自动控制系统实验指导书

1、实验一 V-M系统环节特性的测定一、实验目的(1熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构;(2掌握晶闸管直流调速系统反馈环节测定方法。二、实验原理晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。在本实验中,整流装置的主电路为三相桥式电路,控制电路可直接由给定电压U作为g触发器的移相控制电压U,改变g U的大小即可改变控制角 ,从而获得可调的直流电压,ct以满足实验要求。 实验系统原理图三、主要实验设备DJK01电源控制屏、DJK02晶闸管主电路、DJK02-1三相晶闸管触发电路、DJK04电机调速控制、DJK10变压器实验、DD03-2电机导轨、测速发电

2、机及转速表、DJ13-1直流发电机、DJ15直流并励电动机、D42三相可调电阻、示波器、万用表,导线若干。四、实验内容将电动机加额定励磁,使其空载运行,逐渐增加控制电压g U (ct U ,分别读取对应的g U 、TGU 、d U 、n 的数值若干组,即可得到晶闸管触发及整流特性(g dU f U =及测速发电机特性(n f U TG =,由(g dU f U =或(ct dU f U =曲线可求得晶闸管整流装置的放大倍数曲线(g s U f K =,求s K 可由公式gds U U K =求得。将数据记录于下表,并绘出(g dU f U =、(n f U TG =、(g s U f K =三

3、条曲线: 五、实验总结1.作出实验所得的各种曲线,计算有关参数。2.由(g sU f K =特性,分析晶闸管装置的非线性现象。六、预习及思考1.预习教材中有关晶闸管直流调速系统各环节特性的测定方法。2.比较三条曲线,各曲线有什么特点,为什么?实验二 晶闸管直流调速系统主要单元的调试一、实验目的(1熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求; (2掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。二、实验原理在直流调速系统中,往往采用闭环控制,需要对电流、转速等信号进行反馈,以便稳速和限流,需要用到速度调节器和电流调节器,在可逆调速系统中,在电动机改变转向时,要对电枢电流、转矩极

4、性进行鉴别,通过逻辑控制电路控制正、反桥电路的切换,以防止正、反桥同时工作,避免正、反桥之间出现环流,损坏电源,故要将“零电平检测”、“转矩极性鉴别”、“反号器”、“逻辑控制单元”状态调节好。三、主要实验设备DJK01电源控制屏、DJK04电机调速控制、DJK08可调电阻电容箱、示波器、万用表,导线若干。四、实验内容将DJK04挂件的十芯电源线与控制屏连接,打开电源开关,即可以开始实验。(1速度调节器的调试调节器调零将DJK04中“速度调节器”所有输入端接地,再将DJK08中的可调电阻120K 接到“速度调节器”的“4”、“5”两端,用导线将“5”、“6”短接,使“电流调节器”成为P (比例调

5、节器。调节面板上的调零电位器RP3,用万用表的毫伏档测量电流调节器“7”端的输出,使调节器的输出电压尽可能接近于零。调整输出正、负限幅值把“5”、“6”短接线去掉,将DJK08中的可调电容0.47uF接入“5”、“6”两端,使调节器成为PI (比例积分调节器,然后将DJK04的给定输出端接到转速调节器的“3”端,当加一定的正给定时,调整负限幅电位器RP2,观察输出负电压的变化,当调节器输入端加负给定时,调整正限幅电位器RP1,观察调节器输出正电压的变化。测定输入输出特性再将反馈网络中的电容短接(将“5”、“6”端短接,使速度调节器为P(比例调节器,在调节器的输入端分别逐渐加入正负电压,测出相应

6、的输出电压,直至输出限幅,并画出曲线。观察PI 特性拆除“5”、“6”短接线,突加给定电压,用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律。改变调节器的放大倍数及反馈电容,观察输出电压的变化。(2电流调节器的调试调节器的调零将DJK04中“电流调节器”所有输入端接地,再将DJK08中的可调电阻13K接“速度调节器”的“8”、“9”两端,用导线将“9”、“10”短接,使“电流调节器”成为P(比例调节器。调节面板上的调零电位器RP3,用万用表的毫伏档测量电流调节器的“11”端,使调节器的输出电压尽可能接近于零。调整输出正、负限幅值把“8”、“9”短接线去掉,将DJK08 中的可调电容0.47uF接入“8”、

7、“9”两端,使调节器成为PI(比例积分调节器,然后将DJK04的给定输出端接到电流调节器的“4”端,当加正给定时,调整负限幅电位器RP2,观察输出负电压的变化,当调节器输入端加负给定时,调整正限幅电位器RP1,观察输出正电压的变化。测定输入输出特性再将反馈网络中的电容短接(将“9”、“10”端短接,使电流调节器为P调节器,在调节器的输入端分别逐渐加入正负电压,测出相应的输出电压,直至输出限幅,并画出曲线。观察PI 特性拆除“9”、“10”短接线,突加给定电压,用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律。改变调节器的放大倍数及反馈电容,观察输出电压的变化。(3“零电平检测”及“转矩极性鉴别”的调试转矩

8、极性鉴别具体调试方法:A、调节给定g U,使“转矩极性鉴别”的“1”脚得到约0.25V 电压,调节电位器RP1,恰好使“2”端输出从“高电平”跃变为“低电平”。B、调节负给定从0V起调,当转矩极性鉴别器的“2”端从“低电平”跃变为“高电平”时,检测转矩极性鉴别器的“1”端应为-0.25V左右,否则应调整电位器,使“2”端电平变化时,“1”端电压大小基本相等。“零电平检测”具体调试方法:A、调节给定g U,使“零电平检测”的“1”脚约0.6V电压,调节电位器RP1,恰好使“2”端输出从“1”跃变为“0”。B、慢慢减小给定,当“零电平检测”的“2”端从“0”跃变为“1”时,检测“零电平检测”的“1

9、”端应为0.2V左右,否则应调整电位器。根据测得数据,画出两个电平检测器的回环。(4反号器的调试测定输入输出比例,输入端加入+5V电压,调节RP1,使输出端为-5V。(5逻辑控制的调试测试逻辑功能,列出真值表,真值表应符合下表要求 调试方法:首先将“零电平检测”、“转矩极性鉴别”调节到位,符合其特性曲线。给定接“转矩极性鉴别”的输入端,输出端接“逻辑控制”的U。“零电平检测”的输出端接“逻辑控制”m的U,输入端接地。I将给定的RP1、RP2 电位器顺时针转到底,将S2打到运行侧。将S1打到正给定侧,用万用表测量“逻辑控制”的“3”、“6”和“4”、“7”端,“3”、“6”端输出应为高电平,“4

10、”、“7”端输出应为低电平,此时将DJK04中给定部分S1开关从正给定打到负给定侧,则“3”、“6”端输出从高电平跳变为低电平,“4”、“7”端输出也从低电平跳变为高电平。在跳变的过程中用示波器观测“5”端输出的脉冲信号。将“零电平检测”的输入端接高电平,此时将DJK04中给定部分的S1开关来回扳动,“逻辑控制”的输出应无变化。五、实验总结1.画出各控制单元的调试连线图。2.简述各控制单元的调试要点。六、预习及思考1.预习教材中PI调节器电路的工作原理及调试要点。2.画出各调试环节的特性曲线。实验三单闭环有静差调速系统一、实验目的(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;(

11、2掌握晶闸管直流调速系统的基本特性;(3认识闭环反馈系统的基本特性。二、实验原理转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号,经“转速变换”后接到“速度调节器”的输入端,与“给定”的电压相比较经方法后,得到移相控制电压U,控制整ct流桥的“触发电路”,触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间,以改变“三相全控整流”的输出电压,这就构成了速度负反馈闭环系统。 转速单闭环系统原理图三、主要实验设备DJK01电源控制屏、DJK02晶闸管主电路、DJK02-1三相晶闸管触发电路、DJK04电机调速控制、DJK08可调电阻电容箱、DD03-2电机导轨、测速发电机及转速表、DJ13-1直流发电机

12、、DJ15直流并励电动机、D42三相可调电阻、示波器、万用表,导线若干。四、实验内容1.ctU不变时的直流电机开环外特性的测定按接线图分别将主回路和控制回路接好线。DJK02-1上的移相控制电压Uct由DJK04上的“给定”输出Ug直接接入,直流发电机接负载电阻R,Ld用DJK02上200mH,将给定的输出调到零。先闭合励磁电源开关,按下DJK01“电源控制屏”启动按钮,使主电路输出三相交流电源,然后从零开始逐渐增加“给定”电压Ug,使电动机慢慢启动并使转速n 达到1200rpm。改变负载电阻R的阻值,使电机的电枢电流从Ied直至空载。即可测出在Uct不变时的直流电动机开环外特性n = f(I

13、d。通过调节R和Ug,将电动机转速调为1200rpm,电枢电流调为1.2A(额定值,随后保持Uct不变,逐渐增大R,电枢电流将下降,转速上升,每调节一次记录数据于下表。 2. Ud不变时直流电机开环外特性的测定控制电压Uct由DJK04的“给定”Ug直接接入,直流发电机接负载电阻R,Ld用DJK02上200mH,将给定的输出调到零。按下DJK01“电源控制屏”启动按钮,然后从零开始逐渐增加给定电压Ug,使电动机启动并达到1200rpm。改变负载电阻R,使电机的电枢电流从Ied直至空载。用电压表监视三相全控整流输出的直流电压Ud,保持Ud不变(通过不断的调节DJK04上“给定”电压Ug来实现,测

14、出在Ud 不变时直流电动机的开环外特性n =f(Id,改变R和Ug,将电动机转速调为1200rpm,电枢电流调为1.2A(额定值,随后保持Ud不变,逐渐增大R,每改变一次R值,记录数据于并记录于下表中。 3.转速单闭环直流调速系统转速反馈系数的整定Ug接Uct,Ld用DJK02上200mH,调节Ug为0,加励磁、起动,从零开始逐渐调大“给定”电压Ug,使电动机的转速接近n=l500rpm。调“速度变换”单元上的RP1,使得该转速时,1、3端电压Ufn=6V,则2、3端电压为1.3V,rpm1500=。.03.1=VrpmV/009将给定输出Ug接速度调节器3端,“速度变换”输出接“速度调节器”

15、2端,速度调节器输出Usc接Uct,此时转速反馈应为正电压,发电机接R,调Ug为零。发电机先轻载,Ug从0V调起,使n=l200rpm.调节R,使Id由小到大,直至Id=Ied,测出Id、n,即可测出系统静态特性曲线n =f(Id。并记录数据于下表。 五、实验总结(1根据实验数据,画出Uct不变时直流电动机开环机械特性。(2根据实验数据,画出Ud不变时直流电动机开环机械特性。(3根据实验数据,画出转速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。六、预习及思考1.复习自动控制系统(直流调速系统教材中有关晶闸管直流调速系统、闭环反馈控制系统的内容。2.掌握调节器的基本工作原

16、理。3.根据实验原理图,画出实验系统的详细接线图,理解各控制单元在调速系统中的作用。4.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?实验四双闭环无静差不可逆调速系统一、实验目的(1了解双闭环不可逆直流调速系统的原理、组成;(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。二、实验原理双闭环直流调速系统是由电流和转速两个调节器进行综合调节,可获得良好的静动态性能(两个调节器均采用PI调节器,由于调整系统的主要参数为转速,故将转速换作为主环放在外面,电流环作为副环放在里面,这样可以抑制电网扰动对转速的影响,从而实现比较理想的调速效果。 转速电流双闭环系统原理图三、主

17、要实验设备DJK01电源控制屏、DJK02晶闸管主电路、DJK02-1三相晶闸管触发电路、DJK04电机调速控制、DJK08可调电阻电容箱变压器实验、DD03-2电机导轨、测速发电机及转速表、DJ13-1直流发电机、DJ15直流并励电动机、D42三相可调电阻、示波器、万用表,导线若干。四、实验内容1.速度调节器调试速度调节器调零将速度调节器所有输入端端接并接地,用万用表毫伏档测其输出,调节本单元的电位器RP1,将输出调为零。在速度调节器3端输入+5V,调节本单元电位器RP3,将输出调为-6V。2.电流调节器调试电流调节器调零将电流调节器所有输入端短接接地,用万用表毫伏档测其输出,调节本单元的电

18、位器RP4,将输出调为零。在速度调节器4端输入-6V,调节本单元电位器RP1,将输出调为+9V。3.调节电流反馈系数,晶闸管桥路输出电流为1.3A时,调节本单元的电位器RP1使“电流反馈与过流保护”单元2端输出电压为+6V。4.调节转速反馈系数,在n=1500rpm时,调节转速变换单元上的RP1,使3端输出Ufn=-2V(2、3端之间电压。5.特性测试按图接线,Ug为正给定,转速反馈信号为负电压,电流反馈信号Ulf为正电压,将电机先轻载,调Ug使电机转速n=1200rpm,然后调节发电机负载电阻R,增大Ied,记录n、Id记录与下表,根据所测得数据做静态曲线n=f(Id。 将R调至最大值,降低

19、Ug将转速调为n=800rpm,调节R,增大Id直至Ied(1.2A,记录n、Id记录与下表,根据所测得数据做静态曲线n=f(Id。 调节Ug及R,使Id=Ied,n=1200rpm,逐渐降低Ug,记录Ug和n,测出该调速系统的控制特性n=f(Ug。 五、实验总结(1根据实验数据,画出起始条件为Id=Ied,n=1200rpm的控制特性曲线n =f(Ug。(2根据实验数据,画出调速系统在n=1200rpm和n=800rpm的静态曲线n =f(Id。(3分析系统动态波形,讨论系统参数的变化对系统动、静态性能的影响。六、预习及思考(1阅读电力拖动自动控制系统教材中有关双闭环直流调速系统的内容,掌握

20、双闭环直流调速系统的工作原理。(2理解PI（比例积分）调节器在双闭环直流调速系统中的作用，掌握调节器参数的选 择方法。 (3了解调节器参数、反馈系数、滤波环节参数的变化对系统动、静态特性的影响。 实验五 三相 SPWM 变频原理及变频调速 一、实验目的 (1掌握 SPWM 的基本原理和实现方法； (2熟悉与 SPWM 控制有关的信号波形； (3掌握 SPWM 的调速基本原理和实现方法。 二、实验原理 利用全控型电力电子器件的导通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列， 实现 变压、变频控制并且消除输出谐波，变频器输出的电压或电流波形接近于正弦波形。 三、主要实验设备 DJK01 电源控制屏

21、、DJK13 三相异步电动机变频调速控制、DJ24 三相鼠笼型异步电动 机、示波器、万用表，导线若干。 四、实验内容 1.三相SPWM变频原理实验 (1接通挂件电源，关闭电机开关，调制方式设定在SPWM方式下（将控制部分S、V、P 的三个端子都悬空） ，然后开启电源开关。 (2点动“增速”按键，将频率设定在0.5Hz，在SPWM部分观测三相正弦波信号（在测 试点“2、3、4” ） ，观测三角载波信号（在测试点“5” ） ，三相SPWM调制信号（在测试点“6、 7、8” ） ；再点动“转向”按键，改变转动方向，观测上述各信号的相位关系变化。 (3逐步升高频率，直至到达50Hz处，重复以上的步骤。

22、 (4将频率设置为0.5HZ60HZ的范围内改变，在测试点“2、3、4”中观测正弦波信号 的频率和幅值的关系。 2.三相 SPWM 变频调速实验 将DJ24电机与DJK13逆变输出部分连接，电机接成形式，关闭电机开关，调制方式设 定在SPWM方式下（将S、V、P的三端子都悬空） 。打开挂件电源开关，点动“增速” 、 “减 速”和“转向”键，观测挂件工作是否正常，如果工作正常，将运行频率退到零，关闭挂件 电源开关。 然后打开电机开关，接通挂件电源，增加频率、降低频率以及改变转向观测电机的转速 变化。 五、实验总结 (1画出与SPWM 调制有关信号波形，说明SPWM 的基本原理。 (2分析在0.5

23、HZ50Hz 范围内正弦波信号的幅值与频率的关系。 (3分析在50HZ60Hz 范围内正弦波信号的幅值与频率的关系。 六、预习及思考 (1阅读电力拖动自动控制系统教材中有关变频调速的内容，掌握系统的工作原理。 (2分析不同频率范围内正弦波信号的幅值与频率的关系。 实验六 双闭环三相异步电动机调压调速系统实验 一、实验目的 (1了解并熟悉双闭环三相异步电机调压调速系统的原理及组成。 (2了解转子串电阻的绕线式异步电机在调节定子电压调速时的机械特性。 二、实验原理 异步电动机采用调压调速时， 由于同步转速不变和机械特性较硬， 因此对普通异步电动 机来说其调速范围很有限，无实用价值，而对力矩电机或线

24、绕式异步电动机在转子中串 入适当电阻后使机械特性变软其调速范围有所扩大， 但在负载或电网电压波动情况下， 其转 速波动严重，为此常采用双闭环调速系统。 双闭环三相异步电机调压调速系统的主电路由三相晶闸管交流调压器及三相绕线式异 步电动机组成。控制部分由“电流调节器” 、 “速度变换” 、 “触发电路” 、 “正桥功放”等组 成。整个调速系统采用了速度、电流两个反馈控制环。 三相电源输出 2 R7 C5 4 5 6 电流反馈与 过流保护 速度 给定 1 3 调节器 2 2 电流 11 6 4 调节器 Uct 8 9 10 触发 电路 正桥 功放 三相 交流 调压 M 3 转子附 加电阻 R13 C7 1 3 速度 变换 2 I1 A TG R U1 V G 励磁 电源 双闭环三相异步电动机调压调速系统原理图 三、主要实验设备 DJK01 电源控制屏、DJK02 晶闸管主电路、DJK02-1 三相晶闸管触发电路、DJ