電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)電氣20132

吉林化工學(xué)院實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材

《電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)》

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

李艷

自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

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2

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I

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目錄

實(shí)驗(yàn)一Matlab仿真認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)

2

實(shí)驗(yàn)二單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)MATLAB仿真

4

實(shí)驗(yàn)三雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)MATLAB仿真

6

實(shí)驗(yàn)四PWM調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB仿真

9

實(shí)驗(yàn)五雙閉環(huán)控制的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)（H橋）

11

實(shí)驗(yàn)六三相正弦波脈寬度調(diào)制（SPWM）變頻原理實(shí)驗(yàn)

16

實(shí)驗(yàn)七三相空間電壓矢量變頻原理實(shí)驗(yàn)

17

實(shí)驗(yàn)八位置隨動(dòng)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)

18

附注

21

1數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)程序說(shuō)明

21

2數(shù)字隨動(dòng)調(diào)試報(bào)告

22

實(shí)驗(yàn)一Matlab仿真認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.熟悉MATLAB中的sinulink仿真的Powersystem庫(kù)的元器件；

2.掌握直流電動(dòng)機(jī)的模型；

3.掌握開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理及仿真。

4.掌握基本電力電子器件的應(yīng)用

二、實(shí)驗(yàn)原理

1.直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)字模型及模塊

SimPowersystem/machine/DCmachine

2.開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

基本數(shù)據(jù)如下：

電動(dòng)機(jī)：150kW,1000r/min,700A,0.05Ω；Ld=2mH,Rd=0.08;Ce=0.185,Cm=0.18;Tm=0.8s;Tl=0.025s

三相全控橋整流：Ks=23；Ts=0.0017；

Ce=0.185,Cm=0.18;Tm=0.8s;Tl=0.025s

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1．根據(jù)原理和內(nèi)容搭建電路模型；

2．設(shè)置各元器件的參數(shù)；

3．設(shè)置仿真參數(shù)：仿真時(shí)間設(shè)為0——1s；計(jì)算方法為ode15或ode23tb。

4．仿真實(shí)現(xiàn)。

元器件清單：

元器件名稱(chēng)

提取元器件路徑

同步6脈沖發(fā)生器（Synchronized6-PulseGenerator）

SimPowerSystems/ExtraLibrary/ControlBlock/Synchronized6-PulseGenerato

多功能橋式電路模型（UniversalBridge）

SimPowerSystems/PowerElectronics/UniversalBridge

直流電機(jī)(DCMachine)

SimPowerSystems/ExtraLibrary/AdditionalMachines/DCMachine

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1.繪制仿真電路圖及輸出波形圖(波形要求的白底)；

2.分析開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特性，負(fù)載變化時(shí)速度如何變化；

實(shí)驗(yàn)二單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)MATLAB仿真

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.掌握單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理及組成；

2.掌握單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真。

實(shí)驗(yàn)原理

α

PI

1/Ce

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

基本數(shù)據(jù)如下：

直流電動(dòng)機(jī)：220V，55A，1000r/min.Ce=0.192Vmin/r.允許過(guò)載倍數(shù)為1.5；

晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=44；Ts=0.00167s；

電樞回路總電阻：；

時(shí)間常數(shù)：；

轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：；

給定電壓為10V

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1．根據(jù)原理和內(nèi)容搭建電路模型；

2．設(shè)置各元器件的參數(shù)；

Step:steptime=’0’finalvalve=’10’

Intergrator的限幅值為正負(fù)10

Kpi=0.25,1/τ=3;Kpi=0.56,1/τ=11.43;Kpi=0.8,1/τ=15;

3．設(shè)置仿真參數(shù)：仿真時(shí)間設(shè)為0.06s；計(jì)算方法為ode15或ode23。

4．仿真實(shí)現(xiàn)。

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1.繪制負(fù)載電流為零時(shí)電流及轉(zhuǎn)速輸出波形；

2.繪制負(fù)載電流為額定電流時(shí)電流及轉(zhuǎn)速輸出波形；

3.并討論P(yáng)及PI調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響。

step

Simulink/sources

‘0’‘0’‘10’‘0’

Integrator

Simulink/continuous/

‘0’‘10’‘-10’

TransferFcn

Simulink/continuous/

gain

Simulink/mathoperations

sum

Simulink/mathoperations

+-

實(shí)驗(yàn)三雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)MATLAB仿真

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.掌握雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理及組成；

2.掌握雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真。

二、實(shí)驗(yàn)原理WASR

WACR

β

α

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

基本數(shù)據(jù)如下：

直流電動(dòng)機(jī)：220V，136A，1460r/min.Ce=0.132Vmin/r.允許過(guò)載倍數(shù)為1.5；

晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=40；Ts=0.0017s；

電樞回路總電阻：；

時(shí)間常數(shù)：；

電流反饋系數(shù)：；

電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)：；

電流反饋系數(shù)：；

轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α=0.007vmin/r

轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)：

設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，要求電流無(wú)靜差，電流超調(diào)量。轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，空載起動(dòng)到額定負(fù)載轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量。并繪制雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1．根據(jù)原理和內(nèi)容搭建電路模型；

2．設(shè)置各元器件的參數(shù)；

3．設(shè)置仿真參數(shù)：仿真時(shí)間設(shè)為0.06s；計(jì)算方法為ode15或ode23。

4．仿真實(shí)現(xiàn)。

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1.Idl=0和Idl=136A時(shí)電流和轉(zhuǎn)速的輸出波形

2.討論P(yáng)I調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響.

名稱(chēng)

路徑

參數(shù)設(shè)置

ACVoltageSource

Simpowersystem/electrical/

Ground(output)

Simpowersystem/connectors

Thyristor

Simpowersystem/Powerelectronics

SeriesRLCbranch

Simpowersystem/Elenemts

C=infL=0純電阻

VlotageMeasurement

Simpowersystem/Measurements

CurrentMeasurement

Simpowersystem/Measurements

Multimeter

Simpowersystem/Measurements

TConnector

Simpowersystem/connectors

Scope

Simulink/sinks

Mux

Simulink/SignalRouting

Demux

Simulink/SignalRouting

PulseGenerator

Simulink/Sources

step

Simulink/sources

‘0’‘0’‘10’‘0’

Integrator

Simulink/continuous/

‘0’‘10’‘-10’

TransferFcn

Simulink/continuous/

gain

Simulink/mathoperations

sum

Simulink/mathoperations

+-

討論：計(jì)算電流環(huán)設(shè)計(jì)成典型一型系統(tǒng)選用PI調(diào)節(jié)器

KT

Kp

τi

ki=Kp/τi

0.25

0.5067

0.03

16.89

0.5

1.013

0.03

34.77

1

2.027

0.03

67.567

τi=TL,…………取KT=0.5

轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)成典型二型系統(tǒng)

h=5,TKn=

取11.7，11.7/0.087

實(shí)驗(yàn)四PWM調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB仿真

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.掌握PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的原理及組成；

2.掌握PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真。

二、實(shí)驗(yàn)原理

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1．根據(jù)原理和內(nèi)容搭建電路模型；

2．設(shè)置各元器件的參數(shù)；

3．設(shè)置仿真參數(shù)：仿真時(shí)間設(shè)為0.06s；計(jì)算方法為ode15或ode23。

4．仿真實(shí)現(xiàn)。

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

輸出波形并討論P(yáng)WM調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響

名稱(chēng)

路徑

參數(shù)設(shè)置

ACVoltageSource

Simpowersystem/electrical/

Ground(output)

Simpowersystem/connectors

Thyristor

Simpowersystem/Powerelectronics

SeriesRLCbranch

Simpowersystem/Elenemts

C=infL=0純電阻

VlotageMeasurement

Simpowersystem/Measurements

CurrentMeasurement

Simpowersystem/Measurements

Multimeter

Simpowersystem/Measurements

TConnector

Simpowersystem/connectors

Scope

Simulink/sinks

Mux

Simulink/SignalRouting

Demux

Simulink/SignalRouting

PulseGenerator

Simulink/Sources

實(shí)驗(yàn)五雙閉環(huán)控制的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)（H橋）

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)了解PWM全橋直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理。

(2)分析電流環(huán)與速度環(huán)在直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用。

二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件

序號(hào)

編號(hào)

備注

DJK01電源控制屏

該掛件包含“三相電源輸出”，“勵(lì)磁電源”等幾個(gè)模塊。

DJK08可調(diào)電阻、電容箱

DJK09單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載

DJK17雙閉環(huán)H橋DC/DC變換直流調(diào)速系統(tǒng)

DD03-2電機(jī)導(dǎo)軌﹑測(cè)速發(fā)電機(jī)及轉(zhuǎn)速表

或DD03-2電機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤(pán)測(cè)速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表

DJ13-1直流發(fā)電機(jī)

DJ15直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)

D42三相可調(diào)電阻

慢掃描示波器

自備

萬(wàn)用表

自備

三、實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路及原理

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主電路采用受限單極性PWM控制方式，其中主電路由四個(gè)IGBT管構(gòu)成H橋，通過(guò)控制IGBT的柵極電壓，用以控制IGBT管的通斷。受限單極性的控制方式是這樣進(jìn)行控制的：在圖5-12中，電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，在VT1的柵極施加脈沖，VT4的柵極施加高電平，VT2VT3的柵極為低電平；反轉(zhuǎn)時(shí)，VT2柵極施加脈沖，VT3的柵極施加高電平，VT1VT4的柵極為低電平。四個(gè)快恢復(fù)二極管VD1~VD4用于續(xù)流。

電流調(diào)節(jié)器的電流反饋量是由主回路中的電流傳感器取得的。速度反饋量取自轉(zhuǎn)速表輸出的電壓值。

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可設(shè)定不同的給定量、速度反饋量及電流反饋量，以完成開(kāi)環(huán)、速度單閉環(huán)、電流單閉環(huán)及雙閉環(huán)的調(diào)速實(shí)驗(yàn)。

由于給定量Ug恒為正，因此速度反饋量必須為負(fù)值，在需用到速度閉環(huán)時(shí)必須檢測(cè)測(cè)速發(fā)電機(jī)提供的輸出電壓的極性，在做雙閉環(huán)實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須將正端連接到面板T2端，負(fù)值端連接到面板的T1端，面板上的轉(zhuǎn)向選擇開(kāi)關(guān)改變，速度信號(hào)與T1、T2端的連線(xiàn)也相應(yīng)改變。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理框圖如圖5-12所示：

圖5-12雙閉環(huán)H橋DC/DC變換直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(1)控制單元調(diào)試

(2)觀測(cè)并記錄在電機(jī)正、反轉(zhuǎn)時(shí)，H橋四個(gè)橋臂開(kāi)關(guān)器件的控制邏輯。

(3)觀測(cè)并記錄電樞回路電流Id隨給定電壓Ug、負(fù)載電阻Rg改變的波形。

(4)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)機(jī)械特性n=f（Id）的測(cè)定。

(5)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制特性n=f（Ug）的測(cè)定。

(6)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性觀察

(7)系統(tǒng)靜態(tài)特性觀察

五、預(yù)習(xí)題

(1)在驅(qū)動(dòng)脈沖形成過(guò)程中，為什么要加邏輯延時(shí)（死區(qū)），延時(shí)過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響那些指標(biāo)？

(2)H橋變換器的受限單極式工作模式與單極性以及雙極式工作模式相比有哪些特點(diǎn)？

(3)加大轉(zhuǎn)速反饋深度會(huì)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)哪些指標(biāo)產(chǎn)生影響？

(4)了解電流環(huán)、速度環(huán)的作用

(5)熟悉雙閉環(huán)調(diào)速的特點(diǎn)

六、思考題

為什么要調(diào)節(jié)偏移電壓，如果不調(diào)節(jié)或者調(diào)節(jié)的不好對(duì)閉環(huán)調(diào)速有什么影響

七、實(shí)驗(yàn)方法

(1)系統(tǒng)單元調(diào)試

①偏移電壓調(diào)節(jié)：把系統(tǒng)接至開(kāi)環(huán)，給定為0，調(diào)節(jié)面板上的調(diào)節(jié)偏移電壓的電位器，使電機(jī)處于剛好不轉(zhuǎn)的狀態(tài)。

②電流調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)：在電流調(diào)節(jié)器的4、6之間接50KΩ電阻，把調(diào)節(jié)器的1、2、3接地，用萬(wàn)用表測(cè)量電流調(diào)節(jié)器的輸出7（Uct）和地之間的電壓，調(diào)節(jié)電位器RP3，使輸出盡可能接近0V。

③電流調(diào)節(jié)器正負(fù)限幅值的整定：在電流調(diào)節(jié)器的4和5之間接50KΩ電阻，5和6之間接1UF的電容，輸入端2（Ui*）加一負(fù)的給定，用萬(wàn)用表測(cè)量電流調(diào)節(jié)器的輸出7和地之間電壓，調(diào)節(jié)正的限幅值電位器RP1，使輸出為4V左右，加一正給定，調(diào)節(jié)負(fù)限幅電位器RP2，使輸出為-4V。

④速度調(diào)節(jié)器負(fù)限幅值的整定同電流調(diào)節(jié)器相同。

⑤電流反饋輸出的整定：一般電機(jī)限流在額定電流的1.2倍，本實(shí)驗(yàn)所使用電機(jī)應(yīng)調(diào)節(jié)限流值為1.2A左右。把給定直接接至PWM發(fā)生器2（Un*/Uct）（即開(kāi)環(huán)實(shí)驗(yàn)），改變負(fù)載，使電機(jī)的電樞電流達(dá)到1.2A，調(diào)節(jié)電流反饋輸出電位器RP1使電壓值等于速度調(diào)節(jié)器的限幅值即可，本實(shí)驗(yàn)設(shè)定電流在1.2A的時(shí)候反饋值為4V。

⑥速度反饋輸出的整定：把給定直接接至PWM發(fā)生器，調(diào)節(jié)給定，使轉(zhuǎn)速為1400r/min，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電位器RP1使輸出3（Un）為4V。

(2)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試原則

①先單元、后系統(tǒng)，即先將單元的參數(shù)調(diào)好，然后才能組成系統(tǒng)。

②先開(kāi)環(huán)、后閉環(huán)，即先使系統(tǒng)運(yùn)行在開(kāi)環(huán)狀態(tài)，然后再確定電流和轉(zhuǎn)速均為負(fù)反饋后才可組成閉環(huán)系統(tǒng)。

③先單環(huán)、后雙環(huán)，即先使系統(tǒng)在電流單閉環(huán)和轉(zhuǎn)速單閉環(huán)下穩(wěn)定運(yùn)行，然后再做電流速度雙閉環(huán)。

(3)系統(tǒng)調(diào)試

①開(kāi)環(huán)系統(tǒng)測(cè)定：

把給定接至面板上的Un*/Uct，把220V直流電源和直流電機(jī)接入主電路，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻R，負(fù)載電阻放在最大值，給定調(diào)至零。

接好線(xiàn)后，先打開(kāi)控制電源的開(kāi)關(guān)，接通電機(jī)勵(lì)磁電源，然后接通220V直流電源。逐漸增大給定電壓Un*，使電機(jī)啟動(dòng)升速，使轉(zhuǎn)速達(dá)到1200rpm。

逐漸減小負(fù)載電阻R的阻值（即增大負(fù)載），使電動(dòng)機(jī)的電樞電流達(dá)到額定電流1A，可測(cè)出該系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)特性n=f（Id），記錄與下表中：

n(rpm)

Id(A)

把負(fù)載減小至最小，給定減小至零，切斷直流電，斷開(kāi)勵(lì)磁，關(guān)斷電源，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

②電流速度雙閉環(huán)系統(tǒng)測(cè)定：

根據(jù)圖5-12接線(xiàn)，可組成電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)。

給定電壓為正電壓，轉(zhuǎn)速反饋電壓為負(fù)電壓，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載R，負(fù)載電阻調(diào)至最大值，給定調(diào)節(jié)至零。將速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器都接成PI調(diào)節(jié)器，接入系統(tǒng)，形成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。（速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的電阻值可調(diào)為50KΩ，電容值可調(diào)節(jié)為1uf）。

接好線(xiàn)后，先打開(kāi)控制電源的開(kāi)關(guān)，接通電機(jī)勵(lì)磁電源，然后接通220V直流電源。逐漸增大給定電壓Un*，使電機(jī)啟動(dòng)升速，使轉(zhuǎn)速達(dá)到1200rpm。

③機(jī)械特性n=f（Id）測(cè)定：

A、先把負(fù)載電阻調(diào)至最大，從零開(kāi)始增大給定電壓，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到n=1200rpm，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻逐漸減小至零（增大負(fù)載）。測(cè)出n，Id值，記錄于下表：

n(rpm)

Id(A)

B、降低Ug，測(cè)試n=800rpm的n，Id值，記錄于下表：

n(rpm)

Id(A)

④系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性觀察：

用慢掃描示波器或數(shù)字示波器觀察動(dòng)態(tài)波形。在不同的系統(tǒng)參數(shù)下（速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的PI值），記錄下列動(dòng)態(tài)波形：

突加給定，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電樞電流Id（電流反饋調(diào)節(jié)器的2端）波形和轉(zhuǎn)速n（轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)器的3端）波形。

突加負(fù)載（20%Ied=>100%Ied）時(shí)電機(jī)電樞電流波形和轉(zhuǎn)速波形。

突降負(fù)載（100%Ied=>20%Ied）時(shí)電機(jī)電樞電流波形和轉(zhuǎn)速波形。

八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

(1)按照實(shí)驗(yàn)方法記錄的波形描述導(dǎo)通臂與關(guān)斷臂切斷狀態(tài)時(shí)的控制邏輯原則。

(2)畫(huà)出上述實(shí)驗(yàn)中記錄的各工作特性曲線(xiàn)n=f（zd），并比較它們的靜差率。

(3)畫(huà)出閉環(huán)控制特性曲線(xiàn)n=f（Ug）。

九、注意事項(xiàng)

(1)為保證系統(tǒng)在負(fù)反饋狀態(tài)下運(yùn)行，測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓極性與控制系統(tǒng)的連接必須正確。

(2)在測(cè)量電樞電流時(shí)，應(yīng)將轉(zhuǎn)速開(kāi)關(guān)撥到“正向”，以保證示波器“地”為低電位。

(3)在Ug下調(diào)，使電機(jī)減速時(shí)，應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)。

實(shí)驗(yàn)六三相正弦波脈寬度調(diào)制（SPWM）變頻原理實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)掌握SPWM的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。

(2)熟悉與SPWM控制有關(guān)的信號(hào)波形。

二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件

序號(hào)

型號(hào)

備注

1

DJK01電源控制屏

該控制屏包含“三相電源輸出”，“勵(lì)磁電源”等幾個(gè)模塊。

2

DJK13三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制

PLC控制的COM口為示波器的接地點(diǎn)

3

雙蹤示波器

三、實(shí)驗(yàn)方法

(1)接通掛件電源，關(guān)閉電機(jī)開(kāi)關(guān)，調(diào)制方式設(shè)定在SPWM方式下（將控制部分S、V、P的三個(gè)端子都懸空），然后開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)。

(2)點(diǎn)動(dòng)“增速”按鍵，將頻率設(shè)定在0.5Hz，在SPWM部分觀測(cè)三相正弦波信號(hào)（在測(cè)試點(diǎn)“2、3、4”），觀測(cè)三角載波信號(hào)（在測(cè)試點(diǎn)“5”），三相SPWM調(diào)制信號(hào)（在測(cè)試點(diǎn)“6、7、8”）；再點(diǎn)動(dòng)“轉(zhuǎn)向”按鍵，改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，觀測(cè)上述各信號(hào)的相位關(guān)系變化。

(3)逐步升高頻率，直至到達(dá)50Hz處，重復(fù)以上的步驟。

(4)將頻率設(shè)置為0.5HZ～60HZ的范圍內(nèi)改變，在測(cè)試點(diǎn)“2、3、4”中觀測(cè)正弦波信號(hào)的頻率和幅值的關(guān)系。

四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

畫(huà)出與SPWM調(diào)制有關(guān)信號(hào)波形，說(shuō)明SPWM的基本原理。

分析在0.5HZ～50Hz范圍內(nèi)正弦波信號(hào)的幅值與頻率的關(guān)系。

分析在50HZ～60Hz范圍內(nèi)正弦波信號(hào)的幅值與頻率的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)七三相空間電壓矢量變頻原理實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)，掌握空間電壓矢量控制方式的原理及其實(shí)現(xiàn)方法。

(2)熟悉與空間電壓矢量控制方式有關(guān)的信號(hào)波形。

二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件

序號(hào)

型號(hào)

備注

1

DJK01電源控制屏

該控制屏包含“三相電源輸出”，“勵(lì)磁電源”等幾個(gè)模塊。

2

DJK13三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制

3

雙蹤示波器

三、實(shí)驗(yàn)方法

(1)接通掛件電源，關(guān)閉電機(jī)開(kāi)關(guān)，并將調(diào)制方式設(shè)定在空間電壓矢量方式下（將控制部分S、V兩端用導(dǎo)線(xiàn)短接，P端懸空），然后打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)。

(2)點(diǎn)動(dòng)“增速”按鍵，將頻率設(shè)定在0.5Hz，用示波器觀測(cè)SVPWM部分的三相矢量信號(hào)（在測(cè)試點(diǎn)“10、11、12”），三角載波信號(hào)（在測(cè)試點(diǎn)“14”），PWM信號(hào)（在測(cè)試點(diǎn)“13”），三相SVPWM調(diào)制信號(hào)（在測(cè)試點(diǎn)“15、16、17”）；再點(diǎn)動(dòng)“轉(zhuǎn)向”按鍵，改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再觀測(cè)上述各信號(hào)的相位關(guān)系的變化。

(3)逐步升高頻率，直至50Hz處，重復(fù)以上的步驟。

(4)將頻率設(shè)置為0.5Hz～60Hz的范圍內(nèi)改變，在測(cè)試點(diǎn)“13”中觀測(cè)占空比與頻率的關(guān)系（在V/F函數(shù)不變的情況下）。

四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

(1)簡(jiǎn)述空間電壓矢量控制變頻調(diào)速的原理。

(2)畫(huà)出在試驗(yàn)中觀測(cè)到的所有波形。

(3)簡(jiǎn)述注入“零矢量”的作用。

實(shí)驗(yàn)八位置隨動(dòng)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

熟悉數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)的基本單元，計(jì)算機(jī)及接口電路（含A/D、D/A電路）；ASR和ACR；PWM功率放大器；光電編碼器及并行輸入接口電路等

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

計(jì)算機(jī)及相應(yīng)接口卡、SKJ數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)機(jī)一臺(tái)、萬(wàn)用表一塊、示波器一臺(tái)、外圍機(jī)組。

實(shí)驗(yàn)原理

1.系統(tǒng)組成及工作原理

數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)主要由三部分組成：直流電動(dòng)機(jī)；微型計(jì)算機(jī)及輸入輸出接口電路；外部設(shè)備。

PC

測(cè)速電機(jī)

光電碼盤(pán)

減速器

直流電機(jī)

功率放大器

電流調(diào)節(jié)器

α

β

γ

速度調(diào)節(jié)器

工作原理：計(jì)算機(jī)從內(nèi)存專(zhuān)用單元取出數(shù)字量給定，與數(shù)字反饋量相減，得到誤差量，根據(jù)誤差量，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)某種控制規(guī)律（P或PD算法等），得到數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸出量。該輸出量經(jīng)過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，得到相應(yīng)的模擬量（電壓）Un*,Un*即作為雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)ASR、ACR以及PWM功率放大器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)減速箱帶動(dòng)光電編碼器和刻度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)逐漸向控制目標(biāo)接近，當(dāng)刻度盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，到達(dá)數(shù)字量反饋信號(hào)與數(shù)字量給定信號(hào)一致的位置時(shí)，誤差量為零，輸出Un*也等于零，電機(jī)停止，完成位置追蹤過(guò)程。

2.PID控制

PID的方程為

式中Kp為比例增益，Td為微分時(shí)間常數(shù)。微分作用具有預(yù)測(cè)特性。但放大了噪聲信號(hào)。

+

Kp(1+Tds+1/Tis)

圖3.4

比例和微分作用同上,積分控制作用具有三個(gè)特征：

（1）偏差為正與為負(fù)時(shí)，控制作用的變化方向是不同的。

（2）在一定界限內(nèi)，控制作用的變化量與偏差對(duì)時(shí)間的積分值成正比，積分（I）作用的命名由此而來(lái)。也可以說(shuō)，控制作用的變化速度與偏差成正比。

（3）控制作用的變化是有限的。在控制作用達(dá)到上下限后，即使偏差進(jìn)一步加大，控制作用也不再變化。

積分環(huán)節(jié)的作用是把偏差的積累作為輸出。在控制過(guò)程中，只要有偏差存在，積分環(huán)節(jié)的輸出將會(huì)不斷，直到偏差為零，輸出才能維持在某一常量，使系統(tǒng)在給定值不變的情況下趨于穩(wěn)態(tài)，因此，即使不加控制量，也能消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差。

積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)作用雖然會(huì)消除靜態(tài)誤差，但也會(huì)降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)的超調(diào)量。積分常數(shù)越大，積分的積累作用越弱。增大積分常數(shù)會(huì)減慢靜態(tài)誤差的消除過(guò)程，但可以減少超調(diào)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

據(jù)系統(tǒng)原理圖進(jìn)行接線(xiàn)并調(diào)制；

面板給定電壓值確定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；

通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入信號(hào)進(jìn)行信號(hào)追蹤；

通過(guò)SKJ-KPB程序選擇不同的Kp和Td參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，

階躍目標(biāo)方式、方波目標(biāo)方式、三角波目標(biāo)方式。

通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入給定電壓值確定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；

PID調(diào)節(jié)追蹤波形。

五、實(shí)驗(yàn)步驟

1.接線(xiàn)方式：X2接X(jué)3，X5接X(jué)6，X8接X(jué)9，X10接X(jué)11，X12接X(jué)13，X16接X(jué)17接直流電機(jī)。利用RP1電壓調(diào)速信號(hào)發(fā)生器來(lái)輸出一組-5V~+5V的電壓，將開(kāi)關(guān)S打到ON位置，用萬(wàn)用表測(cè)量插口X2的變化，調(diào)節(jié)RP1可以改變直流輸出電壓的極性，電壓為正時(shí)，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，電壓越大，轉(zhuǎn)速越快，電壓小，轉(zhuǎn)速慢。電壓為負(fù)時(shí)，電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。觀察電機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析調(diào)速控制原理。

2.測(cè)量速度反饋電壓XJ5極性，XJ5點(diǎn)的電壓與X3極性相反。如果極性一致，則應(yīng)將電機(jī)接線(xiàn)端X18、X19極性對(duì)調(diào)（如果測(cè)量不出XJ5的極性或者電機(jī)振動(dòng)，可以調(diào)節(jié)RP4）。

3.電流反饋電壓XJ4與X9電壓極性相反，速度反饋電壓的極性正確時(shí)電流反饋電壓也是正確的。（XJ4為一個(gè)方向反饋電壓，測(cè)量時(shí)如測(cè)不出可使電機(jī)反向即可）。調(diào)節(jié)方法同上所述。

4.零點(diǎn)校準(zhǔn)，測(cè)試使電機(jī)停止的零位范圍。用萬(wàn)用表測(cè)量。

5.通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入信號(hào)的連接，跟蹤輸入波形（SKJ-KPB），檢查接線(xiàn)是否正確。

6.通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入固定電壓（參閱SKJ-KP.TXT）觀察不同電壓下，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)向，并記錄數(shù)值。

輸入控制電壓：計(jì)算機(jī)板口的輸出地址為201，數(shù)據(jù)范圍為00——FF（-5V5V）

方法：DOS環(huán)境下輸入DEBUG然后回車(chē)。

-o201ZZ(輸入電壓)，Q為退出DEBUG命令。

六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1.畫(huà)出整個(gè)數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)的控制框圖，并分析各部分在整個(gè)系統(tǒng)中的作用。

2.分析不同控制電壓參數(shù)對(duì)直流電機(jī)控制結(jié)果的影響。

3.PWM的占空比為50%的調(diào)制方法。

4.PID控制方式

（1）畫(huà)出各個(gè)控制結(jié)果的圖形

（2）分析不同的控制參數(shù)對(duì)控制結(jié)果的影響

附注

1數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)程序說(shuō)明

１.清單:

SKJ-KP.C控制源程序（運(yùn)動(dòng)到指定位置）。

SKJ-KPA.C控制源程序（PD和PID算法,給定位置為單點(diǎn)、方波、三角波）。

SKJ-KPB.C控制源程序（SKJ-KPA.C加PN和YN運(yùn)動(dòng)軌跡600點(diǎn)圖形顯示）。

wjd.txt存儲(chǔ)控制過(guò)程參數(shù)變化（文本）。

wjd.dat存儲(chǔ)控制YN變化（二進(jìn)制，600點(diǎn)）。

SKJ-KP.TXT本說(shuō)明。

２.KP和KD的選擇:

KP,KD:0--100,100;

電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度慢或動(dòng)不到預(yù)定位置就停:加大KP或減少KD。

電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度太快、過(guò)沖、震蕩:加大KD或減少KP。

３.說(shuō)明:

０〈ＫＰ〉１００；

０〈ＫＤ〈１００；

０〈ＫＩ〈１００；

０〈＝ＰＮ〈５１２；（整數(shù),1=0.703125度）

PD算法:CN=KP*EN+KD*(EN-EN1)

CN:控制輸出量(0--255,127或128為零位)

YN:反饋位置量PN:給定位置量

EN=PN-YN(當(dāng)前時(shí)刻)EN1=PN-YN(前一時(shí)刻)

KP:比例放大系數(shù)KD:微分系數(shù)

PID算法:CN=KP*(EN-EN1)+KI*EN+KD*(EN-2*EN1+EN2)

KI:積分系數(shù)

EN1=PN-YN(前二時(shí)刻)

提示：pd=1orpid=2?

PD算法選１，PID算法選２。

提示：delay=?（0<delay<5000,整數(shù)）

delay為０，兩次反饋控制或采集YN之間不延時(shí)。

否則延時(shí)１－－９９毫秒，軟件定時(shí)不準(zhǔn)。

提示：0=no,1=square,2=triangle)wave?

給定位置為單點(diǎn)選１、方波選２、三角波選３。

圖形說(shuō)明：Ｘ軸－時(shí)間點(diǎn)（0-600），Ｙ軸－轉(zhuǎn)角（0-511），

PN-綠色，YN-紅色。

注ａ．輸出固定電壓方法：

５１２〈＝ＰＮ〈７６８；

輸出固定電壓＝10*(PN-512)/255-5

512..-5V,512+127..-0.02V,512+128..+0.02V,767..+5V

注ｂ．退出程序：ＰＮ＝９９９

2數(shù)字隨動(dòng)調(diào)試報(bào)告

１.檢查執(zhí)行機(jī)構(gòu)：

聯(lián)軸節(jié)有無(wú)振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活。

２.按說(shuō)明書(shū)檢查并調(diào)整控制箱。

（X1-X3X6-X8X8-X9X10-X11X12-X13，

X16,X17-電機(jī)，X18,X19-測(cè)速電機(jī)，

XS2-微機(jī)接口板，XS3-光電碼