自动控制系统综实验指导书

1、自动控制系统综合实验 实验指导书蔡型 杨钧广东工业大学自动化学院二 00 八年八月目录实验四 开环调速系统和速度单闭环调速系统实验 - - -16实验五 速度、电流双闭环调速系统实验 - - - -20实验六 逻辑无环流可逆调速系统实验 - - - 24实验项目名称： 实验四 开环调速系统和速度单闭环调速系统实验 实验项目性质： 普通实验所属课程名称： 电力拖动自动控制系统实验计划学时：2一、实验目的1熟悉晶闸管直流电动机调速系统的机械特性测试方法2、掌握速度负反馈单闭环调速系统的调试方法，加深理解速度负反馈的作用.二、实验內容和要求1测定开环调速系统的机械特性 n f ( J)。2、 测定转

2、速负反馈单闭环有静差调速系统的静特性n f (Id).3、 测定转速负反馈单闭环无静差调速系统的静特性n f(ld)。4、转速微分负反馈性能测试.三、实验主要仪器设备和材料1 LZC-1型直流调速系统实验装置；2、2。2KW直流机组，可变电阻箱；3、慢扫描示波器或数字存储示波器；、万用电表。四、实验方法、步骤及结果测试1测定开环调速系统的机械特性 n f (Id).其原理图如图3 1所示.按图3-2 接线。1) 合上电源总开关(在机外)，控制电源接通，使U； 0V ,合上主电路电源开 关(在下面板，给定单元中的S2要下拨接地)。观察电源指示灯与电压表指示是 否正常。正常后，S2要上拨，调节速度

3、给定电位器，让电动机在某一转速，下 运行.2 )测定晶闸管-直流电动机开环调速系统的机械特性 n f(ld) , Un 4V,Id 06A时，实验数据记录于表1.表1开环调速系统的机械特性n f( ld)Un4VId(A)空载10n (r / min )2、测定速度负反馈单闭环有静差调速系统的静特性n f(ld)1) 转速负反馈单闭环直流调速系统见图 4-1.按图42要求接线.速度调节器 输出限幅(8V )实验前巳整定。将速度调节器接成P调节器，比例电阻20K。 非本次实验指定的开关、电位器旋钮的位置和接线，实验前巳设置好，勿动！2) 调给定单元中的正给定电位器，使电动机在某一转速下稳定运行.

4、将面板上 的速度反馈线“FBS U：'试碰一下速度调节器的反馈输入端“ UJ',如果电动 机速度下降，则为负反馈，然后将负反馈线接上。反之，则要调换速度反馈信号Un的极性(见箱后)。3) 单闭环转速负反馈电压调试(ASR：OK、6.8 F ,限幅 8V ):在U： 4V，Id 8A。情况下.调面板上的FBS单元中的速度负反馈电位器， 使速度负反馈信号U：在整个调速过程中，保持约等于速度调节器的主控信号 U 即U： U：(可用万用表测量)，但极性相反。直到没有振荡为止.4) 测定转速负反馈单闭环有静差调速系统的静特性 n f(ld)ASR比例电阻20K,限幅8V ,U： Un极性

5、相反，U： 4V,Id 08A时, 实验数据记录于表2.表2转速单闭环有静差调速系统的静特性f ASR:20K ) n f(ld)Un4VId(A)空载6n f r /min )3、测定转速负反馈单闭环无静差调速系统的静特性n f(ld)ASR比例电阻20K连接积分电容.6.8 F，限幅8V , Un Un (极性相反) U； 4V,Id 06A时，实验数据记录于表3。表3转速单闭环无静差调速系统的静特性f ASR:20K68 F ) n f(ld)Un4VId(A)空载6n f r /min )G图4-1速度单闭环调速系统+15VF B S-U nR1 20KGND丄 Tf.8u©

6、 A S R速度调节器T r=U正限幅负限幅LzG给定X 1脉D L C-U b l f正组U b l fGT触发脉冲发生器X 2图4-2速度单闭环调速系统面板接线4、速度环微分负反馈性能测试：接成速度单闭环调速系统。速度调节器接成PI调节器：按图4-3设置参数, 用数字存储示波器或慢描示波器观察、记录 Un波形于图4-3中。微分负反馈的 投入，减小超调量,改善抗干扰性能。稍微改动U；、Un或ld数值，可获得最佳 波形.ASR: 20K,6.8uFuJasr：s= offASR: 20K,6.8uF 十 ASR : S= ONUntUn * = +4V、Un = -4V、ld=3 A 拨动G单

7、元S2突口Ui*=0+4VtUn* = +4V、Un = -4V、Id =3 A 拨动G单元S2突力加Ui* =0 +4V图4 3速度调节器微分负反馈性能测试五、实验报告要求1、实验报告应按“广东工业大学实验报告”的标准格式撰写2、实验报告的內容包括 : 实验目的与要求 实验內容 实验结果和数据处理 结论与心得 问题与讨论六、思考题1、绘制、计算上述特性曲线的静差率 , 并进行比较 . 说明开环调速系统和转速 单闭环调速系统的特点 .2、如何确定速度负反馈的极性，反接了，会出现什么现象？3、为什么开环调速系统加负载后，转速会下降 ?4、分析无静差系统 R、C 的参数对电机起动过程的影响。5、速

8、度微分负反馈对调速系统性能有何影响？实验项目名称 : 实验五 速度、电流双闭环调速系统实验 实验项目性质： 普通实验所属课程名称： 电力拖动自动控制系统实验计划学时 : 2、 实验目的1、了解双闭环直流调速系统的组成和工作原理。2、掌握双闭环直流调速系统调试和参数整定方法。3、测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能指标4、了解调节器 PI 参数对系统动态性能的影响 .、 实验內容和要求1、先内环 , 调试电流调节器。2、电流微分负反馈性能测试 .3、电流反馈系数 的测定。4、后外环，调试速度调节器。5、速度反馈系数 的测定。6、了解调节器参数对系统动态性能的影响。三、实验主要仪器设备和材料1、

9、LZC1 型直流调速系统实验装置；2、2。2KW直流机组，可变电阻箱；3、慢扫描示波器、万用电表。四、实验方法、步骤及结果测试1、先内环双闭环直流调速系统如图 5-1 所示, 按图 5-2 电流单闭环接线。电流负反馈 电压调试（ ACR：10K、3.3 F ，限幅 8V ）. 非本次实验指定的开关、电位器旋钮 的位置和接线，实验前巳设置好 , 勿动！ 在U； 8V时，调节负载电阻，使电流Id 12A. 调节FBC FA单元中的电流负反馈电位器,增大返馈量Vi,使Id减小并 刚好达到 12A。 调整完毕后，电流负反馈信号 Ui在整个调速过程中，始终约等于调节器 的主控信号U；即Ui U*,但极性

10、相反（可用电压表测量），应没有振荡。2 、电流反馈系数 的测定使Ui U； 8V,Ud 220V,Id 12A。若在此过程中发现 时过大，则说明原 先调整的电流反馈电压 Ui偏小，应重新调节Ui ,在此基础上测量Ui，并计算出 此时的电流反馈系数 。牛V/A见图5 1,按图5 3接线,进行速度负反馈电压调试（ASR:20K、.8 F ,限 幅 8V ； ACR：0K33 F，限幅 8V ）。 在U；8V时，调节负载电阻，使电流Id 12A。 调节FBC FA单元中的速度负反馈电位器，增大返馈量Un,使Id减小并刚好达到12A。 调整完毕后，速度负反馈信号 Un在整个调速过程中始终约等于速度调节

11、 器的主控信号Un，即Un Un（可用电压表测量），但极性相反，再细调速度、电 流负反馈电压，直到没有振荡为止.4、速度反馈系数的测定使Un Un 8V,Ud 220V,Id 12A。测量Un，并计算出此时的电流反馈 系数UnnNV /r? min 15、双闭环系统静态特性1）Un 8V,Id 012A时，测定双闭环系统机械特性n f （Q表1 双闭环系统机械特性：PI参数：ACR：0K、3.3 ； ASR20K68 FId（A）空载12n (r /min)F B C-U i+ 15VG给定300110K|10KSUi*UiS 23001 ©-11QC1C2C3-UnGND30023

12、002正限幅负限幅R电流调节器+ 15VU pminminD L C-U b IfT C380V+15V£+15VLHL丄 rT T©G - U n*X 1脉脉冲X 2X 3冲形X 4X 5放p成X 6大R cD L C-U b l r©正组U b I f反组U b l rGNDGT触发脉冲发生器5-2电流单闭环直流调速系统面板接线2）调速系统静差率测定系统在某一转速（U；8V、Id 0A）下稳定运行，当负载由这时的理想空载转速no （测量、记录no），增加到电机的额定电流值Id In 12A时，所对应 的转速降n；（系统机械特性曲线与接近直线的no之差）与理想空

13、载转速no之比 称为静差率S, 一般表示为nnS 100%no6、动态性能测试1） 电机稳定运行于Un 4V,Ud 110V, Id 4A。停车（S2拨向下）。突加给 定（S2拨向上）观察、记录Un波形。2）抗扰性能指标。电机稳定运行于 Un 4V,Ud 110V,Id 4A。将负载突然 切除或加大20%,观察、记录Un波形.LzFLz*J?+15VUU1UU3001rUUU13-15VT3002GNDG给定A+ 15V380V正组ICB380V+ 15VRL380VGNDG©minminNS 2S bR bT CX bR aS aS cB C-U iR3 10KR cUc tF B

14、 S-U nGT触发脉冲发生器D L C-U b l f正限幅负限幅U pCU c oA C R电流调节器X c正限幅负限幅A S R速度调节器-C-4yR2 51K10K 10KC2 | 3.3iC3 | 2.2uX1©R1 20KX1©R1 20KR2 51KR3 100KC S R输入放大器X 1脉脉X 2电-冲X 3増-X 4电一X 5冲形放电-成X 6大D L C-U b l r©U c t-15VJ严7 5+ 15V5-3 速度、电流双闭环直流调速系统面板接线3 ) 了解调节器参数对系统动态性能的影响.Ud 110V, Id 6A时.停机，自选 速度调

15、节器和电流调节器的PI参数.观察、记录起动时,速度Un、U|f波形。五、实验报告要求1、 实验报告应按“广东工业大学实验报告”的标准格式撰写.2、实验报告的內容包括：实验目的与要求实验內容实验结果和数据处理结论与心得问题与讨论六、思考题1、总结调试双闭环系统的方法和步骤。2、试说明电机起动过程。3、试说明速度、电流双闭环的作用及其稳速原理。4、 自选速度调节器、电流调节器的 PI参数如何？分析其起动时，对Un、Uif 波形的影响。实验项目名称：实验六 逻辑无环流可逆调速系统实验 实验项目性质： 综合实验所属课程名称：电力拖动自动控制系统实验计划学时：2一、实验目的1、了解、熟悉逻辑无环流可逆调

16、速系统的组成和工作原理。2、掌握各控制单元的原理、作用和调试方法。3、掌握逻辑无环流可逆调速系统的调试方法和步骤。4、测定双闭环可逆系统的静特性和动态特性。二、实验內容和要求1、逻辑无环流可逆调速系统系统调试.2、测定逻辑无环流可逆调速系统正、反转的静特性 n f (ld)。3、 测定逻辑无环流可逆调速系统正、反转的控制系统特性n f (U；)。4、观察、记录系统的动态波形。三、实验主要仪器设备和材料1、LZC-1型直流调速系统实验装置；2、2。2KW直流机组，可变电阻箱；3、慢扫描示波器或数字存储示波器；、万用电表。四、实验方法、步骤及结果测试逻辑无环流系统见图6-1、面板接线见图6-2所示

17、。非本次实验指定的开 关、电位器旋钮的位置和接线，实验前巳设置好，勿动！380V双闭环PI参数设定：ACR10K、3.3 ，限幅8V ； ASR:20K、6.8限幅 8VLz+15VF B C-U iUi S*X1X2R1 20KF B S-U nLzX215VGNDR3 100KG给定380VUi10K10K10K 亠 10K正限幅负限幅A S R速度调节器+15VIC+15V.IU*正组U bl fD L C-U b l f反组U b l r-”正限幅负限幅f81A C Rr g电流调节器30023002+15V在整个调速过中保持U； Un； Ui* Ui ,电流反馈电压Ui小，换向电流冲

18、击大。 电流反馈电压Ui大，系统易振荡。注意：使U； 4V,ld 6A。调节电流、速度负 反馈信号，在整个调速过程中，始终约等于其调节器的主控信号，但极性相反， 直到没有振荡为止。GNDC S R输入放大器G T-UD L C-UGT触发脉冲发生器图6-2 LCZ-1型逻辑无环流可逆调速系统面板接线2、双闭环系统静态特性测定：Un 4V,Id 06A时，n f（ld）见表1表 1 PI 参数：ACR:10K、3.3 ； ASR20K68 FId(A)06n (r /min)3、双闭环系统控制特性测定：Un 06V,ld 6A时，n f（ U；）见表2 表 2 PI 参数：ACR:10K、3.3 ； ASR20K、6.8 FU；(V)06n (r /min)4、用数字存储示波器或双慢扫描示波器观察、记录系统的动态波形。1）电机稳定（电流反馈电压Ui小，换向电流冲击大.电流反馈电压Ui大，系统 易振荡，要调到适中）运行于1