自动控制技术实训报告.doc

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1、实训一 典型环节及其阶跃响应一、实训目的1.掌握控制模拟实训的基本原理和一般方法。2.掌握控制系统时域性能指标的测量方法。二、实训仪器1.EL-AT-III型自动控制系统实训箱一台2.计算机一台三、实训原理1模拟实训的基本原理：控制系统模拟实训采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运输放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。2时域性能指标的测量方

2、法：超调量%：1) 启动计算机，在桌面双击图标自动控制实训系统运行软件。2) 检查USB线是否连接好，在实训项目下拉框中选中任实训，点击按钮，出现参数设置对话框设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续进行实训。3) 连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。4) 在实训项目的下拉列表中选择实训一典型环节及其阶越响应。5）鼠标单击按钮，弹出实训课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实训参数后鼠标单击确认等待屏幕的显

3、示区显示实训结果。6）用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量：TP与TS利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95稳态值所需的时间值，便可得到TP与TS。四、实训内容构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶越响应：1 比例环节的模拟电路及传递函数如图1-1 图 1-1 图 1-22惯性环节的模拟电路及传递函数如图1-2。3积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。4微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。 图1-3 图1-45比例+微分环节的模拟电路及传递函数如图1-5。6比例+积分环节的模拟电路及传递函数如图1-6。 图1-5 图 1-6五、实训步骤1

4、 启动计算机，在桌面双击图标自动控制实训系统运行软件。2 测试计算机与实训箱的通信是否正常，通信正常继续，如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实训。3 连接被测量典型环节的模拟电路：比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、比例微分环节、比例积分环节。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。4 在实训项目的下拉列表中选择实训一典型环节及其阶跃响应。5 鼠标单击按钮，弹出实训课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实训参数后，鼠标点击确认等待屏幕的显示区显示实训结果。6 观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。

5、7 记录波形及数据记录在表格中。六、实训数据、表格与曲线参数阶跃响应曲线TS(秒)典型环节理论值实测值R1=100KR2=100K/200KC=1ufK=1或2T=0.1s比例环节惯性环节积分环节微分环节比例微分环节比例积分环节实训二 二阶系统阶跃响应一、实训目的1 研究二阶系统的特征参数，阻尼比自然频率n对系统动态性能的影响。定量分析和n与最大超调量MP和调节时间ts之间的关系；2 进一步学习实训系统的使用方法；3 学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。二、实训仪器1. EL-AT-III型自动控制系统实训箱一台2. 计算机一台三、实训原理1 模拟实训的基本原理：控制系统模拟实训采用复合网络

6、法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便得到了系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。2 域性能指标的测量方法：1） 超调量利用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量；2） TP：利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值；3） TS：利用软件的游标测量水平方向上从零到达95稳态值所需的时间值；四、实训内容图 2-1 二阶系统模拟图典型二

7、阶系统的闭环传递函数为其中和n对系统的动态品质有决定的影响。图 2-1 二阶系统结构图式中T=RC，K=R2/R1取R1=200K，R2=100K和200K，可得实训所需得阻尼比；电阻R取100K，电容C分别取1uf和0.1uf，可得两个无阻尼自然频率n。五、实训步骤1 取n10rad/s，即令R=100K，C=1uf；分别取=0、0.25、0.5、1，即取R1=100K，R2分别等于0K、50K、100K、200K。输入阶跃信号，测量不同的时系统的阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量%和调节时间ts的数值和响应动态曲线，并与理论值比较。2 取=0.5，即令R1=R2=100K；n10rad

8、/s，即取R=100K，C=0.1uf。输入阶跃信号，测量系统的阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量%和调节时间ts的数值和响应动态曲线，并与理论值比较。3 取R=100K，改变电路中的电容C=0.1uf，R1=100K，调节电阻R2=50K。输入阶跃信号测量系统阶跃响应，记录响应曲线，记录tp和%的数值。六、实训数据、表格与曲线 实训结果参数p%tp(ms)ts(ms)阶跃响应曲线R=100KC=1ufn=10rad/sR1=100KR2=0K=0R1=100KR2=50K=0.25R1=100KR2=100K=0.5R1=100KR2=200K=1R=100KC1=C2=0.1ufn=1

9、00rad/sR1=100KR2=100K=0.5R1=50KR2=200K=1实训三 控制系统的稳定性分析一、实训目的：1观察系统的不稳定现象。2研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。二、实训仪器:1EL-AT-III型自动控制系统实训箱一台2计算机一台三、实训原理:1稳定性的基本概念:设一个线性定常系统原处于某一平衡状态, 若它瞬间受到某一扰动的作用偏离了原来的平衡状态, 当扰动消失后, 如果系统还能回到原有的平衡状态, 则称该系统是稳定的。 反之, 系统为不稳定的。2线性定常系统稳定性的充分必要条件：单输入、 单输出线性定常系统传递函数的一般形式为 系统的特征方程式为 如果特征方程的

10、所有根都是负实数或实部为负的复数, 则微分方程的解是收敛的; 如果特征方程存在正实数根或正实部的复根, 则微分方程的解中就会出现发散项。 线性定常系统稳定的充分必要条件是, 特征方程式的所有根均为负实根或其实部为负的复根, 即特征方程的根均在复平面的左半平面。由于系统特征方程的根就是系统的极点, 因此也可以说, 线性定常系统稳定的充分必要条件是系统的极点均在复平面的左半部分。 3劳斯稳定判据（1） 劳斯稳定判据给出控制系统稳定的必要条件是: 控制系统特征方程式式的所有系数ai(i=0, 1, 2, , n)均为正值, 且特征方程式不缺项。 （2）劳斯稳定判据给出控制系统稳定的充分条件是: 劳斯

11、表中第一列所有项均为正号。 四、实训内容：模拟电路开环传递函数为：式中令K=10K1，K1=R3/R2，R2=100K，R3=01100K，C=1uf或0.1uf系统模拟电路图如图3-1所示：图3-1 系统模拟电路图五、实训步骤:1、 输入信号u1 ，C=1uf，使R3从0500K方向变化，取R3的值为50K，100K，200K，此时相应的K=5,10,20，观察不同输出波形，找到系统输出产生增幅振荡时相应的R3及K值。2、 电容C由1uf变成0.1uf，观察系统输出波形的变化，重复1步，找到系统输出产生增幅振荡时相应的R3及K值。六、实训数据、曲线及表格:参数C=1uf,R3=50K,K=5

12、系统响应曲线参数C=1uf,R3=100K,K=10系统响应曲线参数C=1uf,R3=200K,临界值K=20系统响应曲线实训四 系统频率特性测量一、 实训目的：1. 加深了解系统及元件频率特性的物理概念；2. 掌握系统及元件频率特性的测量方法；二、 实训仪器：1.EL-AT-III型自动控制系统实训箱一台2.计算机一台三、 实训原理：1. 求闭环系统的频率特性：幅频特性和相频特性；当ui(t)是正弦信号时, 我们已知uo(t)也是同频率的正弦信号，设ui(t)=U sint, 则其拉氏变换为 而模拟电路的传递函数为 则闭环系统的输出为2.测波特图系统的开环频率特性为 则系统的开环对数频率特性

13、为 其中, Li()=20lgAi(), (i=1, 2, , n)。 绘制对数幅频特性的步骤归纳如下: (1) 将开环频率特性分解, 写成典型环节相乘的形式; (2) 求出各典型环节的交接频率, 将其从小到大排列为1, 2, 3, 并标注在轴上; (3) 绘制低频渐近线(1左边的部分), 这是一条斜率为-20 dB/dec的直线, 它或它的延长线应通过(1, 20lgK)点; (4) 随着的增加, 每遇到一个典型环节的交接频率, 就按上述方法改变一次斜率; (5) 必要时可利用渐近线和精确曲线的误差表, 对交接频率附近的曲线进行修正, 以求得更精确的曲线。 对数相频特性可以由各个典型环节的相

14、频特性相加而得, 也可以利用相频特性函数() 直接计算。 3. 测奈氏图奈氏图的一般作图方法归纳如下: (1) 写出A()和()的表达式; (2) 分别求出=0和=+时的G(j); (3) 求奈氏图与实轴的交点, 交点可利用G(j)的虚部ImG(j)=0 的关系式求出, 也可利用G(j) = n180(其中n为整数)求出; (4) 如果有必要, 可求奈氏图与虚轴的交点, 交点可利用G(j)的实部ReG(j)=0的关系式求出, 也可利用G(j) = n90(其中n为正整数)求出; (5) 必要时画出奈氏图中间几点; (6) 勾画出大致曲线。 四、 实训内容：1.系统的模拟电路图及系统结构图如图4

15、-1和4-2所示：图4-1 系统模拟电路图图4-2 系统结构图2取R3=500K，则开环传递函数为：，闭环系统传递函数为：系统的幅频特性和相频特性为：，频率特性理论值的计算，在MATLAB命令行窗口键入如下指令：A=500/sqrt(500-w2)2+(10*w)2) P=-atan(10*w/(500-w2)当n P=-pi-atan(10*w/(500-w2) Du=P*180/pi五、 实训步骤：1测频率特性按下表所列角频率，测量各点频率特性的实测值并计算相应的理论值。（rad/s）理论值实测值A()：弧度()：度2Xm2YmA() ：弧度()：度11020501002Xm：信号源峰谷值

16、之差2Ym：输出信号的峰谷值之差2画波特图用bode函数绘制系统的波特图3用nyquist函数绘制系统的奈氏图实训五 数字PID控制一、实训目的1研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。2研究采样周期T对系统特性的影响。3研究I型系统及系统的稳定误差。二、实训仪器1EL-AT-III型计算机控制系统实训箱一台2PC计算机一台三、实训内容1系统结构图如3-1图。图3-1 系统结构图图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds） Gh（s）=（1e-TS）/s Gp1（s）=5/（0.5s+1）（0.1s+1） Gp2（s）=1/（s（0.1s+1）2开环系统（被控制对象）的模拟电路图

17、如图3-2和图3-3，其中图3-2对应GP1（s）,图3-3对应Gp2（s）。 图3-2 开环系统结构图1 图3-3开环系统结构图23被控对象GP1（s）为“0型”系统，采用PI控制或PID控制，可系统变为“I型”系统，被控对象Gp2（s）为“I型”系统，采用PI控制或PID控制可使系统变成“II型”系统。 4当r（t）=1（t）时（实际是方波），研究其过渡过程。 5PI调节器及PID调节器的增益 Gc（s）=Kp（1+K1/s） =KpK1(（1/k1）s+1) /s =K(Tis+1)/s式中 K=KpKi , Ti=（1/K1）不难看出PI调节器的增益K=KpKi，因此在改变Ki时，同时

18、改变了闭环增益K，如果不想改变K,则应相应改变Kp。采用PID调节器相同。6“II型”系统要注意稳定性。对于Gp2（s）,若采用PI调节器控制，其开环传递函数为 G（s）=Gc（s）Gp2（s） =K（Tis+1）/s1/s（0.1s+1）为使用环系统稳定，应满足Ti0.1，即K1107PID递推算法 如果PID调节器输入信号为e（t），其输送信号为u（t）,则离散的递推算法如下： u（k）=u（k-1）+q0e（k）+q1e（k-1）+q2e（k-2）其中 q0=Kp（1+KiT+（Kd/T） q1=Kp（1+（2Kd/T） q2=Kp（Kd/T）T-采样周期四、实训步骤 1.连接被测量典型

19、环节的模拟电路(图3-2)。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。2.启动计算机，双击桌面“计算机控制实训”快捷方式，运行软件。3.测试计算机与实训箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实训。4. 在实训项目的下拉列表中选择实训三数字PID控制, 鼠标单击鼠标单击按钮，弹出实训课题参数设置窗口。5.输入参数Kp, Ki, Kd（参考值Kp=1, Ki=0.02, kd=1）。6.参数设置完成点击确认后观察响应曲线。若不满意，改变Kp, Ki, Kd的数值和与其相对应的性能指标sp、

20、ts的数值。7.取满意的Kp,Ki,Kd值，观查有无稳态误差。8.断开电源，连接被测量典型环节的模拟电路(图3-3)。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将纯积分电容的两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。 9.重复4-7步骤。10.计算Kp，Ki，Kd取不同的数值时对应的sp、ts的数值，测量系统的阶跃响应曲线及时域性能指标，记入表中：实训结果参数%Ts阶跃响应曲线KpKiKd10.02143.8%1.29910.01125.9%1.11210.01231.2%1.16810.02240.3%1.95420.02 436.7%0.91

21、4五、实训报告1画出所做实训的模拟电路图。2 当被控对象为Gp1（s时）取过渡过程为最满意时的Kp, Ki, Kd,画出校正后的Bode图，查出相稳定裕量g和穿越频率wc。 3总结一种有效的选择Kp, Ki, Kd方法，以最快的速度获得满意的参数。先通过改变Kp的值，使Kp满足要求，再改变Ki，最后是Kd，通过这样一次改变参数的方法可以很快的达到满意的效果。参数整定（试凑法）增大比例系数Kp，一般加快系统响应，在有静差的情况下有利于减小静差，但过大的比例系数会使系统有较大超调，并产生震荡，使稳定性变坏；增大积分时间Ti，有利于减小超调，减小震荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢；增大

22、微分时间Td，亦有利于加快系统响应，使超调亮减小，稳定性增加，但对系统的扰动抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应；另外，过大的微分系数也将使得系统的稳定性变坏。实训六 转速单闭环不可逆直流调速系统实训组成及开环特性的测定和静态特性的测定一、实训目的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。、实训所需挂件及附件DJKOI电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。DJK02晶闸管主电路DJK02-1三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”，“正桥功放”等几个模块。DJK04电机调速控制实训I该挂

23、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。DJK08可调电阻、电容箱DD03一2电机导轨、测速发电机及转速表DJ13一1直流发电机DJ15直流并励电动机D42三相可调电阻慢扫描示波器自备万用表自备、实训线路及原理为了提咼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。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。在本装置中，转速单闭环实训是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度变换”后接到“速度

24、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IJct,用作控制整流桥的“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。电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI（比例积分）调节。这时当“给定” 恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到 “电流调节器”的输

25、入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压Uct,控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。同样，电流调节器若采用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，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。图3一1转速单闭环系统原理图图3一2电流闭环系统原理图四、实训内容（1）DJK04上的基本单元的调试。（2）U。t不变时直流电动机开环特性的测定。（3）Ud不变时直流电动机

26、开环特性的测定。（4）转速单闭环直流调速系统。（5）电流单闭环直流调速系统。五、实训方法(1) DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试 打开DJKOI总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示” 开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。 将DJKOI “电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。 0用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1 “ 同步信号输入”端相连，打开DJK02-l电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。观察A、B、c三相的锯齿波，并调节A、B、c三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），使三相

27、锯齿波斜率尽可能一致。 将DJK04上的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压Jct相接，将给定开关S2拨到接地位置（即Uct=0)，调节DJK02-1上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔” VTI的输出波形，使 a = 120。（2）U。！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DJKOI “电源控制屏”启动按钮，使主电路输出一相交流电源

28、，然后从零开始逐渐增加“给定”电压Ug,使电动机曼曼启动并使转速n达到1200rpm。 改变负载电阻R的阻值，使电机的电枢电流从led直至空载。即可测出在U。不变时的直流电动机开环外特性n：f ()D，测量并记录数据于下表：n (rpm)12001063983845755655505Id (A)o14o30o43o60o72o871. 1 1Ud不变时直流电机开环外特性的测定 控制电压I-Jct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DJKOI “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

29、到1200rpm 改变负载电阻R，使电动机的电枢电流从空载直至| ed。用电压表监视三相全控整流输出的直流电压Ud，在实验中始终保持Ud不变（通过不断的调节DJI04上“给定电压Ug来实现），测出在Ud不变时直流电动机的开环外特性n =f(ld),并记录于下表中：n (rpm)130312821260123712231206Id (A)0 450 60o75o901. 051. 18（4）基本单元部件调试 移相控制电压U。t调节范围的确定直接将DJK04 “给定”电压Ug接入DJK02-1移相控制电压的输入端，“三相全控整流”输出接电阻负载R，用示波器观察Ud的波形。当给定电压Ug由零调大时，

30、Ud将随给定电压的增大而增大，当Ug超过某一数值Ug时，Ud的波形会出现缺相现象，这时Ud反而随Ug的增大而减少。一般可确定移相控制电压的最大允许值为UctG0. 9U了，即的允许调节范围为0、U 0 如果我们把输出限幅定为U。一的话，则“三相全控整流”输出范围就被限定，不会工作到极限值状态，保证六个晶闸管可靠工作。记录Ug于下表中：288VU dlIISX=091Jd2592VU790V将给定退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。 调节器的调整A、 调节器的调零将DJK04中“速度调节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻40K 接到“速度调节器”的“ 4 ” “ 5 ”两端，用导线将

31、“ 5 ” 6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“ 7 ”端的输出，使调节器的输出电压尽可能接近于零。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 接到“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“ 1 1 ”端，使调节器的输出电压尽可能接近于零。B、 正负限幅值的调整把“速度调节器”的“ 5 ”“ 6 ”短接线去掉，将DJK08中的可调电容 47uF接入“

32、 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，使之输出电压为最小值即可，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RPI，使速度调节器的输出正限幅为UCtmax 0把“电流调节器”的“ 8 ”“ 9 ”短接线去掉，将DJK08中的可调电容 47uF接入“ 8 ” “ 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，使之输出电压为最小值即可，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位

33、器RPI，使电流调节器的输出正限幅为UCtmax 0 c、电流反馈系数的整定直接将“给定”电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端，整流桥输出接电阻负载R，负载电阻放在最大值，输出给定调到零。按下启动按钮，从零增加给定，使输出电压升高，当UF220V时，减小负载的阻值，调节“电流反馈与过流保护”上的电流反馈电位器RPI，使得负载电流 IFI. 3A时，“ 2 端If的的电流反馈电压Uf！：6V，这时的电流反馈系数阝=Ufl/ld= 4615V/A。D、转速反馈系数的整定直接将“给定”电压Ug接DJK02-1上的移相控制电压U。t的输入端，“三相全控整流”电路接直流电动机负载，Ld用

34、DJK02上的200mH，输出给定调到零。按下启动按钮，接通励磁电源，从零逐渐增加给定，使电机提速到n：1500rpm时，调节“速度变换”上转速反馈电位器RPI,使得该转速时反馈电压 Ufn=-6V,这时的转速反馈系数a =U n/n：0 004V/ (rpm)。（5） 转速单闭环直流调速系统 按图3一1接线，在本实验中，DJK04的“给定”电压Ug为负给定，转速反馈为正电压，将“速度调节器”接成P（比例）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DJK02上200mH，给定输出调到零。 直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压Ug,使电动机的转速接近n=1200r

35、pmo 由小到大调节直流发电机负载R，测出电动机的电枢电流L,和电机的转速n,直至IFled,即可测出系统静态特性曲线n =f(ld)。n (rpm)1200H99H98120012021200H99Id (A)（6） 电流单闭环直流调速系统 按图5一8接线，在本实验中，给定Ug为负给定，电流反馈为正电压，将 “电流调节器”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DJK02上200mH，将给定输出调到零。直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定电压IJg,使电动机转速接近n=1200rpmo 由小到大调节直流发电机负载R,测定相应的Id和n,直至最大允许电

36、流（该电流值由给定电压决定），即可测出系统静态特性曲线n =f(ld)on (rpm)1200H001000900800500300Id (A)o33o33o33o33o330 33o33六、实验结果( 1)由实验数据，可画出Uc不变时直流电动机开环机械特性：Uct不变时，直流电机开环外特性电枢电/140012001000 wd/u 8006004002000（2）由实验数据，可画出转速单闭环直流调速系统的机械特性：n= 1200日时， 系统静态特性1203枢电流/（3）由实验数据，可画出电流单闭环直流调速系统的机械特性： d：033A时，系统静态特性120112001199 E 119811

37、9711961195001020彐035电枢电流d/（4）比较以上各种机械特性，并做出解释。答：在开环系统中，当负载电流增大时，电枢压降也增大，故转速也降下来；闭环系统装有反馈装置，转速稍有降落，反馈电压就会降低，通过比较和放大，提高电力电子装置的输出电压Ud，转速有所回升。当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。可见，闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性。实训七 双闭环不可逆直流调速系统组成及其静态特性测定一、实验目的(1)了解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)掌握双闭环

38、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 I该挂件包含“给定”、“调节器I”、“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

39、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（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：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，

40、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 =Ufn)，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Ug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max的目的。在本实验中DJK04上的“调节器I”作为“速度调节器”使用，“调节器II”作为“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(1)各控制单元调试。(2)测定电流反馈系数、转速反馈系数。 (3)测定开环机械特性及高、低转速时系统闭环静态特性n=f(Id)。 (4)闭环控制特性n=f(Ug)的测定。(5)观察、记录系统动态波形。图5-10 双闭环直流调速系统原理框图五、实验方法(1)双闭环调速系统调试原则先单元、后系统，即先将单元的参数调好，然后才能组成系统。先开环、后闭环，即先使系统运行在开环状态，然后在确定电流和转速均为负反馈后，才可组成闭环系统。