《自動(dòng)控制系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書復(fù)習(xí)課程

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書-自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書適用專業(yè):電氣工程與自動(dòng)化課程代碼:8416460總學(xué)時(shí):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(shí)間:年月日目錄實(shí)驗(yàn)一單閉環(huán)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn).1實(shí)驗(yàn)二雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng).5實(shí)驗(yàn)三通用變頻器的調(diào)試與使用.8主要參考文獻(xiàn).9實(shí)驗(yàn)一單閉環(huán)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)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；掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的一般調(diào)試過程；認(rèn)識(shí)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的基本特性。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本控制單元調(diào)

2、試；Uct不變時(shí)的直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)特性的測(cè)定；Ud不變時(shí)的直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)特性的測(cè)定；轉(zhuǎn)速反饋有靜差單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)；轉(zhuǎn)速反饋無靜差單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及材料DZSZ-1型實(shí)驗(yàn)裝置主控制屏；掛件DJK02、DJK04、D45-1、D42、D31、D55-2；直流電動(dòng)機(jī)-直流發(fā)電機(jī)-測(cè)速發(fā)電機(jī)組；雙蹤慢掃描示波器、萬用表。實(shí)驗(yàn)原理為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)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(cè)速發(fā)電機(jī)電壓信號(hào)經(jīng)速度變換器后接至速度調(diào)節(jié)器的輸入端，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)

3、裝置，從而構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。主要技術(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)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)實(shí)驗(yàn)步驟觸發(fā)控制電路調(diào)試及開關(guān)設(shè)置打開總電源開關(guān)，觀察各指示燈與電壓表指示是否正常。“觸發(fā)電路脈沖指示”應(yīng)顯示“窄”；如不滿足這個(gè)要求，撥動(dòng)DJK02面板上的鈕子開關(guān)，使之符合上述要求。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(gè)觸發(fā)脈沖，應(yīng)使其間隔均勻，相互間隔60。將給定器輸出Ug直接接至觸發(fā)電路控制電壓Uct處，調(diào)偏移電壓Ub，使Uct=0，=90，此時(shí)整流電壓為零。將面板上的U1f端

4、接地，將I組觸發(fā)脈沖的六個(gè)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。Uct不變時(shí)的直流電機(jī)開環(huán)外特性的測(cè)定控制電壓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。逐漸增加給定電壓Ug，使電機(jī)啟動(dòng)、升速；調(diào)節(jié)Ug和RG使電動(dòng)機(jī)Id=Ied、轉(zhuǎn)速n=ned。改變負(fù)載電阻RG即可測(cè)出Uct不變時(shí)的直流電機(jī)開環(huán)外特性n=f(Id)，記錄于下表中。n(r/min)IdUd不變時(shí)的直流電機(jī)開環(huán)外特性的測(cè)定控制電壓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。逐漸增加給定電壓Ug，使電機(jī)啟動(dòng)，升速；調(diào)節(jié)Ug和RG，使電動(dòng)機(jī)電流Id=Ied、轉(zhuǎn)速n=ned。

5、改變負(fù)載電阻RG，同時(shí)保持Ud不變（可通過調(diào)節(jié)Uct來實(shí)現(xiàn)），測(cè)出Ud不變時(shí)的直流電機(jī)開環(huán)特性n=f(Id)，記錄于下表中。n(r/min)Id基本單元部件調(diào)試移相控制電壓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(shí)，Ud隨Uct的增大而增大，當(dāng)Uct超過某一數(shù)值Uct時(shí)，ud出現(xiàn)缺少波頭的現(xiàn)象，這時(shí)Ud反而隨Uct的增大而減少。一般可確定移相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。調(diào)節(jié)器的調(diào)整（用速度調(diào)節(jié)器ASR）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

6、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(cè)量，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓為零。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(shí)，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(shí)，調(diào)整正限幅電位器RP2，使正限幅值符合實(shí)驗(yàn)要求。在本實(shí)驗(yàn)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。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(shí)驗(yàn)中，給定電壓Ug為負(fù)給定，轉(zhuǎn)速反饋電壓為正電壓

7、，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(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定點(diǎn)，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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和電樞電流Id于下表中。n(r/min)Id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(shí)驗(yàn)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(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定點(diǎn)，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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和電樞電流Id于下表中。n(r/min)Id實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出Uct不變時(shí)的直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)機(jī)械特性；根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出Ud不變時(shí)

8、的直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)機(jī)械特性；根據(jù)實(shí)驗(yàn)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；比較以上各種機(jī)械特性，并做出解釋。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)雙蹤慢掃描示波器的兩個(gè)探頭的地線通過示波器外殼接地，故在使用時(shí)，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；系統(tǒng)開環(huán)運(yùn)行時(shí)，不能突加給定電壓而啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，應(yīng)逐漸增加給定電壓，避免電流沖擊；通電實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(dòng)機(jī)負(fù)載。在連接反饋信號(hào)時(shí)，給定信號(hào)的極性必須與反饋信號(hào)的極性相反。思考題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？實(shí)驗(yàn)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？

9、調(diào)節(jié)什么元件能改變轉(zhuǎn)速反饋的強(qiáng)度？實(shí)驗(yàn)時(shí)，如何能使電動(dòng)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(shí)驗(yàn)二雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)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；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；研究調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容各控制單元調(diào)試；測(cè)定電流反饋系數(shù)、轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；測(cè)定高、低速時(shí)完整的系統(tǒng)閉環(huán)靜態(tài)特性n=f(Id)；閉環(huán)控制特性n=f(Ug)的測(cè)定；實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及材料主控制屏；直流電動(dòng)機(jī)-直流發(fā)電機(jī)-測(cè)速發(fā)電機(jī)組；DJK02、DJK04、D45-1、D42、D31、D55-2組件掛箱；雙蹤慢掃描示

10、波器；萬用表。實(shí)驗(yàn)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(gè)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(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成如圖2-1所示。系統(tǒng)工作時(shí)，先給電動(dòng)機(jī)加勵(lì)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(dòng)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(dòng)時(shí)，當(dāng)加入給定電壓Ug后，ASR即飽和輸出，使電動(dòng)機(jī)以限定的最大啟動(dòng)電流加速啟動(dòng)，直到電機(jī)轉(zhuǎn)速

11、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(yùn)行在略低于給定轉(zhuǎn)速的數(shù)值上。主要技術(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)轉(zhuǎn)速與電流PI調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)步驟主控制屏調(diào)試及開關(guān)設(shè)置與實(shí)驗(yàn)一中的方法相同。圖2-1雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試原則先單元、后系統(tǒng)，即先將單元的特性調(diào)好，然后才能組成系統(tǒng)；先開環(huán)、后閉環(huán)，即先使系統(tǒng)能正常開環(huán)運(yùn)行，然后在確定電流和轉(zhuǎn)速均為負(fù)反饋時(shí)組成閉環(huán)系統(tǒng)；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)；先調(diào)整穩(wěn)態(tài)精度，后調(diào)整動(dòng)態(tài)指標(biāo)。單元部件調(diào)試調(diào)節(jié)器的調(diào)零：與實(shí)驗(yàn)一中的方法相同；調(diào)節(jié)器的正、負(fù)限幅值的調(diào)整：按實(shí)驗(yàn)一中的方法確定移相控制電壓Uc

12、t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(shí)驗(yàn)一中的方法相同，在本實(shí)驗(yàn)中，電流調(diào)節(jié)器的負(fù)限幅值為0V，正限幅為Uctmax；速度調(diào)節(jié)器的負(fù)限幅值為6V，正限幅值為0V。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(cè)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(shí)的電流反饋電壓Ufi=6V，這時(shí)的電流反饋系統(tǒng)=Ufi/Id=6V/A。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(dòng)機(jī)負(fù)載，測(cè)量直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速值和轉(zhuǎn)速反饋電壓值，調(diào)節(jié)速度變

13、換器（FBS）上轉(zhuǎn)速反饋電位器RP1，使得n=1500r/min時(shí)的轉(zhuǎn)速反饋電壓Ufn=6V，這時(shí)的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=Ufn/n=0.004V（r/min）。系統(tǒng)特性測(cè)試閉環(huán)靜態(tài)特性n=f(Id)的測(cè)定發(fā)電機(jī)先空載，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定電壓Ug使電動(dòng)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(cè)出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n=f(Id)，并記錄于下表中：n(r/min)Id降低Ug，使Id=Ied，再測(cè)試n=800r/min時(shí)的靜態(tài)特性曲線并記錄于下表中。n(r/min)Id閉環(huán)控制系統(tǒng)n=f(Ug)的測(cè)定：調(diào)節(jié)Ug及RG，使得Id=Ied、n=ned，

14、逐漸降低Ug，記錄Ug和n，即可測(cè)出控制特性n=f(Ug)。n(r/min)Ug(V)實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出閉環(huán)控制特性曲線n=f(Ug)；根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出兩種轉(zhuǎn)速時(shí)的閉環(huán)機(jī)械特性n=f(Id)；將系統(tǒng)閉環(huán)靜態(tài)特性與實(shí)驗(yàn)一中的開環(huán)機(jī)械特性進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)系統(tǒng)開環(huán)運(yùn)行時(shí)，不能突加給定電壓而啟動(dòng)電機(jī)，應(yīng)逐漸增加給定電壓，避免電流沖擊。思考題為什么雙閉環(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？轉(zhuǎn)速負(fù)反饋線的極性如果接反會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中哪些參數(shù)的變化會(huì)引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的改變？哪些參數(shù)的變化會(huì)引起電動(dòng)機(jī)最大電流的變化？實(shí)驗(yàn)三通用變頻器的調(diào)試與使用實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)熟悉和掌

15、握MICROMASTER440型通用變頻器的操作面板的按鍵和使用；熟悉和掌握變頻器參數(shù)的設(shè)定和修改；熟悉和掌握利用變頻器對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和計(jì)算的方法；熟悉與掌握變頻器的快速調(diào)試方法；熟悉變頻器的基本使用方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容熟悉BOP基本操作面板的按鍵和功能；變頻器出廠設(shè)置和初始化；進(jìn)行變頻器的快速調(diào)試和電機(jī)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和計(jì)算；在不同模式下進(jìn)行電機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行和制動(dòng)的操作。實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及材料MICROMASTER440通用變頻器；BOP基本操作面板；專用變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組；繼電器控制電路。實(shí)驗(yàn)原理MICROMASTER440是適合用于三相電動(dòng)機(jī)速度控制和轉(zhuǎn)矩控制的變頻器系列。功

16、率范圍涵蓋120W至200kW(恒轉(zhuǎn)矩(VT)方式)或250kW(變轉(zhuǎn)矩(VT)方式)，有多種型號(hào)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(yùn)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(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲。同時(shí)，全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)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(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。主要技術(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)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(dòng)測(cè)定和計(jì)算。實(shí)驗(yàn)步驟基本操作

17、面板的（BOP）的使用BOP板的按鍵及其功能：?jiǎn)?dòng)；停止；正反；點(diǎn)動(dòng)；功能；參數(shù)；增加；減少。利用操作面板修改參數(shù)：按動(dòng)P鍵訪問參數(shù)；按動(dòng)增加鍵直到顯示出要修改的參數(shù)；按P鍵進(jìn)入?yún)?shù)值訪問；按P顯示當(dāng)前的設(shè)定值；按增加和減少鍵選擇運(yùn)行所需要的數(shù)值；按P鍵確認(rèn)和存儲(chǔ)這一數(shù)值。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(duì)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)編號(hào)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

18、（DOUT1）P0732數(shù)字量輸出口2（DOUT2）P1300V/f曲線設(shè)置P0300電動(dòng)機(jī)類型按以上數(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(jí)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(dòng)計(jì)算電機(jī)數(shù)據(jù)：P0010：調(diào)試參數(shù)過濾器；P0100：鍵入電源電壓的頻率；P0205：變頻器的應(yīng)用（鍵入需要的轉(zhuǎn)矩）；P0300：選擇電動(dòng)機(jī)的類型；P0304：電動(dòng)機(jī)的額定電壓；P0305：電動(dòng)機(jī)的額定電流；P0307：電動(dòng)機(jī)的額定功率；P0310：電動(dòng)機(jī)的額定頻率；P0311：電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速；P0355：電動(dòng)機(jī)的冷卻方式；P0640：電動(dòng)機(jī)的過載倍數(shù)；P0700：選擇命令信號(hào)源；P1000：選擇頻率設(shè)定信號(hào)源；P1080：最小頻率；P1082：最大頻率；P1120：斜坡上升時(shí)間；P1121：斜坡下降時(shí)間；P1135：OFF3斜坡下降時(shí)間；P1300：控制方式；P1500：選擇轉(zhuǎn)矩設(shè)定值；P1910：選擇電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)自動(dòng)檢測(cè)