运控实验报告

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1、运动控制系统实验报班级：2011级自动化2班姓名：丁灿学号:2011551723实验一 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验、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参数及反馈环节测定方法、实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK02晶闸管主电路3DJK02 1三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”，“正反桥功放”等几个模块。4DJK04电机调速控制实验1该挂件包含“给定”，“电流调节器”，“速度变换”，“电 流反馈与 过流保护”等几个模块。5DJK10变压器实验该挂件包含“三相不

2、控整流”和“心式变压器”等模块。6DD03-3电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表7DJ13-1直流发电机8DJ15直流并励电动机9D42三相可调电阻10数字存储示波器自备11万用表自备三、实验线路及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Ug 作为触5-1 所示。发器的移相控制电压UCt，改变Ug的大小即可改变控制角a,从而获得可调的直流电压，以满 足实验要求。实验系统的组成原理图如图VFLLIV图5-1 实验系统原理图四、实验内容 测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值 R

3、o五、预习要求学习教材中有关晶闸管直流调速系统各参数的测定方法。六、实验方法电枢回路总电阻R的测定电枢回路的总电阻F包括电机的电枢电阻R、平波电抗器的直流电阻R及整流装置的内阻R,即卩R = F 十 R 十 F(5-1)an由于阻值较小，不宜用欧姆表或电桥测量，因是小电流检测，接触电阻影响很大， 故常用直流伏安法。为测出晶闸管整流装置的电源内阻须测量整流装置的理想空载电压Udo，而晶闸管整流电源是无法测量的，为此应用伏安比较法，实验线路如图5-2所示。将变阻器R、F2接入被测系统的主电路，测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。合上S、S,调节给定使输出直流电压Ud在30%70%led范围内，然后

4、调整R2使电枢电流在80%led90%led范围内，读取电流表A和电压表*的数值为IU,则此时整流装置的理想空载电压为U=liR+U(5-2 )电压表的数值丨2、U2,调节R使之与f2的电阻值相近，拉开开关在Ud的条件下读取电流表、(5-3)图$2伏安比较法实验线路图七、实验报告根据实验数据，计算有关参数八、实验心得LI NLLdi NLdI Na1L22u1L22Ldo= I2R 十 U2求解(5-2)、(5-3)两式，可得电枢回路总电阻：R=( L2-Li) / (I 1-I 2)(54)如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得R 十 R,=(L2z -L：z )/(1 / -I 2Z )

5、(5-5)则电机的电枢电阻为R=R-(Rl十 FRi)。(5-6)同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻R-o实验二 晶闸管直流调速系统主要单元的调试、 实验目的1） 熟悉直流调整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。、 实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK04电机调速控制实验1该挂件包含“给定”、“调节器1 ”、“调节器II ”、“电 流反 馈与过流保护”等几个模块。3DJK06给定及实验器件该挂件包含“给定”等几个模块。4DJK08可调电阻、电容箱三、实验内

6、容（1）调节器 1（速度调节器）的调试。调节器 11（电流调节器）的调试。四、实验方法将 DJK04 挂件上的十芯电源线、DJK04-1 和 DJK06 挂件上的蓝色三芯电源线与控制屏相应电源插座连接，打开挂件上的电源开关，就可以开始实验。（1）调节器 1（ 一般作为速度调节器使用）的调试 调节器调零将DJK04中“调节器I”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻120K接到“调节器I”的“ 4”、“ 5”两端，用导线将“ 5”、“6”端短接，使“调节器I”成为P （比例）调节器。用万用表的毫伏档测量“调节器I”的“ 7 ”端的输出，调节面板上的调零电位器RP3使之输出电压尽可能接近于零。

7、 调整输出正、负限幅值将“ 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，将“调节器 I ”的所有输入端上的接地线去掉，将DJK04的给定输出端接到“调节器I”的“ 3 ”端，当加+5V的正给定电压时，调整负限幅电位器-5V的负给定电压时，调整正RP2观察调节器负电压输出的变化规律；当调节器输入端加限幅电位器RP1,观察调节器正电压输出的变化规律。 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“调节器I”为P （比例）调节器，同时将正负限幅电位器RP1和RP2均顺时针旋到底，在调节器

8、的输入端分别逐渐加入正负电 压，测出相应的输出电压 变化，直至输出限幅值，并画出对应的曲线。 观察PI特性拆除“ 5”、“6”短接线，给调节器输入端突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变 化规律。改变调节器的 外接电阻和电容值（改变放大倍数和积分时间），观察输出电压的变化。（2）调节器II（ 一般作为电流调节器使用）的调试 调节器的调零将DJK04中“调节器II ”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻13K接“调节器II ”的“ 8”、“ 9”两 端，用导线将“ 9”、“10”短接，使“调节器II ”成为P （比例）调节 器。用万用表的毫伏档测量调节器II的“ 11 ”端的输出，调

9、节面板上的调零电位器 RP3 使之输出电压尽可能接近于零。 调整输出正、负限幅值把“ 9”、“10”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“ 9”、“10”两端，使 调节器成为PI （比 例积分）调节器，将“调节器II ”的所有输入端上的接地线去掉，将DJK04的给定输出端接到调节器II的“4”端，当加+5V的正给定电压时，调整负限幅电位器RP2,观察调节器负电压输出的变化规律；当调节器输入端加-5V的负给定电压时，调整正限幅电位器RP1,观察调节器正电压输出的变化规律。 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“调节器II ”为P调节器，同时

10、将正负限幅电位器 RP1和RP2均顺时针旋到底，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变化，直至输出限幅 值，并画出对应的曲线。 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 调节器的外接电阻和电容 值（改变放大倍数和积分时间），观察输出电压的变化。五、实验报告画各控制单元的调试连线图。六、实验心得实验三单闭环不可逆直流调速系统实验一、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(2) 掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。(3) 认识闭环反馈控制系统的基本特性。二、实验所需挂件及附件序号型号备

11、注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK02晶闸管主电路3DJK02 1三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”、“正反桥功放”等几个模块。4DJK04电机调速控制实验1该挂件包含“给定”、“调节器1”、“调节器II”、“转速变 换”、“电流反馈与过流保护”、“电压隔离器”等几个模块。5DJK08可调电阻、电容箱6DD03-3电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表7DJ13-1直流发电机8DJ15直流并励电动机9D42三相可调电阻10慢扫描示波器自备11万用表自备三、实验线路及原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系

12、统)。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用 多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。UCt,控制整流在电压单闭环中，将反映电压变化的电压隔离器输出电压信号作为反馈信号加到 “电压调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电压负反馈闭环系统。P(比例)调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。当“给定”恒定时,闭环系统对电枢电压变化起到了抑制作用能稳定在一定的范围内变化。当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电压二相电源输岀

13、电机的最高转速也由电压调节器的输出限幅所决定。同样，调节器若采用在本实验中DJK04上的“调节器I”做为“速度调节器”和“电压调节器”使用，“调节器II做为“电流调节器”使用；若 使用DD03-4不锈钢电机导轨、涡流测功机及光码盘测速系统和D55-4智能电机特性测试及控制系统两者来完成电机加载请详 见附录相关内容。四、实验内容电压单闭环直流调速系统。五、预习要求(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理。(3) 根据实验原理图，能画出实验系统的详细接线图，并理解各控制单元在调速系统中的作 用。六、实验方法电压

14、单闭环直流调速系统 按图5-9接线，在本实验中，给定为负给定，电压反馈为正电压，将“调节器【”接成比例（P）调节器或PI （比例积分）调节器。直流发电机接负载电阻R, Ld用 DJK02k200mH 将给定输出调到零，在“电压隔离器”输出端“3”与地之间并联6uF电容（从DJK08获得）。 直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压Ug，使电动机转速接近n =l200rpm。 由小到大调节直流发电机负载R，测定相应的1 d和口，直至电动机1 d=| ed，即可测出系统静态特性曲线n =f（I d）。n (rpm)1006100410021000997995993.3Id(A)0.20.35

15、0.490.580.750.991.25七、实验报告根据实验数据，画出电压单闭环直流调速系统的机械特性。八、实验心得实验四 双闭环不可逆直流调速系统实验一、 实验目的(1) 了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理(2) 掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。(3) 研究调节器参数对系统动态性能的影响。二、 实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK02晶闸管主电路3DJK02 1三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”、“正反桥功放”等几个模块。4DJK04电机调速控制实验1该挂件包含“给定”、

16、“调节器1”、“调节器II ”、“转速 变换”、“电流反馈与过流保护”等几个模块。5DJK08可调电阻、电容箱6DD03-3电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表7DJ13-1直流发电机8DJ15直流并励电动机9D42三相可调电阻10慢扫描示波器自备11万用表自备三、实验线路及原理许多生产机械，由于加工和运行的要求，使电动机经常处于起动、制动、反转的过渡过程中，因此起动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的生产效率。 为缩短这一部 分时间，仅采用PI调节器的转速负反馈单闭环调速系统，其性能还不很令人满意。双闭环直流调速系统是由速度调节器和电流调节器进行综合调节，可获得良好的静、 动态性能(

17、两个调节器均采用 PI 调节器)，由于调整系统的主要参量为转速，故将转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。实验系统的原理框图组成如下:相电源输出图5-10 双闭环直流调速系统原理框图启动时，加入给定电压 Ug, “速度调节器”和“电流调节器”即以饱和限幅值输出，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（即Ug =Un）,并在出现超调后，“速度调节器”和“电流调节器”退出饱和，最后稳定在略低于给定转速值下运行。 系统工作时，要先给 电动机加励磁，改变给定电压u的大小即可方便地改变电动机的转速。“速度调节器”、“电流调节器”均设

18、有限幅环节，“速度调节器”的输出作为“电流调节 器”的给定，利用“速度调节器”的输出限幅可达到限制启动电流的目的。“电流调节器” 的输出作为“触发电路”的控制电压UCt，利用“电流调节器”的输出限幅可达到限制amax的目的。在本实验中DJK04上的“调节器I ”做为“速度调节器”使用，“调节器II ”做为“电流 调节器”使用;若使用DD03-4不锈钢电机导轨、涡流测功机及光码盘测速系统和D554智能电机特性测试及控制系统两者来完成电机加载请详见附录相关内容。四、实验内容(1)测定开环机械特性及高、低转速时系统闭环静态特性n=f(l d)。 闭环控制特性n=f（U丿的测定。五、预习要求（1）阅读

19、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，掌握双闭环直流调 速系统的工作原理理解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。六、实验方法（1）开环外特性的测定 DJK02-1控制电压UCt由DJK04上的给定输出Ug直接接入，“三相全控整流”电路接电动 机，Ld用 DJK02上的200mH直流发电机接负载电阻R,负载电阻放在最大值，输出给定调到零。 按下启动按钮，先接通励磁电源，然后从零开始逐渐增加“给定”电压Ub,使电机启动升速，转速到达1200rpm。 增大负载（

20、即减小负载电阻R阻值），使得电动机电流ld=led，可测出该系统的开环外特性n =f （ Id）, 记录于下表中：n (rpm)1218124312811321132113411358Id(A)0.90.820.780.750.70.660.62将给定退到零，断开励磁电源，按下停止按钮，结束实验。（2）系统静特性测试 按图5-10接线，DJK04的给定电压Ug输出为正给定，转速反馈电压为负电压，直流发 电机接负载电阻R, Ld用DJK02 上的200mH负载电阻放在最大值，给定的输出调到零。将“调节器I ”、“调节器II ”都接成P （比例）调节器后，接入系统，形成双闭环不可 逆系统，按下启动

21、 按钮，接通励磁电源，增加给定，观察系统能否正常运行，确认整个 系统的接线正确无误后，将“调节器I”，“调节器II ”均恢复成PI （比例积分）调节器，构成实验系统。 机械特性n =f（I d）的测定A、发电机先空载，从零开始逐渐调大给定电压Ub，使电动机转速接近n=l20rpm，然后 接入发电机负载电阻R,逐渐改变负载电阻，直至Id=Ied，即可测出系统静态特性曲线n =f（I d），并记录于下表中：n (rpm)11961195119411931192119011860.60.650.70.750.80.90.96B降低Ug,再测试n=800rpm时的静态特性曲线，并记录于下表中:n (r

22、pm)790782781789785.9775.3777.4Id(A)1.11.211.351.41.51.61.73C、闭环控制系统n=f(Ug)的测定调节U及R，使=、n= l200rpm，逐渐降低Ug，记录Ug和n,即可测出闭环控制特性n = f(Un (rpm)11741056938.5821681.6572452.7Ub( V)4.263.853.443.032.582.171.96g)g七、实验报告(1)根据实验数据，画出闭环控制特性曲线 n =f(U g)(2)根据实验数据，画出两种转速时的静态特性 n =f(l)。n=l200rpmn=800rpm(3) 根据实验数据，画出系统

23、开环机械特性n =f(l d)，计算静差率，并与闭环机械特性进行 比较。八、实验心得实验五单相正弦波脉宽调制 SPW 变频调速系统实验、实验目的(1)掌握异步电动机变频调速的原理。(2) 了解异步电动机变频调速运行的基本参数，V/f曲线。、实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK11单相异步电机SPWI变频调速或DJK14单相交直交变频原理3DJ21-1单相电阻启动异步电动机4双踪示波器自备5万用表自备三、实验线路及原理单相异步电动机的调速除了其起动需要另加附加绕组及相关电路之外，其变频调速原理与三相异步电动机相同，下面仍然以三相异步

24、电动机的调速原理来说明，由电机学可知,电机的转速表达式为：60fl (1 s) no(1 s)P其中fi为定子供电频率；P为电机的磁极对数；s为转差率，由上式可知改变定子供电频率匚可以改变电机的同步转速，从而实现了在转差率s保持不变情况下的转速调节，为了保持电机的最大转矩不变，希望维持电机气隙磁通恒定，因而要求定子供电电压也随频率作相应调整。即E| 4.44f 3 K 神)f 4.44 31在忽略定子阻抗压降的情况下,0 C,其中cEUf 1i14.44- 3为常数。1为使气隙磁通恒定，在改变定子频率的同时必须同时改变电压U即保证AC220V ; i %相 不 控 談 流2刿G3G4微处理器S

25、PWM一生成电路B1B1HISMUME4 I I I I II-驱动电略单相正弦波脉宽调制逆变电路的输出电压与频率就是根据上述要求而设计的，因此由 该逆变器供电的单相电动机可以实现速度调节的要求，其原理框图如图 7-3所示。单相异步电机采用电阻分相启动式，启动绕组串接PTC保护器，当启动完毕时在离心开关的作用下自动切除启动支路。在微处理器的控制下，禾U用键盘可以改变电路输出的V/f比值，用键控方式改变输出频率以达到调频调速的目的。关于逆变电路的原理请参考相关书籍、其输出电压波形为脉冲宽度按正弦规律变化的 调制波，其中含有基波分量和各种高次谐波，以基波分量为主，谐波分量较小，当基波频率与幅值按某

26、种恒压/频的规律变化时，电机转速随之改变。四、实验内容(l)V/f曲线测定。(2) 观察低频补偿对于提高启动力矩的效果。V/f曲线时，电机启动运转的显示与键盘图7-3 单相正弦波脉宽调制变频调速原理框图五、实验方法 将DJ21-1的主绕组与DJK11主电路输出连接，打开挂件电源开关，设定V/F曲线从第一条开始，打开电机开关，按下启动键。提升转速测量输出基波频率、电压和电机转速，输出频率可由观察参考波UR而得，用示波器测得匕的频率就是输出电压的频率。(2) 改变V/f曲线重复实验步骤1。(3) 观察低频补偿对于提高启动力矩的效果。设定不同的最低输出频率、并测量此时的输出基波电压。六、实验报告 画

27、出交-直-交单相SPW变频器输出V/f的曲线。 记录不同 V/f 曲线下的电压、频率和电机转速的关系七、实验心得实验六三相 SPW 变频调速系统实验、实验目的(1) 掌握SPWM勺调速基原理和实现方法。(2) 掌握马鞍波变频的调速基本原理和实现方法(3) 掌握SVPWI的调速基本原理和实现方法。、实验所需挂件及附件序号编号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK13三相异步电动机变频调速控制3DJ24三相鼠笼式异步电动机4双踪示波器三、实验内容(1) 正弦波脉宽调制(SPWM变频调速实验(2) 马鞍波变频调速实验(3) 空间电压矢量(SVPWM变频调速实验四、

28、实验方法(1) 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SPWI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。(2) 将频率退到零，改变设置到马鞍波PWM方式(用导线短接V、P两端子，S端悬空)，增加频率、降低频率 以及改变转向观测电机的转速变化。(3) 将频率退到零，设置为电压空间矢量控制方式(用导线短接S、V两端子，P端悬空)，再增加频率、降低频率以及改变转向观测电机的转速变化。在低转速的情况下，观察电机的运行状况，与正弦波脉宽调制下的进行比较。五、实验报告观察在不同的模式下电机运行状况，并分析原因。六、实验心得