自动控制系统实验指导书

《自动控制系统》

实验指导书

合用专业：电气工程与自动化

课程代码:8416460

总学时：3总学分:二_

编写单位:电气信息学院

编写人：

审核人:_________________

审批人:_________________

批准时间:一年一月—日

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

重要参考文献.............................................................................9

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、组成及各重要单元部件的原理；

2、掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程:

3、结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、Us不变时的直流电动机开环特性的测定；

3、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.D3LD55-2；

3、直流电动机-更流发电机-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，可以采用不环系统。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、重要技术重点、难点

无静差调速系统PI参数的调节。

~220V

图1-1单闭环直流调速系统

六、实验环节

1、触发控制电路调试及开关设立

1)打开总电源开关，观测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”：如不满足这个规定，拨动DJK02面板上的钮子开

关，使之符合上述规定。

2、触发电路的调试方法：用示波器观测触发电路双脉冲是否正常，观测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也许一致；观测6个触发脉冲，应使

其间隔均匀，互相间隔60°。

3、将给定器输出Ug直接接至触发电路控制电压Ucl处，调偏移电压Ub,使Ucl=0,a=9()。，此

时整流电压为零。

4、将面板上的Ulf端接地，将I组触发脉冲的六个开关拨至“接通”，观测正桥SCRI〜SCR6

晶闸管的触发脉冲是否正常。

5、Ua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RGo

逐渐增长

给定电压

Ug,使电

机启动、

升速；调

节Ug和

RG使电

动机

Id=Ieds

转速

n=nedo

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)

/d

6、1不变时的直流电机开环外特性的测定

1)控制电压Uct由给定措的输出Ug直接接入，直流发电机接负载电阻RGo

逐渐增长

给定电压

Ug,使电

机启动，

升速；调

节Ug和

RG,使电

动机电流

Id=Icd、

转速

n=nedo

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）

h

7、基本单元部件调试

1）移相控制电压Ucl的调节范围拟定：直接将给定电压Ug接入移相控制电压Ucl的输入端,

整流桥接电阻负载，用示波器观测ud的波形。当Uct由零调大时,Ud随Uct的增大而增

大，当Ucl超过某一数值Ucl'时，ud出现缺少波头的现象，这时Ud反而随U1的增大

而减少。一般可拟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O~Uclmax。

2）调节器的调整（用速度调节器ASR）

8、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。

9、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，当加正给定期，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期，调整正

限幅电位器RP2,使正限幅值符合实验规定。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。

10、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

负教RQ

使电动机

运营在额

定点，固

定Ug,由

满载至轻

教调节直

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

11、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

运营在额

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)

/d

七、实验报告规定

1、根据实验数据，而出Uct不变时的音流电动机开环机械特件：

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：

八、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；

九、比较以上各种机械特性，并做出解释。

十、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)，以免导致短路事故；

2、系统开环运营时，不能突加给定电压而启动电动机，应逐渐增长给定电压，避免电流冲击；

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。

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。

十一、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？

实验中，如何拟定转速反馈的极性并把转速反馈对的地接入系统中？调节什么元件能改变转速反馈

的强度？

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、组成及各重要单元部件的原理；

2、掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试环节、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、测定电流反馈系数以转速反馈系数Q：

3、测定高、低速时完整的系统闭环静态特性〃y/j；

4、闭环控制特性〃可(L)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。由于调速系统的重要参量

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，这样可克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。

五、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，运用ASR的输出限幅可达成限制启动电流

的目的；ACR的输出作为移相触发电路GT的控制电压，运用ACR的输出限幅可达成限制amin

的目的。

六、启动时.当加入给定电压Ug后,ASR即饱和输出，使电刷机以限定的最大启动电流加速启动，直

到电机转速达成给定转速(即Ug=Ufn),并在出现超调后,ASR退出饱和，最后稳定运营在略低

于给定转速的数值上。

七、重要技术重点、难点

转速与电流PI调节器参数调节。

八、实验环节

1、主控制屏调试及开关设立与实验一中的方法相同。

~22OV

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，然后才干组成系统；

2）先开环、后闭环，即先使系统能正常开环运营，然后在拟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。

5、单元部件调试

1）调节器的调零：与实验一中的方法相同；

6、调节器的正、负限幅值的调整：按实验一中的方法拟定移相控制电压Uct的允许调节范围为

0〜Ucimax。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6M正限幅值为0V。

7、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Uc（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=lA时的电流反馈电压Ufi=6V,这时的电流反馈系统B=Ufi/Id=6V/Ao

8、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a

=Ufn/n=0.004V(r/min)。

9、系统特性测试

1)闭环静态特性⑷的测定

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<led,

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)

Id

减少Ug,

使Id=Ied,

再测试

n=800r/m

in时的静

态特性曲

线并记录

于下表

中。

n(r/min)

/d

闭环控制

系统

n=f(Ug)

的测定：

调节Ug

及RG

使得

Id=Ied、

n=ned,

逐渐减少

Ug,记录

Ug和n,

即可测出

控制特性

n=f(Ug)o

n(r/min)

%(V)

九、实验报告规定

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(ld)；

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。

十、实验注意事项

十一、系统开环运营时.不能突加给定电压而启动电机，应逐渐增长给定电压，避免电流冲击。

十二、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假如接反会产生什么现象？

双闭环直流调速系统中哪些参数的变化会引起电动机技速的改变？哪些参数的变化会引起电动机最

大电流的变化？

实睑三通用变频器的调流与使用

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、熟悉和掌握运用变频器对电机参数进行自动测量和上算的方法；

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月方法.

二、实验内容

1、熟悉BOP基本操作面板的按键和功能；

2、变频器出厂设立和初始化：

3、进行变频器的快速调试和电机参数进行自动测量和I-算；

4、在不同模式下进行电机起动、运营和制动的操作。

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

五、MICROMASTER440是适合用于三相电动机速度控制和转矩控制的变频器系列。功率范围涵盖

120W至200kW(恒转矩(VT)方式)或250kW(变转矩(VT)方式)，有多种型号可供用户选用。

该变频器由微解决器控制并采用品有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管IGBT作为功率

输出器件。因此，它们具有很高的运营可靠性和功能的多样性。由于其脉冲宽度调制的开关频率

是可选的.因而减少了电阚机运营的噪声。同时，全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供

了良好的保护。由于MICROMASTER440具有全面而完善的控制功能.在设立相关参数以后，它

适合用于需要多种功能的电动机控制系统。

六、重要技术重点、难点

七、基本操作面板BOP的设立，变频器的快速调试，电机参数的自动测定和计算。

八、实验环节

1、基本操作面板的（BOP）的使用

（1）BOP板的按键及其功能：启动；停止：正反；点动；功能；参数；增长；减少。

a）运用操作面板修改参数：

b）按动P键访问参数；

c）按动增长键直到显示出要修改的参数；

d）按P键进入参数值访问；

c）按P显示当前的设定值；

0按增长和减少键选择运营所需要的数值；

g）按P键确认和存储这一数值。

按图4-1进行变频器参数的复位（即将各参数复位为出厂缺省设立），并对表4-1中复位后的

默认参数值进行记录。

•开始

▼

P0003=l

▼

P0004=0

*—

P0010=30

P0970=l

C结束］

图4-1变频器参数复位流程图

表4-1复位后的默认参数值表

参数编号参数含义参数数值数值含义

P0701数字量输入口1（DIN1）

P0702数字量输入口2（DIN2）

P0703数字量输入口3（DIN3）

P0731数字量输出口1(DOUT1)

P0732数字量输出口2(DOUT2)

P1300V/f曲线设立

P0300电动机类型

(2)按以上数据设定电机参数，然后用操作面板BOP修改变频器的参数后控制电机先设定用

户访问级POOO3=3和参数分类组P004R,然后按以下环节进行快速调试并自动计算电机

数据：

(3)P0010:调试参数过滤器；

(4)P0100:键入电源电压的频率；

(5)P0205:变频器的应用(键入需要的转矩)；

(6)P0300:选择电动机的类型：

(7)P0304:电动机的额定电压；

(8)P0305:电动机的额定电流；

(9)P0307:电动机的额定功率；

(10)P0310:电动机的额定频率；

(11)P0311:电动机的额定转速；

(12)P0355:电动机的冷却方式；

(13)P0640:电动机的过载倍数；

(14)P0700:选择命令信号源；

(15)P1000:选择频率设定信号源；

(16)P1080:最小频率；

(17)P1082:最大频率；

(18)P1120:斜坡上升时间；

(19)P1121:斜坡下降时间;

(20)P1135:OFF3斜坡下降时间；

(21)P1300:控制方式;

(22)