時的電流反饋系統(tǒng)=Ufi/Id=6V/A。4) 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的整定：直接將給定電壓Ug接入移相控制電壓Uct的輸入端，整流電路接直流電動機(jī)負(fù)載，測量直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速值和轉(zhuǎn)速反饋電壓值，調(diào)節(jié)速度變換器（FBS）上轉(zhuǎn)速反饋電位器RP1，使得n=1500r/min時的轉(zhuǎn)速反饋電壓Ufn=6V，這時的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=Ufn/n=0.004V（

14、r/min）。4、 系統(tǒng)特性測試1) 閉環(huán)靜態(tài)特性n=f(Id)的測定a) 發(fā)電機(jī)先空載，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定電壓Ug使電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定值，n=1400r/min然后接入發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻RG，逐漸改變負(fù)載電阻，直至IdIed，即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n=f(Id)，并記錄于下表中：n(r/min)Idb) 降低Ug，使Id=Ied，再測試n=800r/min時的靜態(tài)特性曲線并記錄于下表中。n(r/min)Id2) 閉環(huán)控制系統(tǒng)n=f(Ug)的測定：調(diào)節(jié)Ug及RG，使得Id=Ied、n=ned，逐漸降低Ug，記錄Ug和n，即可測出控制特性n=f(Ug)。n(r/min)Ug(V)七、 實驗報告要求1、

15、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出閉環(huán)控制特性曲線n=f(Ug)；2、 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出兩種轉(zhuǎn)速時的閉環(huán)機(jī)械特性n=f(Id)；3、 將系統(tǒng)閉環(huán)靜態(tài)特性與實驗一中的開環(huán)機(jī)械特性進(jìn)行比較。八、 實驗注意事項系統(tǒng)開環(huán)運行時，不能突加給定電壓而啟動電機(jī)，應(yīng)逐漸增加給定電壓，避免電流沖擊。 九、 思考題1、 為什么雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中使用的調(diào)節(jié)器均為PI調(diào)節(jié)器？2、 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋線的極性如果接反會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？3、 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中哪些參數(shù)的變化會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速的改變？哪些參數(shù)的變化會引起電動機(jī)最大電流的變化？實驗三 通用變頻器的調(diào)試與使用一、 實驗?zāi)康暮腿蝿?wù)1、 熟悉和掌握MICROMASTER 440型通用變

16、頻器的操作面板的按鍵和使用；2、 熟悉和掌握變頻器參數(shù)的設(shè)定和修改；3、 熟悉和掌握利用變頻器對電機(jī)參數(shù)進(jìn)行自動測量和計算的方法；4、 熟悉與掌握變頻器的快速調(diào)試方法；5、 熟悉變頻器的基本使用方法。二、 實驗內(nèi)容1、 熟悉BOP基本操作面板的按鍵和功能；2、 變頻器出廠設(shè)置和初始化；3、 進(jìn)行變頻器的快速調(diào)試和電機(jī)參數(shù)進(jìn)行自動測量和計算；4、 在不同模式下進(jìn)行電機(jī)起動、運行和制動的操作。三、 實驗儀器、設(shè)備及材料1、 MICROMASTER 440通用變頻器；2、 BOP基本操作面板；3、 專用變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)-發(fā)電機(jī)組；4、 繼電器控制電路。四、 實驗原理MICROMASTER 44

17、0 是適合用于三相電動機(jī)速度控制和轉(zhuǎn)矩控制的變頻器系列。功率范圍涵蓋120 W 至 200 kW (恒轉(zhuǎn)矩(VT)方式) 或250kW (變轉(zhuǎn)矩 (VT) 方式)，有多種型號可供用戶選用。該變頻器由微處理器控制并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管IGBT 作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。由于其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動機(jī)運行的噪聲。同時，全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動機(jī)提供了良好的保護(hù)。由于MICROMASTER440 具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它適合用于需要多種功能的電動機(jī)控制系統(tǒng)。五、 主要技術(shù)重點、難點

18、基本操作面板BOP的設(shè)置，變頻器的快速調(diào)試，電機(jī)參數(shù)的自動測定和計算。六、 實驗步驟1、 基本操作面板的（BOP）的使用(1) BOP板的按鍵及其功能：啟動；停止；正反；點動；功能；參數(shù)；增加；減少。(2) 利用操作面板修改參數(shù)：a) 按動P鍵訪問參數(shù)；b) 按動增加鍵直到顯示出要修改的參數(shù)；c) 按P鍵進(jìn)入?yún)?shù)值訪問；d) 按P顯示當(dāng)前的設(shè)定值；e) 按增加和減少鍵選擇運行所需要的數(shù)值；f) 按P鍵確認(rèn)和存儲這一數(shù)值。2、 按圖4-1進(jìn)行變頻器參數(shù)的復(fù)位（即將各參數(shù)復(fù)位為出廠缺省設(shè)置），并對表4-1中復(fù)位后的默認(rèn)參數(shù)值進(jìn)行記錄。圖4-1 變頻器參數(shù)復(fù)位流程圖表4-1 復(fù)位后的默認(rèn)參數(shù)值表參數(shù)

19、編號參數(shù)含義參數(shù)數(shù)值數(shù)值含義P0701數(shù)字量輸入口1（DIN1）P0702數(shù)字量輸入口2（DIN2）P0703數(shù)字量輸入口3（DIN3）P0731數(shù)字量輸出口1（DOUT1）P0732數(shù)字量輸出口2（DOUT2）P1300V/f曲線設(shè)置P0300電動機(jī)類型3、 按以上數(shù)據(jù)設(shè)定電機(jī)參數(shù)，然后用操作面板BOP修改變頻器的參數(shù)后控制電機(jī)先設(shè)定用戶訪問級P0003=3和參數(shù)分類組P004=0，然后按以下步驟進(jìn)行快速調(diào)試并自動計算電機(jī)數(shù)據(jù)：(1) P0010：調(diào)試參數(shù)過濾器；(2) P0100：鍵入電源電壓的頻率；(3) P0205：變頻器的應(yīng)用（鍵入需要的轉(zhuǎn)矩）；(4) P0300：選擇電動機(jī)的類型；

20、(5) P0304：電動機(jī)的額定電壓；(6) P0305：電動機(jī)的額定電流；(7) P0307：電動機(jī)的額定功率；(8) P0310：電動機(jī)的額定頻率；(9) P0311：電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速；(10) P0355：電動機(jī)的冷卻方式；(11) P0640：電動機(jī)的過載倍數(shù)；(12) P0700：選擇命令信號源；(13) P1000：選擇頻率設(shè)定信號源；(14) P1080：最小頻率；(15) P1082：最大頻率；(16) P1120：斜坡上升時間；(17) P1121：斜坡下降時間；(18) P1135：OFF3斜坡下降時間；(19) P1300：控制方式；(20) P1500：選擇轉(zhuǎn)矩設(shè)定值；(21) P1910：選擇電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)自動檢測；(22) P3900：快速調(diào)試結(jié)束命令，起動電