实验4 双闭环直流调速修改

1 实验三实验三 双闭环直流调速系统实验双闭环直流调速系统实验 一 实验目的 加深理解和巩固转速 电流双闭环直流调速系统的理论知识 了解各单元在控制系统中的作用及系统对它们的具体要求 了解和掌握各控制单元电路的基本组成 调试方法及调试步骤 掌握并运用有关动态参数的各种测量方法 研究调节器参数对系统动态性能的影响 培养科学 求实 严谨的工作作风和勤奋努力 深入探索的良好学 风 二 实验设备和仪器 DJK01 电源控制屏 DJK02 三相晶闸管主电路及触发电路 DJK04 电机调速控制 DJK08 可调电容 电阻 DD03 2 电机导轨 测速发电机及转速表 DJ15 直流并励电动机及磁粉制动器 TDS2002双通道数字存储示波器 数字万用表 三 实验线路及原理 许多生产机械要求拖动电动机经常处于起动 制动和反转的过渡过程中 而过渡过程时间的长短在很大程度上决定了生产机械的生产效率 采用转速 电流双闭环直流调速系统可获得良好的静 动态性能 缩短启动和制动时间 由于系统的主要参量为转速 故将转速环作为主环放在外面 主要用于调整 和稳定转速 改变给定电压Ug的大小即可方便地改变电动机的转速 电流环 作为副环放在里面 用于抑制电网电压扰动对转速的影响 速度调节器和电 流调节器均设有限幅环节 速度调节器的输出作为电流调节器的给定 速度 调节器的输出限幅值即为电流调节器的最大给定值 电流调节器的输出作为 2 触发电路的控制电压Uct 利用电流调节器的输出限幅值可以限制晶闸管变 流装置的最小触发角 min 主电路中串联300mH平波电抗器Ld 采用磁粉制动器作直流电动机的负 载 实验系统的原理框图见图3 1 图3 1 双闭环直流调速系统原理框图 启动时 若突加阶跃给定电压Ug 则速度调节器输出将很快达到饱和限 幅值 系统以最大电流给定值调节电流调节器 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 当转速出现超调后 速度调节 器即退出饱和 最后稳定运行在给定转速下 如果电流调节器和速度调节器采用比例 P 调节器 则电流和转速的 调节都存在静差 稳定运行时 电流调节器和速度调节器的入口偏差电压均 不为零 如果电流调节器和速度调节器采用积分型调节器 如比例积分 PI 调节器 则电流和转速的调节都将没有静差 稳定运行时 电流调节 器和速度调节器的入口偏差电压均为零 四 实验内容 1 基本控制单元的调试 速速度度 调调节节器器 触触发发 电电路路 三三相相电电源源 脉脉冲冲 功功放放 A M B Ld Ud Ufn 磁磁粉粉制制动动器器 0 600mA 恒恒流流源源 励励磁磁电电源源 220V 电电流流 调调节节器器 电电流流 反反馈馈 三三相相全全 控控桥桥整整 流流电电路路 给给定定 速速度度 反反馈馈 TG v Ufi Ut 3 2 双闭环有静差调速系统静特性 n f Id 的测试 3 双闭环有静差调速系统控制特性 n f Ug 的测试 4 双闭环无静差调速系统动态特性的调整 5 双闭环无静差调速系统抗扰性能的观测 6 双闭环无静差调速系统静特性 n f Id 的测试 五 实验方法和步骤 双闭环调速系统的一般调试原则是 先调试各单元 后调试系统 即先将单元的参数调好 然后才能组 成系统 先开环 后闭环 即先使系统运行在开环状态 然后在确定电流和 转速均为负反馈后 才可组成闭环系统 先内环 后外环 即先调试电流内环 然后调试转速外环 先调整稳态精度 后调整动态指标 1 基本控制单元的调试 触发电路的调试 1 合上总电源开关 检查电网三相交流电压是否正常 是否平衡 2 合上控制电源开关 主回路不合闸 3 用示波器分别观测触发器中A B C三相的锯齿波 并调节A B C 三相锯齿波斜率调节电位器 使三相锯齿波的斜率尽可能一致 4 将给定信号Ug直接与移相控制电压Uct相连 令Uct 0 调节偏移电压 Ub电位器Rp 用双踪示波器观察A相同步信号和触发脉冲波形 使 90 5 适当增加正给定电压Ug 观测脉冲波形是否为双窄脉冲 判断其是 否满足移相范围的要求 4 6 将脉冲功放控制端Ulf接地 将正桥触发脉冲的六个开关均拨至 通 用示波器观察正桥晶闸管VT1 VT6门极与阴极之间的触发脉冲是否正常 调节器的调零 将速度调节器的所有输入端接地 将其串联反馈网络中的电容短接 使 速度调节器成为比例调节器 放大倍数Kn 5 调节面板上的调零电位器 RP1 同时用数字万用表的直流毫伏档测量速度调节器的输出端 使调节器 的输出电压尽可能接近于零 将电流调节器的所有输入端接地 将其串联反馈网络中的电容短接 使 电流调节器成为比例调节器 放大倍数Ki 2 调节面板上的调零电位器 RP4 同时用数字万用表的直流毫伏档测量电流调节器的输出端 使调节器 的输出电压尽可能接近于零 调节器正 负限幅值的调整 将速度调节器接成比例积分 PI 调节器 将给定电压Ug直接接到速度调 节器的输入端 Usr 调节器输入端加足够幅值的正给定电压 调整负限 幅电位器 使速度调节器输出负限幅为 Ugim 6V 加足够幅值的负给定 电压 调整正限幅电位器 使速度调节器输出正限幅为 Ugim 6V 将电流调节器接成比例积分 PI 调节器 将给定电压Ug直接接到电流调 节器的输入端 Ugi 调节器输入端加足够幅值的正给定电压 调整负限 幅电位器 使电流调节器输出负限幅满足 min的要求 加足够幅值的负给定 电压 调整正限幅电位器 使电流调节器输出正限幅满足 min的要求 电流反馈系数的整定 将给定电压Ug直接接到电流调节器的输入端 Ugi 给定电压Ug为负 给定 直流电动机加额定励磁 将磁粉制动器的恒流源电流调到零 将给定 电压Ug调到零 5 按下主电路启动按钮 慢慢增加给定电压Ug 启动直流电动机 增加磁 粉制动器的恒流源电流 调节 电流反馈与过流保护 上的电流反馈电位器 测量负载电流值Id和电流反馈信号Ufi 使负载电流达到最大堵转电流 Id Idm l 3A时 电流反馈电压Ufi 6V 这时的电流反馈系数 Ufi Id 4 615 V A 按下主电路停止按钮 切断主电路 转速反馈极性的确定及反馈系数的整定 给定电压Ug为正给定 直接与控制电压Uct相连 直流电动机加额定励 磁 将磁粉制动器的恒流源电流调到零 将给定电压Ug调到零 主回路按图 3 1接线 按下主电路启动按钮 慢慢增加给定电压Ug 启动直流电动机 启动正 常后 测量电动机的转速n和转速反馈电压信号Ufn 调节 速度变换 上的 转速反馈电位器 使n 150Or min时 转速反馈电压Ufn 10V 这时的转速反 馈系数 Ufn n 0 0067 V min r 按下主电路停止按钮 切断主电路 2 双闭环有静差调速系统静特性n f Id 的测试 控制回路与主回路按图 3 1 接线 给定电压 Ug为正给定 将速度调节器 和电流调节器都接成比例调节器 速度调节器 Kn 3 电流调节器 Ki 1 组 成双闭环有静差调速系统 直流电动机加额定励磁 将磁粉制动器的励磁电流调到零 将给定电压 Ug调到零 按下主电路启动按钮 慢慢增加给定电压Ug 启动直流电动机 使 电动机转速接近n l200r min 逐渐增加磁粉制动器的励磁电流加大负载 测量转速n和电流Id 记录于下表中 即可分别得到有静差调速系统静态特 性n f Id 的运行段和下垂段曲线 6 n r min Id A 降低给定电压Ug 再测试n 800r min时的静态特性 记录于下表中 n r min Id A 3 双闭环有静差调速系统控制特性n f Ug 的测试 调节给定电压Ug及磁粉制动器的励磁电流 使Id Inom n 800r min 逐 渐降低给定电压Ug 记录Ug和转速n 即可测出闭环控制特性n f Ug n r min Ug V 按下主电路停止按钮 切断主电路 4 双闭环无静差调速系统动态特性的调整 在双闭环有静差调速系统实验的基础上 将速度调节器和电流调节器均 改接成 PI 调节器 即可组成双闭环无静差调速系统 电流调节器的调整 控制回路和主回路按图3 1接线 速度调节器接成比例调节器 Kn 1 电流调节器接成比例积分调节器 Ri 1K 5K Ci 2 F 4 F 电流环接 成负反馈闭环形式 直流电动机不加励磁 使其不能转动 给定电压Ug为正 给定 控制回路通电 主回路通电 慢慢增加给定电压 观察主电路的最大电 流是否为堵转电流 Idm l 3A 加阶跃给定信号 用示波器通过电流反馈端观察电流的过渡过程波形 测出实际电流响应曲线的各项指标 并与典型系统的预期性能指标 i tr 等比较 7 改变 Ki i Ri Ci 使电流的过渡过程符合或接近预期指标 研究 参数变化对电流波形的影响 并分析其原因 注意 电流调节器的参数和电流环的反馈系数等一经整定完毕 就不要注意 电流调节器的参数和电流环的反馈系数等一经整定完毕 就不要 再轻易改变了 再轻易改变了 速度调节器的调整 控制回路和主回路按图 3 1 接线 将速度调节器和电流调节器接成串级 连接 速度调节器和电流调节器均接成比例积分调节器 Rn 60K 150K Cn 0 22 F 2 F 组成双闭环无静差调速系统 给定 电压 Ug为正给定 电动机加额定励磁 控制回路通电 主回路通电 慢慢增加给定电压 Ug 观察系统是否工作 正常 给定电压 Ug作小范围阶跃变化 保证转速调节器不饱和 可用示波 器观察转速调节器的输出波形 使转速环工作在线性状态下 用示波器测 出转速 n 的响应曲线 可用示波器观察转速反馈端的波形 并与典型系统 的预期性能曲线相比较 改变 Kn n Rn Cn 使转速的过渡过程符合或接近预期线性性能指 标 n 和 tr的要求 在调整中要研究参数变化对转速波形的影响 并分析 其原因 注意 转速调节器的参数和转速环的反馈系数等一经整定完毕 就不要注意 转速调节器的参数和转速环的反馈系数等一经整定完毕 就不要 再轻易改变了 再轻易改变了 n 1200r min 电动机空载 给定电压 Ug作阶跃变化 在示波器上观 察 测量并绘制出稳态转速 上升时间及退饱和超调量 n 1200r min 调整磁粉制动器的励磁电流 使 Id 50 Inom 给定电 压 Ug作阶跃变化 在示波器上观察 测量并绘制出稳态转速 上升时间及 退饱和超调量 并与上一项结果进行比较 n 750r min 电动机空载 给定电压 Ug作阶跃变化 在示波器上观 察 测量并绘制出稳态转速 上升时间及退饱和超调量 并与上一项结果进 行比较 n 750r min 调整磁粉制动器的励磁电流 使 Id 50 Inom 给定电压 Ug作阶跃变化 在示波器上观察 测量并绘制出稳态转速 上升时间及退 饱和超调量 并与上一项结果进行比较 5 双闭环无静差调速系统抗扰性能的观测 8 观察突加额定负载时 电动机电枢电流波形id Ufi 和转速波形 n Ufn 观察突减负载时电动机的电枢电流波形id Ufi 和转速波形n Ufn 6 双闭环无静差调速系统静特性n f Id 的测试 包括堵转特性 调整给定电压 Ug 使 n1 1200r min 测量并绘制一条高速特性曲线 n1 f Id n r min Id A 减小给定电压 Ug 使 n2 600r min 测量并绘制一条低速特性曲 线 n2 f Id n r min Id A 六 实验报告要求 1 根据实验数据 画出系统开环机械特性n f Id 计算静差率 2 根据实验数据 画出双闭环有静差调速系统的静特性n f Id 3 根据实验数据 画出双闭环有静差调速系统控制特性n f Ug 4 根据实验数据 画出双闭环无静差调速系统静特性n f Id 5 分析系统动态波形 讨论系统参数的变化对系统动