1、教學(xué)內(nèi)容控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析（勞斯判據(jù)）備課教師宋博仕上課時(shí)間教學(xué)目標(biāo)理解穩(wěn)定性概念及線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義;掌握線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性判定的充要條件； 運(yùn)用勞斯判據(jù)，判定三種情形下的系統(tǒng)穩(wěn)定性;運(yùn)用勞斯判據(jù)，分析控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度；教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)理解穩(wěn)定性的定義；單位脈沖函數(shù)作為擾動(dòng)信號(hào)，推導(dǎo)線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性的充要條件;運(yùn)用勞斯判據(jù)，判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性；運(yùn)用勞斯判據(jù)，判定系統(tǒng)穩(wěn)定裕度；在控制系統(tǒng)的分析研究中，最重要的問題是系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。不穩(wěn)定的系統(tǒng)在受到外界或內(nèi)部的一些因素?cái)_動(dòng)時(shí)，會(huì)使被控制量偏離原來(lái)的平衡工作狀態(tài), 的系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的。在這一節(jié)中將討論穩(wěn)定性的定義, 法。（一）定義穩(wěn)定

2、性是系統(tǒng)在擾動(dòng)消失后，自身具有的一種恢復(fù)能力, 取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與外作用無(wú)關(guān)。并隨時(shí)間的推移而發(fā)散。因此，不穩(wěn)定 穩(wěn)定的充要條件及判別穩(wěn)定性的基本方它是系統(tǒng)的一種固有特性，這種特性只教學(xué)過程線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性的定義：如果線性定常系統(tǒng)受到擾動(dòng)的作用，偏離了原來(lái)的平衡狀態(tài)，而當(dāng)擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)又能夠逐漸恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)，則稱該系統(tǒng)是漸近穩(wěn)定的（簡(jiǎn)稱為穩(wěn)定）。否則，稱該系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。（二）穩(wěn)定性的充要條件：根據(jù)上述穩(wěn)定性的定義，可以用單位脈沖響應(yīng)函數(shù)函數(shù)作為擾動(dòng)來(lái)討論系統(tǒng)的穩(wěn)定性。線性定常系統(tǒng)在初始條件為零時(shí), 受到一個(gè)擾動(dòng)信號(hào)的作用，如果當(dāng)lim C（t） 0t該系統(tǒng)就是穩(wěn)定的。設(shè)

3、系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為輸入一個(gè)理想單位脈沖信號(hào)，這相當(dāng)于系統(tǒng)在零平衡狀態(tài)下，t趨于無(wú)窮大時(shí)，系統(tǒng)的輸出響應(yīng)C（t）收斂到原來(lái)的零平衡狀態(tài)，即(s)mm 1bmsbm 1s .b0nanSaniS.ao特征方程為nanSn 1an 1sao 0如果特征方程的所有根互不相同，且有q個(gè)實(shí)數(shù)根i和r對(duì)共軻復(fù)數(shù)根k冰j冰J1則在單位脈沖函數(shù) (t)的作用下，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換可表示為mKr(S Zj)一j 1C(S) qr j122、(s pi) (S 2 k nkS nk)i 1k 1將上式用部分分式法展開并進(jìn)行拉氏反變換得qrC(t)ie ite k nkt( k cos dkt Ck sin dk

4、t)1 1k 1dk nk 1 1上式表明:當(dāng)系統(tǒng)特征方程的根都具有負(fù)實(shí)部時(shí),則各瞬態(tài)分量都是衰減的，且有l(wèi)im C(t) 0 ,此時(shí)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。如果特征根中有一個(gè)或一個(gè)以上具有正實(shí)部，則該根對(duì)應(yīng)的瞬態(tài)分量是發(fā)散的，此時(shí)有l(wèi)im C(t) ,系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。如果特征根中具有一個(gè)或一個(gè)以上的零實(shí)部根，而其余的特征根均有負(fù)實(shí)部，則c (t)趨于常數(shù)或作等幅振蕩，這時(shí)系統(tǒng)處于穩(wěn)定和不穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，稱為臨界穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)于大多數(shù)實(shí)際系統(tǒng)，當(dāng) 它處于臨界狀態(tài)時(shí)，也是不能正常工作的，所以臨界穩(wěn)定的系統(tǒng)在工程上屬于不穩(wěn)定系統(tǒng)。線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件：閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根都具有負(fù)實(shí)部，即閉環(huán)傳遞

5、函數(shù) 的所有極點(diǎn)均位于為 S平面的左半部分(不包括虛軸)。(三)勞斯穩(wěn)定判據(jù)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定的充要條件是其特征方程的根均具有負(fù)實(shí)部。因此，為了判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就 要求出系統(tǒng)特征方程的根，并檢驗(yàn)它們是否都具有負(fù)實(shí)部。但是，這種求解系統(tǒng)特征方程的方法，對(duì) 低階系統(tǒng)尚可以進(jìn)行，而對(duì)高階系統(tǒng)，將會(huì)遇到較大的困難。人們希望尋求一種不需要求解的特征方 程就能判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的間接方法，勞斯判據(jù)就是其中的一種。勞斯判據(jù)利用特征方程的各項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算，得出全部特征根具有負(fù)實(shí)部的條件，以此作為 判別系統(tǒng)是否穩(wěn)定的依據(jù)。因此，這種判據(jù)又稱為代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)。1、穩(wěn)定的必要條件設(shè)系統(tǒng)的特征方程為 ansn an 1s

6、n 1a1s a0 0 ,式中an 0 (當(dāng)an 0時(shí)，可將方程兩邊同乘以-1)。若該方程的特征根為 pi (1,2,.n),該n個(gè)根可以是實(shí)數(shù)也可以是復(fù)數(shù)，則上式可改寫成為n an 1 n 1aa。s s s (s p)(s P2)(s Pn) 0ananan將上式展開an 1ann)an 21ana0an(1)n由此可見，如果特征方程的根P1 , P2 JjPn都具有負(fù)實(shí)部，則上式的所有系數(shù)ao,a, ,一,an必然都大于零。故系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件是其特征方程的各項(xiàng)系數(shù)均為正，即ai 0 (i 0,1,2,，n)根據(jù)必要條件，在判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性時(shí)，可事先檢查系統(tǒng)特征方程的系數(shù)是否都大于零，若

7、有任 何系數(shù)是負(fù)數(shù)或等于零，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。但是，當(dāng)特征方程滿足穩(wěn)定的必要條件時(shí)，并不意味著 系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的，為了進(jìn)一步確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以使用勞斯判據(jù)。應(yīng)用勞斯判據(jù)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性時(shí)，可按下述方法進(jìn)行。將系統(tǒng)的特征方程寫成如下標(biāo)準(zhǔn)形式將方程各項(xiàng)系數(shù)組成勞斯表計(jì)算勞斯表的各系數(shù)系數(shù)的計(jì)算一直進(jìn)行到其余的nanSan 1Sa1s a0 0n sanan 2an 4an 6n 1 san 1an 3an 5an 7n 2 sb1b2b3b4n 3 sC1C2C3C42S1S0Sf1g1an1 an2anan3an1an1an4anan5an1an1an6anan7an1b1b3值全部等于零為

8、止。用同樣的前兩行系數(shù)交叉相乘的方法，可以計(jì)算c , d, e , f , g各行的系數(shù)。CiDan 3an 也b1d1c1b2( b1)c2CiDan 5an g36d2池(bi)C3Clc3“an 7_6an(1)勞斯表第一列所有系數(shù)均不為零的情況如果勞斯表中第一列的系數(shù)都具有相同的符號(hào)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。且不穩(wěn) 定根的個(gè)數(shù)等于勞斯表中第一列系數(shù)符號(hào)改變的次數(shù)。例1：已知系統(tǒng)的特征方程s4+2s3+s2+s+1=0,試用勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性解：勞斯表為S4S3SS1S12(2*1(1*11110 1*1)/2=1/22*2)/1= 3(2*1 1*0)/2=1(3*2

9、 1*0)/ 3= 2由于勞斯表第一列的系數(shù)變號(hào)兩次，一次由1/2變?yōu)?3 ,另一次由-3變?yōu)?,故特征方程有兩個(gè)根在s平面右半部分，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。(2)勞斯表某行的第一列系數(shù)等于零，而其余各項(xiàng)不全為零的情況當(dāng)勞斯表某一行的第一列系數(shù)為零，而其余項(xiàng)不全為零，可用一個(gè)很小的正數(shù) 項(xiàng)，然后按照通常方法計(jì)算勞斯表中的其余項(xiàng)。代替第一列的零例2: 已知系統(tǒng)的特征方程為 S2s2 2s 5 0,試判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性.解：由特征方程列出勞斯表S4S5S2S1S0當(dāng) 的取值足夠小時(shí),將取負(fù)值，故勞斯表第一列系數(shù)變號(hào)兩次，由勞斯判據(jù)可知，特征方程有兩個(gè)根具有正實(shí)部，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。勞斯表某行所有系數(shù)均為零的情

10、況如果勞斯表中某一行(如第k行)各項(xiàng)為零，這說(shuō)明在 S平面內(nèi)存在以原點(diǎn)為對(duì)稱的特征根。皿一已知系統(tǒng)的特征方程為65432s 2s 8s 12s 20s 16s 16 0,分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：由特征方程列勞斯表S6182016S521216S421216S30003304由上表看出，s行的各項(xiàng)全為零，為了求出ss各行,由s行的各項(xiàng)系數(shù)構(gòu)成輔助方程(s)2s4 12s2160將輔助方程對(duì)s求導(dǎo)得"8s3 24s 0ds用上式各項(xiàng)系數(shù)作為s3行的各系數(shù)繼續(xù)計(jì)算勞斯表得S6182016S521216S421216S3824S2616S18/3S016由于勞斯表第一列系數(shù)符號(hào)都相同，因此，可

11、以確定沒有特征方程根分布在S平面的右半部分。3但由于s行的各項(xiàng)均為零，這表明系統(tǒng)有共軻虛根，所以系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，共軻虛根可由輔助方程求一 4 一 2 一 得，即由2s 12s 16 0si,2jV2 s3,4j2、綜上所述，應(yīng)用勞斯表判據(jù)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性時(shí)，一般可以按如下順序進(jìn)行：1、確定系統(tǒng)是否滿足穩(wěn)定的必要條件。當(dāng)特征方程的系數(shù)不滿足ai0 （i=0,1,2,F）時(shí)，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。2、當(dāng)特征方程的系數(shù)滿足a 0 （i=0,1,2,n）時(shí)，計(jì)算勞斯表。當(dāng)勞斯表的第一列系數(shù)都大于零時(shí)，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。如果第一列出現(xiàn)小于零的系數(shù)，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。3、若計(jì)算勞斯表時(shí)出現(xiàn)情況 （2）和（3）,此時(shí)

12、為確定系統(tǒng)極點(diǎn)的分布情況，可按情況（2）和（3）的方法處理。（4）相對(duì)穩(wěn)定性應(yīng)用勞斯判據(jù)可檢驗(yàn)系統(tǒng)是否有一定的穩(wěn)定裕度，即相對(duì)穩(wěn)定性。令s z 1即把虛軸左移 。將上式代入系統(tǒng)的特征方程式，得到以z為變量的新特征方程式，然后用勞斯判據(jù)檢驗(yàn)新特征方程式有沒有根位于新虛軸的右辿。如果所有根均在新虛軸的左邊，則說(shuō)明系統(tǒng)具有穩(wěn)定裕量1。例4：檢驗(yàn)特征方程式2s 10s 13s 4 0 ,是否有根在右半平面，并檢驗(yàn)有幾個(gè)根在直線S =1的右邊；解勞斯陣列表為s 3213s 2104s 1s 04令s= z-1,代入特征方程式，得即2(z 1)3 10(z 1)2 13(z 1) 4 02z3 4z2 z

13、 1 0z32-1z24-1z1-1/2z0-1第一列符號(hào)改變一次，故有一個(gè)根在直線s=-1(即新座標(biāo)虛軸)的右邊，因此穩(wěn)定裕量不到1。教學(xué)反思根據(jù)穩(wěn)定性的定義，借助數(shù)學(xué)工具或方法，逐步推導(dǎo)系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件； 運(yùn)用勞斯判據(jù)，判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性；實(shí) 驗(yàn) 教課程名稱：電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)授課教師： 苗風(fēng)東授課對(duì)象：07電氣自動(dòng)化授課地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)3號(hào)414實(shí)驗(yàn)一晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)熟悉晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其基本結(jié)構(gòu)。(2)掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)及反饋環(huán)節(jié)測(cè)定方法。二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型 號(hào)備 注1DJK01電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個(gè)模塊。2

14、DJK02晶閘管主電路3DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“觸發(fā)電路”，“正反橋功放”等幾個(gè)模塊。4DJK04電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn) I該掛件包含“給定”，“電流調(diào)節(jié)器”，“速度變換”，“電 流反饋與過流保護(hù)”等幾個(gè)模塊。5DJK10變壓器實(shí)驗(yàn)該掛件包含“三相不控整流”和“心式變壓器”等模塊。6DD03-3電機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤測(cè)速 系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表7DJ13-1直流發(fā)電機(jī)8DJ15直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)9D42三相可調(diào)電阻10數(shù)字存儲(chǔ)示波器自備11萬(wàn)用表自備三、實(shí)驗(yàn)線路及原理晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)由整流變壓器、晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器、電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組等組成。在本實(shí)驗(yàn)中，整流裝置的主電路為三相橋式電路

15、，控制電路可直接由給定電壓 Ug作為觸發(fā)器的移相控制電壓uct,改變ug的大小即可改變控制角a,從而獲得可調(diào)的直流電壓，以滿 足實(shí)驗(yàn)要求。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成原理圖如圖1-1所示。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路總電阻值R。(2)測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電感值L。(3)測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)-直流發(fā)電機(jī)-測(cè)速發(fā)電機(jī)組的飛輪慣量 GD2。五、預(yù)習(xí)要求 學(xué)習(xí)教材中有關(guān)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)各參數(shù)的測(cè)定方法。CieVTih-r觸發(fā) L但路一"橋功放Jiijf勵(lì)磁電源圖1-1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖六、實(shí)驗(yàn)方法為研究晶閘管一電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，須首先了解電樞回路的總電阻R總電感L以及系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù)Td與機(jī)

16、電時(shí)間常數(shù) Tm,這些參數(shù)均需通過實(shí)驗(yàn)手段來(lái)測(cè)定，具體方法如下：(1)電樞回路總電阻 R勺測(cè)定電樞回路的總電阻R包括電機(jī)的電樞電阻R、平波電抗器的直流電阻 RL及整流裝置的內(nèi) 阻R,即R = Ra 十 R十 R(1-1)由于阻值較小，不宜用歐姆表或電橋測(cè)量，因是小電流檢測(cè)，接觸電阻影響很大， 故常用直流伏安法。為測(cè)出晶閘管整流裝置的電源內(nèi)阻須測(cè)量整流裝置的理想空載電壓50,而晶閘管整流電源是無(wú)法測(cè)量的，為此應(yīng)用伏安比較法，實(shí)驗(yàn)線路如圖4-2所示。將變阻器R、R接入被測(cè)系統(tǒng)的主電路，測(cè)試時(shí)電動(dòng)機(jī)不加勵(lì)磁，并使電機(jī)堵轉(zhuǎn)。合上 S、S2,調(diào)節(jié)給定使輸出直流電壓 Ud在30%Ud70%Ud范圍內(nèi)，然后

17、調(diào)整險(xiǎn)使電樞電流在80%Ied 90%Ied范圍內(nèi)，讀取電流表 解口電壓表V2的數(shù)值為11、U,則此時(shí)整流裝置的理想空載電壓為Udo=I1R+U(1-2)調(diào)節(jié)R1使之與R2的電阻值相近，拉開開關(guān) S2,在Ud的條件下讀取電流表、電壓表的數(shù)值12、U2,則Uo=l2Rf U2(1-3)求解(4-2)、(4-3)兩式，可得電樞回路總電阻 ：R= ( U2-U1) / (I 1-I 2)(1-4)如把電機(jī)電樞兩端短接，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，可得Rl十R=(U2/ -UJ )/(I - -I 2/ )(1-5)則電機(jī)的電樞電阻為R=R-(Rl十 R)。(1-6)同樣，短接電抗器兩端，也可測(cè)得電抗器直流電阻R。

18、圖1-2伏安比較法實(shí)驗(yàn)線路圖(2)電中區(qū)回路電感L的測(cè)定電樞回路總電感包括電機(jī)的電樞電感La、平波電抗器電感Ld和整流變壓器漏感Lb,由于Lb數(shù)值很小，可以忽略，故電樞回路的等效總電感為L(zhǎng) = La+Ld(1-7)電感的數(shù)值可用交流伏安法測(cè)定。實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)給電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁，并使電機(jī)堵轉(zhuǎn)，實(shí) 驗(yàn)線路如圖4-3所示。圖1-3 測(cè)量電樞回路電感的實(shí)驗(yàn)線路圖實(shí)驗(yàn)時(shí)交流電壓由DJK01電源輸出，接DJK10的高壓端，從低壓端輸出接電機(jī)的電樞，用交流電壓表和電流表分別測(cè)出電樞兩端和電抗器上的電壓值U和UL及電流I,從而可得到交流阻抗乙和Zl,計(jì)算出電感值La和Ld,計(jì)算公式如下：(1-8)Za Ua/Ia

19、a(1-9)(1-10)(1-11)(3)直流電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)-測(cè)速發(fā)電機(jī)組的飛輪慣量GD的測(cè)定電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為 2 _ T-Tz=(GD/375)dn/dt(1-12)式中，T為電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，單位為NI-項(xiàng)Tz為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，空載時(shí)即為空載轉(zhuǎn)矩T3單位為NI - m, n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為rpm。電機(jī)空載自由停車時(shí)，T=0, Tz=Tk,則運(yùn)動(dòng)方程式為：2Tk (GD 2 / 375) dn / dt (1-13)從而有GD 2375 Tk / dn / dt |(1-14)式中GD的單位為N m2;Tk可由空載功率Pk(單位為W)出： 2 _ P K U aI a0 I a(1-1

20、R) aT K 9 .55 P K / n (1-16)dn/dt可以從自由停車時(shí)所得的曲線n=f(t)求得，其實(shí)驗(yàn)線路如圖4-4圖1-4測(cè)定GD2時(shí)的實(shí)驗(yàn)線路圖電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁，將電機(jī)空載啟動(dòng)至穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，測(cè)量電樞電壓ua和電流I ao,然后斷開給定，用數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄 n=f(t)曲線，即可求取某一轉(zhuǎn)速時(shí)的 Tk和dn/dt。由于空載 轉(zhuǎn)矩不是常數(shù)，可以以轉(zhuǎn)速n為基準(zhǔn)選擇若干個(gè)點(diǎn)， 測(cè)出相應(yīng)的Tk和dn/dt ,以求得gD的平均 值。由于本實(shí)驗(yàn)裝置的電機(jī)容量比較小，應(yīng)用此法測(cè)GD時(shí)會(huì)有一定的誤差。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告作出實(shí)驗(yàn)所得的各種曲線，計(jì)算有關(guān)參數(shù)。八、注意事項(xiàng)(1)由于實(shí)驗(yàn)時(shí)裝置處于開環(huán)狀

21、態(tài)，電流和電壓可能有波動(dòng)，可取平均讀數(shù)。(2)由于DJK04上的過流保護(hù)整定值的限制，在完成機(jī)電時(shí)間常數(shù)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)中，其電樞電壓不能加得太高。(3)當(dāng)電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)大電流，因此測(cè)量的時(shí)間要短，以防電機(jī)過熱。(4)在測(cè)試Ud=f(Ug)時(shí)，DJK02±的偏移電壓要先調(diào)到a =120° ,具體方法見單閉環(huán)直流 調(diào)速。實(shí)驗(yàn)二晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)環(huán)節(jié)特性的測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)熟悉晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其基本結(jié)構(gòu)。(2)掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)反饋環(huán)節(jié)的測(cè)定方法。 二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型 號(hào)備 注1DJK01電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個(gè)模塊。2DJK0

22、2晶閘管主電路3DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“觸發(fā)電路”，“正反橋功放”等幾個(gè)模塊。4DJK04電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn) I該掛件包含“給定”，“電流調(diào)節(jié)器”，“速度變換”，“電 流反饋與過流保護(hù)”等幾個(gè)模塊。5DJK10變壓器實(shí)驗(yàn)該掛件包含“三相不控整流”和“心式變壓器”等模塊。6DD03-3電機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤測(cè)速 系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表7DJ13-1直流發(fā)電機(jī)8DJ15直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)9D42三相可調(diào)電阻10數(shù)字存儲(chǔ)示波器自備11萬(wàn)用表自備三、實(shí)驗(yàn)線路及原理晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)由整流變壓器、晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器、電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組等組成。在本實(shí)驗(yàn)中，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制電

23、路可直接由給定電壓 Ug作為觸發(fā)器的移相控制電壓 Ut,改變Ug的大小即可改變控制角a ,從而獲得可調(diào)的直流電壓，以滿 足實(shí)驗(yàn)要求。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成原理圖如圖4-5所示。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電磁時(shí)間常數(shù)Tdo(2)測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)G和轉(zhuǎn)矩常數(shù) a(3)測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)小(4)測(cè)定晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性Ud=f(U ct)。(5)測(cè)定測(cè)速發(fā)電機(jī)特性UTG=f(n)。五、預(yù)習(xí)要求 學(xué)習(xí)教材中有關(guān)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)特性的測(cè)定方法。Ld-:相電源輸出VTVT4Jjiir0勵(lì)礴 圖2-1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖六、實(shí)驗(yàn)方法(1)主電路電磁時(shí)間常數(shù) Td的測(cè)

24、定采用電流波形法測(cè)定電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)Td,電樞回路突加給定電壓時(shí)，電流 id按指數(shù)規(guī)律上升：id Id(1 e t/Td)其電流變化曲線如圖4-5所示。當(dāng)t=Td時(shí)，有1一id Id(1 e ) 0.632d實(shí)驗(yàn)線路如圖4-6所示。電機(jī)不加勵(lì)磁，調(diào)節(jié)給定使電機(jī)電樞電流在50%Ied90%Ied范圍內(nèi)。然后保持Ug不變，將給定的&撥到接地位置，然后撥動(dòng)給定 S2從接地到正電壓躍階信號(hào)， 用數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄id=f (t)的波形，在波形圖上測(cè)量出當(dāng)電流上升至穩(wěn)定值的63.2%時(shí)的時(shí)間，即為電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)Td。(2)電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)G和轉(zhuǎn)矩常數(shù)訓(xùn)測(cè)定將電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁，使其空載運(yùn)

25、行，改變電樞電壓Ud,測(cè)得相應(yīng)的n即可由下式算出Ce：Ce Ke (Ud2 Ud1)/(n2。)式中，Ce的單位為V/(rpm)。C M = 9.55 C e圖2-3測(cè)定Td的實(shí)驗(yàn)線路圖轉(zhuǎn)矩常數(shù)(額定磁通)C珀勺單位為Nl- m/A。Cm可由G求出：圖2-2電流上升曲線(3)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù) TM的測(cè)定 系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)可由下式計(jì)算Tm (GD 2R)/(375C eCM2)由于T©>Td,也可以近似地把系統(tǒng)看成是一階慣性環(huán)節(jié)，即n KU d/(1Tm S)當(dāng)電樞突加給定電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速n將按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)n到達(dá)穩(wěn)態(tài)值的63.2%時(shí)，所經(jīng)過的時(shí)間即為拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)。測(cè)試

26、時(shí)電樞回路中附加電阻應(yīng)全部切除，突然給電樞加電壓，用數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄過渡過程曲線n=f(t),即可由此確定機(jī)電時(shí)間常數(shù)。(4)晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性Ud=f(Ug)和測(cè)速發(fā)電機(jī)特性UT<=f(n)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)線路如圖4-4所示，可不接示波器。電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制 電壓ig,分別讀取對(duì)應(yīng)的Ug、UTa Ud、n的數(shù)值若干組，即可描繪出特性曲線 Ud=f(U g)和UTG=f(n) .由Ud=f(U g)曲線可求得晶閘管整流裝置的放大倍數(shù)曲線Ks=f(U g)：Ks = A Ud/ A Ug七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)作出實(shí)驗(yàn)所得的各種曲線，計(jì)算有關(guān)參數(shù)。(2)由Ks=f(Ug)

27、特性，分析晶閘管裝置的非線性現(xiàn)象。八、注意事項(xiàng)(1)由于實(shí)驗(yàn)時(shí)裝置處于開環(huán)狀態(tài)，電流和電壓可能有波動(dòng)，可取平均讀數(shù)。(2)由于DJK04上的過流保護(hù)整定值的限制，在完成機(jī)電時(shí)間常數(shù)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)中，其電樞電壓不能加得太高。(3)當(dāng)電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)大電流，因此測(cè)量的時(shí)間要短，以防電機(jī)過熱。(4)在測(cè)試Ud=f(Ug)時(shí)，DJK02±的偏移電壓要先調(diào)到a=120° ,具體方法見單閉環(huán)直流調(diào)速。實(shí)驗(yàn)三晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主要單元的調(diào)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)熟悉直流調(diào)整系統(tǒng)主要單元部件的工作原理及調(diào)速系統(tǒng)對(duì)其提出的要求。(2)掌握直流調(diào)速系統(tǒng)主要單元部件的調(diào)試步驟和方法。二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及

28、附件序號(hào)型號(hào)備注1DJK01電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個(gè)模塊。2DJK04電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)I該掛件包含“給定”、“調(diào)節(jié)器I”、“調(diào)節(jié)器II ”、“電 流反饋與過流保護(hù)”等幾個(gè)模塊。3DJK04-1電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)II該掛件包含“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”、“零電平鑒別”、“邏輯 變換控制”等幾個(gè)模塊，完成選做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)需要。4DJK06給定及實(shí)驗(yàn)器件該掛件包含“給定”等幾個(gè)模塊。5DJK08可調(diào)電阻、電容箱6慢掃描示波器7萬(wàn)用表自備三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）調(diào)節(jié)器1（速度調(diào)節(jié)器）的調(diào)試。（2）調(diào)節(jié)器II（電流調(diào)節(jié)器）的調(diào)試。（3）反號(hào)器的調(diào)試。（4） “零電平檢測(cè)”及“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的調(diào)試（選做）

29、。（5）邏輯控制器的調(diào)試（選做）。四、實(shí)驗(yàn)方法將DJK04掛件上的十芯電源線、DJK04-1和DJK06掛件上的藍(lán)色三芯電源線與控制屏相應(yīng)電源插座連接，打開掛件上的電源開關(guān)，就可以開始實(shí)驗(yàn)。（1）調(diào)節(jié)器1（ 一般作為速度調(diào)節(jié)器使用）的調(diào)試調(diào)節(jié)器調(diào)零將DJK04中“調(diào)節(jié)器I”所有輸入端接地，再將 DJK08中的可調(diào)電阻120K接到“調(diào)節(jié) 器I ”的“ 4”、“ 5”兩端，用導(dǎo)線將“ 5”、“6”端短接，使“調(diào)節(jié)器 I ”成為P （比例） 調(diào)節(jié)器。用萬(wàn)用表的毫伏檔測(cè)量“調(diào)節(jié)器I”的“ 7”端的輸出，調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器RP3,使之輸出電壓盡可能接近于零。調(diào)整輸出正、負(fù)限幅值將“5”、“6” “5

30、”、“ 6”兩端，使調(diào)節(jié)器成為 PI （比例積分）調(diào)節(jié)器，將“調(diào)節(jié)器 I”的所有輸入端上的接地線去掉，將DJK04的給定輸出端接到“調(diào)節(jié)器I”的“ 3”端，當(dāng)加+5V的正給定電壓時(shí)，調(diào)整負(fù)限幅電位器RP2觀察調(diào)節(jié)器負(fù)電壓輸出的變化規(guī)律；當(dāng)調(diào)節(jié)器輸入端加-5V的負(fù)給定電壓時(shí)，調(diào)整正限幅電位器RP1,觀察調(diào)節(jié)器正電壓輸出的變化規(guī)律。測(cè)定輸入輸出特性再將反饋網(wǎng)絡(luò)中的電容短接（將“5”、“6”端短接），使“調(diào)節(jié)器I ”為P （比例）調(diào)節(jié)器，同時(shí)將正負(fù)限幅電位器 RP1和RP2均順時(shí)針旋到底，在調(diào)節(jié)器的輸入端分別逐漸加入正 負(fù)電壓，測(cè)出相應(yīng)的輸出電壓變化，直至輸出限幅值，并畫出對(duì)應(yīng)的曲線。觀察PI特性拆

31、除“5”、“6”短接線，給調(diào)節(jié)器輸入端突加給定電壓，用慢掃描示波器觀察輸出電壓 的變化規(guī)律。改變調(diào)節(jié)器的外接電阻和電容值（改變放大倍數(shù)和積分時(shí)間），觀察輸出電壓的變化。（2）調(diào)節(jié)器II（ 一般作為電流調(diào)節(jié)器使用）的調(diào)試調(diào)節(jié)器的調(diào)零將DJK04中“調(diào)節(jié)器II ”所有輸入端接地，再將 DJK08中的可調(diào)電阻13K接“調(diào)節(jié)器 II ”的“ 8”、“9”兩端，用導(dǎo)線將“9”、“10”短接，使“調(diào)節(jié)器II ”成為P （比例）調(diào)節(jié)器。用萬(wàn)用表的毫伏檔測(cè)量調(diào)節(jié)器II的“11”端的輸出，調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器 RP3,使之輸出電壓盡可能接近于零。調(diào)整輸出正、負(fù)限幅值把“9”、“10” “9”、“10”兩端，使

32、調(diào)節(jié)器成為PI （比例積分）調(diào)節(jié)器，將“調(diào)節(jié)器 II ”的所有輸入端上的接地線去掉，將DJK04 的給定輸出端接到調(diào)節(jié)器II 的“ 4”端，當(dāng)加+5V的正給定電壓時(shí)，調(diào)整負(fù)限幅電位器RP2,觀察調(diào)節(jié)器負(fù)電壓輸出的變化規(guī)律；當(dāng)調(diào)節(jié)器輸入端加-5V的負(fù)給定電壓時(shí)，調(diào)整正限幅電位器RP1,觀察調(diào)節(jié)器正電壓輸出的變化規(guī)律。測(cè)定輸入輸出特性再將反饋網(wǎng)絡(luò)中的電容短接(將“9”、“10”端短接)，使“調(diào)節(jié)器II ”為P調(diào)節(jié)器，同時(shí)將正負(fù)限幅電位器RP1 和 RP2 均順時(shí)針旋到底，在調(diào)節(jié)器的輸入端分別逐漸加入正負(fù)電壓，測(cè)出相應(yīng)的輸出電壓變化，直至輸出限幅值，并畫出對(duì)應(yīng)的曲線。 觀察PI 特性拆除“9”、 “

33、10”短接線，突加給定電壓，用慢掃描示波器觀察輸出電壓的變化規(guī)律。改變調(diào)節(jié)器的外接電阻和電容值(改變放大倍數(shù)和積分時(shí)間)，觀察輸出電壓的變化。(3) 反號(hào)器的調(diào)試測(cè)定輸入輸出的比例，將反號(hào)器輸入端“ 1 ”接“給定”的輸出，調(diào)節(jié)“給定”輸出為5V電壓，用萬(wàn)用表測(cè)量“ 2”端輸出是否等于-5V電壓，如果兩者不等，則通過調(diào)節(jié)RP1使輸出等于負(fù)的輸入。再調(diào)節(jié)“給定”電壓使輸出為 -5V 電壓，觀測(cè)反號(hào)器輸出是否為 5V。(4) “轉(zhuǎn)矩極性鑒別”及“零電平檢測(cè)”的調(diào)試 ( 選做 )測(cè)定"轉(zhuǎn)矩極性鑒別”0.6伏，記錄高電平的電壓值，調(diào)節(jié)單元中的RP1電位器使特性滿足其要求，使得“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”

34、的特性范圍從-0.25V 到 0.25V 。轉(zhuǎn)矩極性鑒別具體調(diào)試方法：A調(diào)節(jié)給定 5,使“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的“1”腳得到約0.25V電壓，調(diào)節(jié)電位器 RP1,恰好使其“ 2 ”端輸出從“高電平”躍變?yōu)椤暗碗娖健?。8、 調(diào)節(jié)負(fù)給定從 0V 起調(diào)， 當(dāng)轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的 “2” 端從 “低電平” 躍變?yōu)?“高電平” 時(shí)，檢測(cè)轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的“1”端應(yīng)為0.25V左右，否則應(yīng)適當(dāng)調(diào)整電位器RP1,使“2”端輸出由“高電平”變“低電平” 。C重復(fù)上述步驟，觀測(cè)正負(fù)給定時(shí)跳變點(diǎn)是否基本對(duì)稱，如有偏差則適當(dāng)調(diào)節(jié)，使得 正負(fù)的跳變電壓的絕對(duì)值基本相等。測(cè)定“零電平檢測(cè)”的環(huán)寬，一般環(huán)寬也為 0.40.6伏，調(diào)

35、節(jié)RP1電位器，使回環(huán) 沿縱坐標(biāo)右側(cè)偏離0.2V ，即特性范圍從0.2V 到 0.6V 。“零電平檢測(cè)”具體調(diào)試方法：A、調(diào)節(jié)給定 5,使“零電平檢測(cè)”的“1”端輸入約0.6V電壓，調(diào)節(jié)電位器 RP1,恰好使“2”端輸出從“高電平”躍變?yōu)椤暗碗娖健薄Ｈ章郎p小給定，當(dāng)“零電平檢測(cè)”的“2”端輸出從“低電平”躍變?yōu)椤案唠娖健睍r(shí)，檢測(cè)“零電平檢測(cè)”的“ 1 ”端輸入應(yīng)為0.2V 左右，否則應(yīng)調(diào)整電位器。根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)，畫出兩個(gè)電平檢測(cè)器的回環(huán)特性。(5) 邏輯控制的調(diào)試 ( 選做 )將DJK04的“給定”輸出接到DJK04-1 “邏輯控制”的“UM輸入端，將DJK06的“給 定”輸出接到 DJK04

36、-1 “邏輯控制”的“ UI”輸入端，并將 DJK04 DJK04-1、DJK06掛件共 地。將DJK04和DJK06“給定”的RP1電位器，均順時(shí)針旋到底，將給定部分的S2打到運(yùn)行側(cè)表示輸出是“ 1” ，打到停止側(cè)表示輸出是“0 ” 。兩個(gè)給定都輸出“ 1”時(shí)，用萬(wàn)用表測(cè)量邏輯控制的“3(Uz)”、“6(Ul)”端輸出應(yīng)該是“0”，"4(Uf)”、“7(U-)”端的輸出應(yīng)該是 T,依次按下表從左到右的順序，控制DJK04和DJK06 “給定”的輸出狀態(tài)，同時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)量邏輯控制的“UZ”、“U-”和“UF”、端的輸出是否符合下表。輸入um11ooo1U1oo1oo輸出Uk (Ur)

37、ooo111UF (Ul)111ooo五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)畫各控制單元的調(diào)試連線圖。(2)簡(jiǎn)述各控制單元的調(diào)試要點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)四晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 了解晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的原理、組成及各主要單元部件的原理。(2)掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的一般調(diào)試過程。(3)掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性的測(cè)定方法。二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型號(hào)備注1DJK01電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個(gè)模塊。2DJK02晶閘管主電路3DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“觸發(fā)電路”、“正反橋功放”等幾個(gè)模塊。4DJK04電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)I該掛件包含“給定”、“調(diào)節(jié)器I”

38、、“調(diào)節(jié)器II”、“轉(zhuǎn)速變 換”、“電流反饋與過流保護(hù)”、“電壓隔離器”等幾個(gè)模塊。5DJK08可調(diào)電阻、電容箱6DD03-3電機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤測(cè)速 系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表7DJ13-1直流發(fā)電機(jī)8DJ15直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)9D42三相可調(diào)電阻10慢掃描示波器自備11萬(wàn)用表自備三、實(shí)驗(yàn)線路及原理晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)由整流變壓器、晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器、電動(dòng)機(jī) -發(fā)電 機(jī)組等組成。在本實(shí)驗(yàn)中，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制電路可直接由給定電壓 Ug作為觸發(fā)器的移相控制電壓UCt ,改變Ug的大小即可改變控制角a ,從而獲得可調(diào)的直流電壓，以滿 足實(shí)驗(yàn)要求。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成原理圖如圖4-8所示。出山

39、源粕出觸發(fā)電路正橋 功放ll.f圖4-1晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容DJK04 上的基本單元的調(diào)試。(2)U ct不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)特性的測(cè)定。(3)U d不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)特性的測(cè)定。五、預(yù)習(xí)要求(1)復(fù)習(xí)自動(dòng)控制系統(tǒng)(直流調(diào)速系統(tǒng))教材中有關(guān)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)、閉環(huán)反饋控制 系統(tǒng)的內(nèi)容。(2)掌握調(diào)節(jié)器的基本工作原理。(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖，能畫出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的詳細(xì)接線圖，并理解各控制單元在調(diào)速系統(tǒng)中 的作用。六、實(shí)驗(yàn)方法(1)DJK02和DJK02-1上的“觸發(fā)電路”調(diào)試打開DJK01總電源開關(guān)，操作“電源控制屏”上的“三相電網(wǎng)電壓指示”開關(guān)，觀察 輸入的三相電網(wǎng)電壓是否平衡。將D

40、JK01 "電源控制屏”上“調(diào)速電源選擇開關(guān)”撥至“直流調(diào)速”側(cè)。用10芯的扁平電纜，將DJK02的“三相同步信號(hào)輸出”端和 DJK02-1 "三相同步信號(hào)輸 入”端相連，打開DJK02-1電源開關(guān)，撥動(dòng)“觸發(fā)脈沖指示”鈕子開關(guān)，使“窄”的發(fā)光管亮。觀察A、日C三相的鋸齒波，并調(diào)節(jié) A B、C三相鋸齒波斜率調(diào)節(jié)電位器(在各觀測(cè)孔 左側(cè))，使三相鋸齒波斜率盡可能一致。將DJK04k的“給定”輸出Ug直接與DJK02-1上的移相控制電壓 4相接，將給定開關(guān)S2 撥到接地位置(即Ut=0),調(diào)節(jié)DJK02-1上的偏移電壓電位器， 用雙蹤示波器觀察 曲目同步電 壓信號(hào)和“雙脈沖觀察

41、孔”VT1的輸出波形，使a =120。(注意此處的a表示三相晶閘管電路中的移相角，它的0°是從自然換流點(diǎn)開始計(jì)算，而單相晶閘管電路的 0°移相角表示從 同步信號(hào)過零點(diǎn)開始計(jì)算，兩者存在相位差，前者比后者滯后30。)。適當(dāng)增加給定Ug的正電壓輸出，觀測(cè) DJK02-1上“脈沖觀察孔”的波形，此時(shí)應(yīng)觀測(cè) 到單窄脈沖和雙窄脈沖。用8芯的扁平電纜，將 DJK02-1面板上“觸發(fā)脈沖輸出”和“觸發(fā)脈沖輸入”相連， 使得觸發(fā)脈沖加到正反橋功放的輸入端。將DJK02-1面板上的Uf端接地，用20芯的扁平電纜，將DJK02-1的“正橋觸發(fā)脈沖輸出” 端和DJK02“正橋觸發(fā)脈沖輸入”端相連

42、，并將DJK02“正橋觸發(fā)脈沖”的六個(gè)開關(guān)撥至“通”， 觀察正橋VT1VT6晶閘管門極和陰極之間的觸發(fā)脈沖是否正常。(2)U ct不變時(shí)的直流電機(jī)開環(huán)外特性的測(cè)定按圖4-8的接線圖接線，DJK02-1上的移相控制電壓 5由DJK04上的“給定”輸出Ug直 接接入，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻R, Ld用DJK02±200mH將給定的輸出調(diào)到零。先閉合勵(lì)磁電源開關(guān)，按下DJK01 "電源控制屏”啟動(dòng)按鈕，使主電路輸出三相交流電源，然后從零開始逐漸增加 “給定”電壓U,使電動(dòng)機(jī)慢慢啟動(dòng)并使轉(zhuǎn)速n達(dá)到1200rpm。改變負(fù)載電阻 R勺阻值，使電動(dòng)機(jī)的電樞電流從空載直至Iedo即可測(cè)出在U

43、Ct不變時(shí)的直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)外特性 n = f(I d),測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)于下表：n (rpm)Id (A)(3)U d不變時(shí)直流電機(jī)開環(huán)外特性的測(cè)定控制電壓UCt由DJK041T給定” Ug直接接入，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻 RLd用DJK02±200mH, 將給定的輸出調(diào)到零。按下DJK01 "電源控制屏”啟動(dòng)按鈕，然后從零開始逐漸增加給定電壓U,使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并達(dá)到1200rpm。改變負(fù)載電阻R使電動(dòng)機(jī)的電樞電流從空載直至Ied。用電壓表監(jiān)視三相全控整流輸出的直流電壓Ud,在實(shí)驗(yàn)中始終保持Ud不變(通過不斷的調(diào)節(jié)DJK04± "給定”電壓U來(lái)實(shí)現(xiàn))， 測(cè)出在

44、Ud不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)的開環(huán)外特性n =f(I d),并記錄于下表中：n (rpm)d (A)七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出 Ut不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)機(jī)械特性。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出 U不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)機(jī)械特性。八、注意事項(xiàng)(1)雙蹤示波器有兩個(gè)探頭，可同時(shí)觀測(cè)兩路信號(hào)，但這兩探頭的地線都與示波器的外否則這兩點(diǎn)會(huì)殼相連，所以兩個(gè)探頭的地線不能同時(shí)接在同一電路的不同電位的兩個(gè)點(diǎn)上,同時(shí)觀察探頭各通過示波器外殼發(fā)生電氣短路。為此，為了保證測(cè)量的順利進(jìn)行， 可將其中一根探頭的地線取下或外包絕緣，只使用其中一路的地線，這樣從根本上解決了這個(gè)問題。兩個(gè)信號(hào)時(shí)，必須在被測(cè)電路上找到這兩個(gè)信號(hào)的公

45、共點(diǎn)，將探頭的地線接于此處,接至被測(cè)信號(hào)，只有這樣才能在示波器上同時(shí)觀察到兩個(gè)信號(hào)，而不發(fā)生意外。(2)電機(jī)啟動(dòng)前，應(yīng)先加上電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁，才能使電機(jī)啟動(dòng)。在啟動(dòng)前必須將移相控制 電壓調(diào)到零，使整流輸出電壓為零， 這時(shí)才可以逐漸加大給定電壓，不能在開環(huán)或速度閉環(huán)時(shí)突加給定，否則會(huì)引起過大的啟動(dòng)電流，使過流保護(hù)動(dòng)作，告警，跳閘。(3)通電實(shí)驗(yàn)時(shí)，可先用電阻作為整流橋的負(fù)載，待確定電路能正常工作后，再換成電 動(dòng)機(jī)作為負(fù)載。實(shí)驗(yàn)五單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2) 了解單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理、組成及各主要單元部件的原理。(2)掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的一般調(diào)試過程。(3)認(rèn)識(shí)閉環(huán)反饋控制系

46、統(tǒng)的基本特性。二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)1DJK01電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個(gè)模塊。2DJK02晶閘管主電路3DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“觸發(fā)電路”、“正反橋功放”等幾個(gè)模塊。4DJK04電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)I該掛件包含“給定”、“調(diào)節(jié)器I”、“調(diào)節(jié)器II”、“轉(zhuǎn)速變 換”、“電流反饋與過流保護(hù)”、“電壓隔離器”等幾個(gè)模塊。5DJK08可調(diào)電阻、電容箱6DD03-3電機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤測(cè)速 系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表7DJ13-1直流發(fā)電機(jī)8DJ15直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)9D42三相可調(diào)電阻10慢掃描示波器自備11萬(wàn)用表自備三、實(shí)驗(yàn)線路及原理為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能指標(biāo)，通常采

47、用閉環(huán)控制系統(tǒng)（包括單閉環(huán)系統(tǒng)和多閉環(huán)系統(tǒng)）。對(duì)調(diào)速指標(biāo)要求不高的場(chǎng)合，采用單閉環(huán)系統(tǒng)，而對(duì)調(diào)速指標(biāo)較高的則采用 多閉環(huán)系統(tǒng)。按反饋的方式不同可分為轉(zhuǎn)速反饋，電流反饋，電壓反饋等。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)使用較多。在本裝置中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)實(shí)驗(yàn)是將反映轉(zhuǎn)速變化的電壓信號(hào)作為反饋信號(hào)，經(jīng)“轉(zhuǎn)速變換”后接到“速度調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較經(jīng)放大后，得到移相控制電 壓UCt,用作控制整流橋的“觸發(fā)電路”，觸發(fā)脈沖經(jīng)功放后加到晶閘管的門極和陰極之間， 以改變“三相全控整流”的輸出電壓，這就構(gòu)成了速度負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨給定 電壓變化，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速由速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定，速度調(diào)

48、節(jié)器采用P （比例）調(diào)節(jié)對(duì)階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差， 要想消除上述誤差，則需將調(diào)節(jié)器換成PI（比例積分）調(diào)節(jié)。這時(shí)當(dāng) “給定”恒定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)速度變化起到了抑制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓波動(dòng)時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。在電流單閉環(huán)中，將反映電流變化的電流互感器輸出電壓信號(hào)作為反饋信號(hào)加到“電流調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較，經(jīng)放大后，得到移相控制電壓UCt,控制整流橋的“觸發(fā)電路”，改變“三相全控整流”的電壓輸出，從而構(gòu)成了電流負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。 電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速也由電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定。同樣，電流調(diào)節(jié)器若采用P （比例）調(diào)節(jié)，對(duì)階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要消除該誤差將調(diào)節(jié)器換成

49、PI（比例積分）調(diào)節(jié)。當(dāng)“給定”恒定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)電樞電流變化起到了抑制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓波動(dòng)時(shí)，電機(jī)的電樞電流能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。一相電源輸出給定電流反饋 叮過池保護(hù)圖5-1轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖給定（K）i少6勵(lì)磁 電源j-ii 全拄 整流圖5-2 電流單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖在電壓?jiǎn)伍]環(huán)中，將反映電壓變化的電壓隔離器輸出電壓信號(hào)作為反饋信號(hào)加到“電壓調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較，經(jīng)放大后，得到移相控制電壓5,控制整流橋的“觸發(fā)電路”，改變“三相全控整流”的電壓輸出，從而構(gòu)成了電壓負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。 電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速也由電壓調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定。同樣，調(diào)節(jié)器若采用P（比例）調(diào)

50、節(jié)，對(duì)階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要消除該誤差將調(diào)節(jié)器換成PI（比例積分）調(diào)節(jié)。當(dāng)“給定”恒定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)電樞電壓變化起到了抑制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓波動(dòng)時(shí)，電機(jī)的電樞電壓能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。圖 5-3 電壓?jiǎn)伍]環(huán)系統(tǒng)原理圖在本實(shí)驗(yàn)中DJK04上的“調(diào)節(jié)器I ”做為“速度調(diào)節(jié)器”和“電壓調(diào)節(jié)器”使用，“調(diào)節(jié) 器II ”做為“電流調(diào)節(jié)器”使用；若使用 DD03-4不銹鋼電機(jī)導(dǎo)軌、渦流測(cè)功機(jī)及光碼盤測(cè)速 系統(tǒng)和D54-4 智能電機(jī)特性測(cè)試及控制系統(tǒng)兩者來(lái)完成電機(jī)加載請(qǐng)?jiān)斠姼戒浵嚓P(guān)內(nèi)容。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)DJK04 上的基本單元的調(diào)試。(3) 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。(3 電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

51、。(4) 電壓?jiǎn)伍]環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。五、預(yù)習(xí)要求(1) 復(fù)習(xí)自動(dòng)控制系統(tǒng)( 直流調(diào)速系統(tǒng)) 教材中有關(guān)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)、閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的內(nèi)容。(2) 掌握調(diào)節(jié)器的基本工作原理。(3) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖，能畫出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的詳細(xì)接線圖，并理解各控制單元在調(diào)速系統(tǒng)中 的作用。(4) 實(shí)驗(yàn)時(shí)，如何能使電動(dòng)機(jī)的負(fù)載從空載( 接近空載 ) 連續(xù)地調(diào)至額定負(fù)載?六、實(shí)驗(yàn)方法(1)DJK02和DJK02-1上的“觸發(fā)電路”調(diào)試打開DJK01總電源開關(guān)，操作“電源控制屏”上的“三相電網(wǎng)電壓指示”開關(guān)，觀察 輸入的三相電網(wǎng)電壓是否平衡。將DJK01 "電源控制屏”上“調(diào)速電源選擇開關(guān)”撥至“直流調(diào)速”側(cè)。

52、用10芯的扁平電纜，將DJK02的“三相同步信號(hào)輸出”端和 DJK02-1 "三相同步信號(hào)輸入”端相連, 打開 DJK02-1 電源開關(guān)，撥動(dòng) “觸發(fā)脈沖指示”鈕子開關(guān)，使“窄”的發(fā)光管亮。觀察A、日C三相的鋸齒波，并調(diào)節(jié) A B、C三相鋸齒波斜率調(diào)節(jié)電位器(在各觀測(cè)孔 左側(cè))，使三相鋸齒波斜率盡可能一致。將口心4±的"給定"輸出Ug直接與DJK02-1上的移相控制電壓UCt相接，將給定開關(guān) & 撥到接地位置(即Ut=0),調(diào)節(jié)DJK02-1上的偏移電壓電位器，用雙蹤示波器觀察 紳目同步電壓信號(hào)和“雙脈沖觀察孔”VT1的輸出波形，使a =120。(注意此處的a表示三相晶閘管電路中的移相角，它的0°是從自然換流點(diǎn)開始計(jì)算，而單相晶閘管電路的0 °移相角表示從同步信號(hào)過零點(diǎn)開始計(jì)算，兩者存在相位差，前者比后者滯后 30° ) 。適當(dāng)增加給定Ug 的正電壓輸出，觀測(cè)DJK02-1 上“脈沖觀察孔”的波形，此時(shí)應(yīng)觀測(cè)到單窄脈沖和雙窄脈沖。用 8 芯的扁平電纜，將DJK02-1 面板上“觸發(fā)脈沖輸出”和“觸發(fā)脈沖輸入”相連，使得觸發(fā)脈沖加到正反橋功放的輸入端。將DJK02-1面板上的Uf端接地，用20芯的扁平電纜，將DJK02-1的“正橋觸發(fā)脈沖輸出” 端和DJK02“正橋觸發(fā)脈沖輸入”端相連，并將DJK02