《自动控制系统》实验指导书

《自动控制系统》实验指导书适用专业:电气工程与自动化课程代码:8416460总学时:40总学分:2编写单位:电气信息学院编写人:李伟审核人:审批人:批准时间:年月日《自动控制系统》实验指导书目录实验一单闭环晶闸管直流调速系统实验……………………………..…………………………………1实验二双闭环晶闸管不可逆直流调速系统…..…………………………………………………………5实验三通用变频器的调试与使用………………………………………………………………………..8主要参考文献..………………………………………………………………………………………………9《自动控制系统》实验指导书-1-实验一单闭环晶闸管直流调速系统一、实验目的和任务1、了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理；2、掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程；3、认识闭环反馈控制系统的基本特性。二、实验内容1、基本控制单元调试；2、Uct不变时的直流电动机开环特性的测定；3、Ud不变时的直流电动机开环特性的测定；4、转速反馈有静差单闭环直流调速系统；5、转速反馈无静差单闭环直流调速系统。三、实验仪器、设备及材料1、DZSZ-1型实验装置主控制屏；2、挂件DJK02、DJK04、D45-1、D42、D31、D55-2；3、直流电动机-直流发电机-测速发电机组；4、双踪慢扫描示波器、万用表。四、实验原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，可以采用闭环系统。图1-1所示的是单闭环直流调速系统。在转速反馈的单闭环直流调速系统中，将反映转速变化情况的测速发电机电压信号经速度变换器后接至速度调节器的输入端，与负给定电压相比较，速度调节器的输出用来控制整流桥的触发装置，从而构成闭环系统。五、主要技术重点、难点无静差调速系统PI参数的调节。《自动控制系统》实验指导书-2-GASRFUSGTAPITGMVAGVA220V+-~220VRG1326312图1-1单闭环直流调速系统六、实验步骤1、触发控制电路调试及开关设置1)打开总电源开关，观察各指示灯与电压表指示是否正常。2)“触发电路脉冲指示”应显示“窄”；如不满足这个要求，拨动DJK02面板上的钮子开关，使之符合上述要求。3)触发电路的调试方法：用示波器观察触发电路双脉冲是否正常，观察三相的锯齿波并调整a、b、c三相的锯齿波斜率调节电位器，使三相锯齿波斜率尽可能一致；观察6个触发脉冲，应使其间隔均匀，相互间隔60°。4)将给定器输出Ug直接接至触发电路控制电压Uct处，调偏移电压Ub，使Uct=0，α=90°，此时整流电压为零。5)将面板上的U1f端接地，将I组触发脉冲的六个开关拨至“接通”，观察正桥SCR1～SCR6晶闸管的触发脉冲是否正常。2、Uct不变时的直流电机开环外特性的测定1)控制电压Uct由给定器的输出Ug直接接入，直流发电机接负载电阻RG。2)逐渐增加给定电压Ug，使电机启动、升速；调节Ug和RG使电动机Id=Ied、转速n=ned。3)改变负载电阻RG即可测出Uct不变时的直流电机开环外特性n=f(Id)，记录于下表中。n(r/min)Id3、Ud不变时的直流电机开环外特性的测定1)控制电压Uct由给定器的输出Ug直接接入，直流发电机接负载电阻RG。2)逐渐增加给定电压Ug，使电机启动，升速；调节Ug和RG，使电动机电流Id=Ied、转速n=ned。《自动控制系统》实验指导书-3-3)改变负载电阻RG，同时保持Ud不变（可通过调节Uct来实现），测出Ud不变时的直流电机开环特性n=f(Id)，记录于下表中。n(r/min)Id4、基本单元部件调试1)移相控制电压Uct的调节范围确定：直接将给定电压Ug接入移相控制电压Uct的输入端，整流桥接电阻负载，用示波器观察ud的波形。当Uct由零调大时，Ud随Uct的增大而增大，当Uct超过某一数值Uct’时，ud出现缺少波头的现象，这时Ud反而随Uct的增大而减少。一般可确定移相控制电压的最大允许值Uctmax=0.9Uct’，即Uct的允许调节范围为0～Uctmax。2)调节器的调整（用速度调节器ASR）a)调节器的调零：将调节器输入端接地，将串联反馈网络中的电容短接，使调节器成为比例（P）调节器。调节面板上的调零电位器RP1，用万用表的mV档测量，使调节器的输出电压为零。b)正、负限幅值的调整：将调节器的输入端接地线和反馈电路短接线去掉，使调节器成为比例积分（PI）调节器，然后将给定器输出“1”端接到调节器的输入端，当加正给定时，调整负限幅电位器RP3，使之输出电压为零（调至最小值即可）；当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP2，使正限幅值符合实验要求。在本实验中，电流调节器和速度调节器的输出正限幅值均为Uctmax，负限幅值均为零。5、转速反馈有静差单闭环直流调速系统按图1-1接线，在本实验中，给定电压Ug为负给定，转速反馈电压为正电压，速度调节器接成比例（P）调节器。调节给定电压Ug和直流发电机负载RG，使电动机运行在额定点，固定Ug，由满载至轻载调节直流发电机的负载，记录电动机的转速n和电枢电流Id于下表中。n(r/min)Id6、转速反馈无静差单闭环直流调速系统按图1-1接线，在本实验中，给定Ug为负给定，转速反馈电压为正电压，速度调节器接成比例积分（PI）调节器。调节给定电压Ug和直流发电机负载RG，使电动机运行在额定点，固定Ug，由满载至轻《自动控制系统》实验指导书-4-载调节直流发电机的负载，记录电动机的转速n和电枢电流Id于下表中。n(r/min)Id七、实验报告要求1、根据实验数据，画出Uct不变时的直流电动机开环机械特性；2、根据实验数据，画出Ud不变时的直流电动机开环机械特性；3、根据实验数据，画出转速反馈有静差和无静差单闭环直流调速系统的机械特性；4、比较以上各种机械特性，并做出解释。八、实验注意事项1、双踪慢扫描示波器的两个探头的地线通过示波器外壳接地，故在使用时，必须将两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故；2、系统开环运行时，不能突加给定电压而启动电动机，应逐渐增加给定电压，避免电流冲击；3、通电实验时，可先用电阻作为整流桥的负载，待电路正常后，再换接电动机负载。4、在连接反馈信号时，给定信号的极性必须与反馈信号的极性相反。九、思考题1、P调节器和PI调节器在直流调速系统中的作用有什么不同？2、实验中，如何确定转速反馈的极性并把转速反馈正确地接入系统中？调节什么元件能改变转速反馈的强度？3、实验时，如何能使电动机的负载从空载（接近空载）连续地调至额定负载？《自动控制系统》实验指导书-5-实验二双闭环晶闸管不可逆直流调速系统一、实验目的和任务1、了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理；2、掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定；3、研究调节器参数对系统动态特性的影响。二、实验内容1、各控制单元调试；2、测定电流反馈系数β、转速反馈系数α；3、测定高、低速时完整的系统闭环静态特性n=f(Id)；4、闭环控制特性n=f(Ug)的测定；三、实验仪器、设备及材料1.主控制屏；2.直流电动机-直流发电机-测速发电机组；3.DJK02、DJK04、D45-1、D42、D31、D55-2组件挂箱；4.双踪慢扫描示波器；5.万用表。四、实验原理双闭环晶闸管不可逆直流调速系统由电流和转速两个调节器综合调节。由于调速系统的主要参量为转速，故转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可抑制电网电压扰动对转速的影响，实验系统的组成如图2-1所示。系统工作时，先给电动机加励磁，改变给定电压Ug的大小即可方便地改变电机的转速。ASR、ACR均设有限幅环节，ASR的输出作为ACR的给定，利用ASR的输出限幅可达到限制启动电流的目的；ACR的输出作为移相触发电路GT的控制电压，利用ACR的输出限幅可达到限制αmin的目的。启动时，当加入给定电压Ug后，ASR即饱和输出，使电动机以限定的最大启动电流加速启动，直到电机转速达到给定转速（即Ug=Ufn），并在出现超调后，ASR退出饱和，最后稳定运行在略低于给定转速的数值上。五、主要技术重点、难点转速与电流PI调节器参数调节。六、实验步骤1、主控制屏调试及开关设置与实验一中的方法相同。《自动控制系统》实验指导书-6-GASRFUSGTAPITGMVAGVA220V+-~220VRG1326312ACRFBC+FA2422310Uct图2-1双闭环不可逆直流调速系统原理图2、双闭环调速系统调试原则1)先单元、后系统，即先将单元的特性调好，然后才能组成系统；2)先开环、后闭环，即先使系统能正常开环运行，然后在确定电流和转速均为负反馈时组成闭环系统；3)先内环，后外环，即先调试电流内环，然后调转速外环；4)先调整稳态精度，后调整动态指标。3、单元部件调试1)调节器的调零：与实验一中的方法相同；2)调节器的正、负限幅值的调整：按实验一中的方法确定移相控制电压Uct的允许调节范围为0～Uctmax。电流调节器和速度调节器的调整方法与实验一中的方法相同，在本实验中，电流调节器的负限幅值为0V，正限幅为Uctmax；速度调节器的负限幅值为6V，正限幅值为0V。3)电流反馈系数的整定：直接将给定电压Ug接入移相控制电压Uct的输入端，整流桥接电阻负载，测量电流值和电流反馈电压，调节电流变换器（FBC）上的电流反馈电位器RP1，使得负载电流Id=1A时的电流反馈电压Ufi=6V，这时的电流反馈系统β=Ufi/Id=6V/A。4)转速反馈系数的整定：直接将给定电压Ug接入移相控制电压Uct的输入端，整流电路接直流电动机负载，测量直流电动机的转速值和转速反馈电压值，调节速度变换器（FBS）上转速反馈电位器RP1，使得n=1500r/min时的转速反馈电压Ufn=6V，这时的转速反馈系数α=Ufn/n=0.004V（r/min）。4、系统特性测试1)闭环静态特性n=f(Id)的测定《自动控制系统》实验指导书-7-a)发电机先空载，调节转速给定电压Ug使电动机转速接近额定值，n=1400r/min然后接入发电机负载电阻RG，逐渐改变负载电阻，直至Id≤Ied，即可测出系统静态特性曲线n=f(Id)，并记录于下表中：n(r/min)Idb)降低Ug，使Id=Ied，再测试n=800r/min时的静态特性曲线并记录于下表中。n(r/min)Id2)闭环控制系统n=f(Ug)的测定：调节Ug及RG，使得Id=Ied、n=ned，逐渐降低Ug，记录Ug和n，即可测出控制特性n=f(Ug)。n(r/min)Ug(V)七、实验报告要求1、根据实验数据，画出闭环控制特性曲线n=f(Ug)；2、根据实验数据，画出两种转速时的闭环机械特性n=f(Id)；3、将系统闭环静态特性与实验一中的开环机械特性进行比较。八、实验注意事项系统开环运行时，不能突加给定电压而启动电机，应逐渐增加给定电压，避免电流冲击。九、思考题1、为什么双闭环直流调速系统中使用的调节器均为PI调节器？2、转速负反馈线的极性如果接反会产生什么现象？3、双闭环直流调速系统中哪些参数的变化会引起电动机转速的改变？哪些参数的变化会引起电动机最大电流的变化？《自动控制系统》实验指导书-8-实验三通用变频器的调试与使用一、实验目的和任务1、熟悉和掌握MICROMASTER440型通用变频器的操作面板的按键和使用；2、熟悉和掌握变频器参数的设定和修改；3、熟悉和掌握利用变频器对电机参数进行自动测量和计算的方法；4、熟悉与掌握变频器的快速调试方法；5、熟悉变频器的基本使用方法。二、实验内容1、熟悉BOP基本操作面板的按键和功能；2、变频器出厂设置和初始化；3、进行变频器的快速调试和电机参数进行自动测量和计算；4、在不同模式下进行电机起动、运行和制动的操作。三、实验仪器、设备及材料1、MICROMASTER440通用变频器；2、BOP基本操作面板；3、专用变频调速三相异步电动机-发电机组；4、继电器控制电路。四、实验原理MIC