《自動控制系統》
實驗指導書
適用專業: 電氣工程與自動化
課程**: 8416460
總學時: 40 總學分: 2
編寫單位: 電氣資訊學院
編寫人: 李偉
審核人審批人
批准時間: 年月日
目錄 實驗一單閉環閘流體直流調速系統實驗1
實驗二雙閉環閘流體不可逆直流調速系統5
實驗三通用變頻器的除錯與使用8
主要參考文獻9
實驗一單閉環閘流體直流調速系統
一、 實驗目的和任務
1、 了解單閉環直流調速系統的原理、組成及各主要單元部件的原理
2、 掌握閘流體直流調速系統的一般除錯過程；
3、 認識閉環反饋控制系統的基本特性。
二、 實驗內容
1、 基本控制單元除錯；
2、 uct不變時的直流電動機開環特性的測定；
3、 ud不變時的直流電動機開環特性的測定；
4、 轉速反饋有靜差單閉環直流調速系統；
5、 轉速反饋無靜差單閉環直流調速系統。
三、 實驗儀器、裝置及材料
1、 dzsz-1型實驗裝置主控制屏；
2、 掛件djk02、djk04、d45-1、d42、d31、d55-2；
3、 直流電動機-直流發電機-測速發電機組；
4、 雙蹤慢掃瞄示波器、萬用表。
四、 實驗原理
為了提高直流調速系統的動靜態效能指標，可以採用閉環系統。圖1-1所示的是單閉環直流調速系統。在轉速反饋的單閉環直流調速系統中，將反映轉速變化情況的測速發電機電壓訊號經速度變換器後接至速度調節器的輸入端，與負給定電壓相比較，速度調節器的輸出用來控制整流橋的觸發裝置，從而構成閉環系統。
五、 主要技術重點、難點
無靜差調速系統pi引數的調節。
圖1-1 單閉環直流調速系統
六、 實驗步驟
1、 觸發控制電路除錯及開關設定
1) 開啟總電源開關，觀察各指示燈與電壓表指示是否正常。
2) 「觸發電路脈衝指示」應顯示「窄」；如不滿足這個要求，撥動djk02面板上的鈕子開關，使之符合上述要求。
3) 觸發電路的除錯方法：用示波器觀察觸發電路雙脈衝是否正常，觀察三相的鋸齒波並調整a、b、c三相的鋸齒波斜率調節電位器，使三相鋸齒波斜率盡可能一致；觀察6個觸發脈衝，應使其間隔均勻，相互間隔60°。
4) 將給定器輸出ug直接接至觸發電路控制電壓uct處，調偏移電壓ub，使uct=0，α=90°，此時整流電壓為零。
5) 將面板上的u1f端接地，將i組觸發脈衝的六個開關撥至「接通」，觀察正橋scr1～scr6閘流體的觸發脈衝是否正常。
2、 uct不變時的直流電機開環外特性的測定
1) 控制電壓uct由給定器的輸出ug直接接入，直流發電機接負載電阻rg。
2) 逐漸增加給定電壓ug，使電機啟動、公升速；調節ug和rg使電動機id=ied、轉速n=ned。
3) 改變負載電阻rg即可測出uct不變時的直流電機開環外特性n=f(id)，記錄於下表中。
3、 ud不變時的直流電機開環外特性的測定
1) 控制電壓uct由給定器的輸出ug直接接入，直流發電機接負載電阻rg。
2) 逐漸增加給定電壓ug，使電機啟動，公升速；調節ug和rg，使電動機電流id=ied、轉速n=ned。
3) 改變負載電阻rg，同時保持ud不變（可通過調節uct來實現），測出ud不變時的直流電機開環特性n=f(id)，記錄於下表中。
4、 基本單元部件除錯
1) 移相控制電壓uct的調節範圍確定：直接將給定電壓ug接入移相控制電壓uct的輸入端，整流橋接電阻負載，用示波器觀察ud的波形。當uct由零調大時，ud隨uct的增大而增大，當uct超過某一數值uct』時，ud出現缺少波頭的現象，這時ud反而隨uct的增大而減少。
一般可確定移相控制電壓的最大允許值uctmax=0.9uct』，即uct的允許調節範圍為0～uctmax。
2) 調節器的調整（用速度調節器asr）
a) 調節器的調零：將調節器輸入端接地，將串聯反饋網路中的電容短接，使調節器成為比例（p）調節器。調節面板上的調零電位器rp1，用萬用表的mv檔測量，使調節器的輸出電壓為零。
b) 正、負限幅值的調整：將調節器的輸入端接地線和反饋電路短接線去掉，使調節器成為比例積分（pi）調節器，然後將給定器輸出「1」端接到調節器的輸入端，當加正給定時，調整負限幅電位器rp3，使之輸出電壓為零（調至最小值即可）；當調節器輸入端加負給定時，調整正限幅電位器rp2，使正限幅值符合實驗要求。在本實驗中，電流調節器和速度調節器的輸出正限幅值均為uctmax，負限幅值均為零。
5、 轉速反饋有靜差單閉環直流調速系統
按圖1-1接線，在本實驗中，給定電壓ug為負給定，轉速反饋電壓為正電壓，速度調節器接成比例（p）調節器。
調節給定電壓ug和直流發電機負載rg，使電動機執行在額定點，固定ug，由滿載至輕載調節直流發電機的負載，記錄電動機的轉速n和電樞電流id於下表中。
6、 轉速反饋無靜差單閉環直流調速系統
按圖1-1接線，在本實驗中，給定ug為負給定，轉速反饋電壓為正電壓，速度調節器接成比例積分（pi）調節器。
調節給定電壓ug和直流發電機負載rg，使電動機執行在額定點，固定ug，由滿載至輕載調節直流發電機的負載，記錄電動機的轉速n和電樞電流id於下表中。
七、 實驗報告要求
1、 根據實驗資料，畫出uct不變時的直流電動機開環機械特性；
2、 根據實驗資料，畫出ud不變時的直流電動機開環機械特性；
3、 根據實驗資料，畫出轉速反饋有靜差和無靜差單閉環直流調速系統的機械特性；
4、 比較以上各種機械特性，並做出解釋。
八、 實驗注意事項
1、 雙蹤慢掃瞄示波器的兩個探頭的地線通過示波器外殼接地，故在使用時，必須將兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可），以免造成短路事故；
2、 系統開環執行時，不能突加給定電壓而啟動電動機，應逐漸增加給定電壓，避免電流衝擊；
3、 通電實驗時，可先用電阻作為整流橋的負載，待電路正常後，再換接電動機負載。
4、 在連線反饋訊號時，給定訊號的極性必須與反饋訊號的極性相反。
九、 思考題
1、 p調節器和pi調節器在直流調速系統中的作用有什麼不同？
2、 實驗中，如何確定轉速反饋的極性並把轉速反饋正確地接入系統中？調節什麼元件能改變轉速反饋的強度？
3、 實驗時，如何能使電動機的負載從空載（接近空載）連續地調至額定負載？
實驗二雙閉環閘流體不可逆直流調速系統
一、 實驗目的和任務
1、 了解閉環不可逆直流調速系統的原理、組成及各主要單元部件的原理；
2、 掌握雙閉環不可逆直流調速系統的除錯步驟、方法及引數的整定；
3、 研究調節器引數對系統動態特性的影響。
二、 實驗內容
1、 各控制單元除錯；
2、 測定電流反饋係數β、轉速反饋係數α；
3、 測定高、低速時完整的系統閉環靜態特性n=f(id)；
4、 閉環控制特性n=f(ug)的測定；
三、 實驗儀器、裝置及材料
1. 主控制屏；
2. 直流電動機-直流發電機-測速發電機組；
3. djk02、djk04、d45-1、d42、d31、d55-2元件掛箱；
4. 雙蹤慢掃瞄示波器；
5. 萬用表。
四、 實驗原理
雙閉環閘流體不可逆直流調速系統由電流和轉速兩個調節器綜合調節。由於調速系統的主要參量為轉速，故轉速環作為主環放在外面，電流環作為副環放在裡面，這樣可抑制電網電壓擾動對轉速的影響，實驗系統的組成如圖2-1所示。
系統工作時，先給電動機加勵磁，改變給定電壓ug的大小即可方便地改變電機的轉速。asr、acr均設有限幅環節，asr的輸出作為acr的給定，利用asr的輸出限幅可達到限制啟動電流的目的；acr的輸出作為移相觸發電路gt的控制電壓，利用acr的輸出限幅可達到限制αmin的目的。
啟動時，當加入給定電壓ug後，asr即飽和輸出，使電動機以限定的最大啟動電流加速啟動，直到電機轉速達到給定轉速（即ug=ufn），並在出現超調後，asr退出飽和，最後穩定執行在略低於給定轉速的數值上。
五、 主要技術重點、難點
轉速與電流pi調節器引數調節。
六、 實驗步驟
1、 主控制屏除錯及開關設定與實驗一中的方法相同。
圖2-1 雙閉環不可逆直流調速系統原理圖
2、 雙閉環調速系統除錯原則
1) 先單元、後系統，即先將單元的特性調好，然後才能組成系統；
2) 先開環、後閉環，即先使系統能正常開環執行，然後在確定電流和轉速均為負反饋時組成閉環系統；
3) 先內環，後外環，即先除錯電流內環，然後調轉速外環；
4) 先調整穩態精度，後調整動態指標。
3、 單元部件除錯
1) 調節器的調零：與實驗一中的方法相同；
2) 調節器的正、負限幅值的調整：按實驗一中的方法確定移相控制電壓uct的允許調節範圍為0～uctmax。電流調節器和速度調節器的調整方法與實驗一中的方法相同，在本實驗中，電流調節器的負限幅值為0v，正限幅為uctmax；速度調節器的負限幅值為6v，正限幅值為0v。
3) 電流反饋係數的整定：直接將給定電壓ug接入移相控制電壓uct的輸入端，整流橋接電阻負載，測量電流值和電流反饋電壓，調節電流變換器（fbc）上的電流反饋電位器rp1，使得負載電流id=1a時的電流反饋電壓ufi=6v，這時的電流反饋系統β=ufi/id=6v/a。
4) 轉速反饋係數的整定：直接將給定電壓ug接入移相控制電壓uct的輸入端，整流電路接直流電動機負載，測量直流電動機的轉速值和轉速反饋電壓值，調節速度變換器（fbs）上轉速反饋電位器rp1，使得n=1500r/min時的轉速反饋電壓ufn=6v，這時的轉速反饋係數α=ufn/n=0.004v（r/min）。
4、 系統特性測試
1) 閉環靜態特性n=f(id)的測定
a) 發電機先空載，調節轉速給定電壓ug使電動機轉速接近額定值，n=1400r/min然後接入發電機負載電阻rg，逐漸改變負載電阻，直至id≤ied，即可測出系統靜態特性曲線n=f(id)，並記錄於下表中：
b) 降低ug，使id=ied，再測試n=800r/min時的靜態特性曲線並記錄於下表中。
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