直流調(diào)速系統(tǒng)2實(shí)驗(yàn)

1、多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系列哈工大航天學(xué)院飛行器控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心概述多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電能與機(jī)械能之間的能量轉(zhuǎn)換通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)電壓、電流、頻率等輸入量，改變工作機(jī)械的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角等機(jī)械量。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)）以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象以控制器為核心以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下組成概述多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)分類根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械要求分：調(diào)速系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)、多電動(dòng)機(jī)同步控制系統(tǒng)；按驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類型分：直流傳動(dòng)系統(tǒng)、交流傳動(dòng)系統(tǒng)；按控制器的類型分：模擬控制系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)；按系統(tǒng)中閉環(huán)的數(shù)目分：?jiǎn)苇h(huán)控制

2、系統(tǒng)、多環(huán)控制系統(tǒng)。所謂的多環(huán)系統(tǒng)，是指按一環(huán)套一環(huán)的嵌套結(jié)構(gòu)組成的具有兩個(gè)或兩個(gè)以上閉環(huán)的控制系統(tǒng)。多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展歷史1821年英國(guó)科學(xué)家法拉第首先證明可以把電力轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 1834 年德國(guó)雅可比發(fā)明直流發(fā)動(dòng)機(jī)在兩個(gè)U型電磁鐵中間，裝一六臂輪，每臂帶兩根棒型磁鐵。通電后，棒型磁鐵與U型磁鐵之間產(chǎn)生相互吸引和排斥作用 ，帶動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。1870年比利時(shí)工程師格拉姆證明向直流發(fā)動(dòng)機(jī)輸入電流，其轉(zhuǎn)子會(huì)象電動(dòng)機(jī)一樣旋轉(zhuǎn)。這就是格拉姆型直流電動(dòng)機(jī)。多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展歷史上個(gè)世紀(jì)30年代，出現(xiàn)發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。軋鋼、礦山采掘、海洋鉆探、金屬加工、紡織、造紙以及高

3、層建筑等需要高性能可控電力拖動(dòng)的場(chǎng)合，仍然廣泛采用直流調(diào)速系統(tǒng)。 直流調(diào)速系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用上仍將占重要地位. 隨著磁放大器、電機(jī)放大器等控制元件問世和被采用，直流調(diào)速系統(tǒng)能在較寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，具有較優(yōu)良的調(diào)速性能指標(biāo)，從而使直流電動(dòng)機(jī)被廣泛的應(yīng)用在各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展歷史冷軋機(jī)中的應(yīng)用冷軋機(jī)是一種鋼筋冷軋加工設(shè)備，目前主流用的是直流電機(jī)與直流調(diào)速器來(lái)控制。軋機(jī)的速度穩(wěn)定性要求較高，由主機(jī)來(lái)帶動(dòng)左右卷取機(jī)的運(yùn)行，主機(jī)運(yùn)行在精確的速度控制方式下，直流調(diào)速系統(tǒng)可以很好的滿足穩(wěn)定性和精度的要求。多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展歷史多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)龍門刨床中的應(yīng)用龍門刨床是一種廣泛使用的大

4、型工件刨削加工機(jī)床，是工業(yè)的母機(jī)。龍門刨床的工作臺(tái)帶著工件通過(guò)門式框架作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，空行程速度大于工作行程速度。機(jī)床工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)為直流調(diào)速方式,調(diào)速范圍較大,在低速時(shí)也能獲得較大的驅(qū)動(dòng)力。不僅要求頻繁地?fù)Q向, 而且要求動(dòng)態(tài)及靜態(tài)性能優(yōu)良。 調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展歷史多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)高層電梯中的應(yīng)用直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能好、調(diào)速范圍大的特點(diǎn)，因此很早就應(yīng)用于電梯上，采用發(fā)電機(jī)一電動(dòng)機(jī)組形式驅(qū)動(dòng)。它控制的電梯速度達(dá)4ms，機(jī)組結(jié)構(gòu)體積大、耗電大、維護(hù)工作量較大、造價(jià)高，因此常用于對(duì)速度，舒適感要求較高的建筑物中。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉多

5、環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成原理及其調(diào)試方法；2、掌握單環(huán)及雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性的測(cè)試方法，繪制靜態(tài)特性曲線； 4、掌握三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)頻率特性的測(cè)試方法，求出系統(tǒng)的Mp、h、2、1、c，繪出三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)Bode圖。 3、掌握雙環(huán)及三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試方法； 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 直流電動(dòng)機(jī)組DS5152CA數(shù)字示波器 TD4020頻率特性測(cè)試儀 直流調(diào)速系統(tǒng)操作臺(tái)多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)直流調(diào)速系統(tǒng)操作臺(tái)多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)組成前置放大器 速度調(diào)節(jié)器 微分速度調(diào)節(jié)器電壓調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器 電流變化率調(diào)節(jié)器速度負(fù)反饋 速度正反饋 PWM功率放大器

6、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)靜態(tài)特性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系統(tǒng)中各調(diào)節(jié)器的作用多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理系統(tǒng)調(diào)速原理系統(tǒng)頻率特性多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)分類多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性DaaeUI RnK調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的方法改變電樞回路電阻調(diào)速法；減弱磁通調(diào)速法；調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速法。本實(shí)驗(yàn)裝置采用改變電樞回路電壓進(jìn)行調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法無(wú)級(jí)平滑調(diào)速Ia變化遇到的時(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)需要大容量可調(diào)直流電源系統(tǒng)調(diào)速原理系統(tǒng)靜態(tài)特性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系統(tǒng)中各調(diào)節(jié)器的作用多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理系統(tǒng)調(diào)速原理系統(tǒng)頻率特性多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)分類多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)分類單環(huán)

7、調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的靜差率的要求，只能減少負(fù)載所引起的靜態(tài)速降nnom。從控制手段上引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，使系統(tǒng)成為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。減小轉(zhuǎn)速降落降低靜差率擴(kuò)大調(diào)速范圍nomnomeRInC轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)UnUct多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)分類單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)為了解決轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)調(diào)速系

8、統(tǒng)起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)電流過(guò)大的問題，引進(jìn)電流負(fù)反饋以保持電流它不超過(guò)允許值。當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才起作用的電流負(fù)反饋叫做電流截止負(fù)反饋。多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)分類單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電樞電壓負(fù)反饋單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電樞電壓負(fù)反饋單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)忽略電樞繞組上的壓降，電樞電壓負(fù)反饋基本上能代替轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的作用。作為反饋檢測(cè)元件的只是一個(gè)并聯(lián)在電樞兩端起分壓作用的電位器，比測(cè)速發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)單的多。電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)不能克服電樞壓降所造成的轉(zhuǎn)速降落，調(diào)速性能不如轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，穩(wěn)態(tài)性能也

9、要差些。多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)分類單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電樞電壓負(fù)反饋單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流；以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出作為PWM功率放大器的控制電壓。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)分類單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單

10、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電樞電壓負(fù)反饋單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)帶電流變化率內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)帶電流變化率內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)為解決系統(tǒng)的快速性，增加一個(gè)限制電流變化的約束條件，使電流按允許的最大變化率上升；在電流環(huán)里面，再套上一個(gè)電流變化率環(huán)，這樣就構(gòu)成一種三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)分類單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電樞電壓負(fù)反饋單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)帶電流變化率內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介多環(huán)

11、直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)大容量且對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高的調(diào)速系統(tǒng)，通常會(huì)采用轉(zhuǎn)速、電流、電壓三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。電壓調(diào)節(jié)器的主要作用是改造對(duì)象特性和加快電壓調(diào)節(jié)時(shí)間。系統(tǒng)靜態(tài)特性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系統(tǒng)中各調(diào)節(jié)器的作用多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理系統(tǒng)調(diào)速原理系統(tǒng)頻率特性多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)分類多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)PI調(diào)節(jié)器的作用在系統(tǒng)中增加了一個(gè)位于原點(diǎn)的開環(huán)極點(diǎn)，可以提高系統(tǒng)的型別，以消除或提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。同時(shí)也增加了一個(gè)位于S左半平面的開環(huán)零點(diǎn)，用來(lái)提高系統(tǒng)的阻尼度，緩和PI控制器極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生的不利影響。只要積分時(shí)間常數(shù)Ti足夠大，PI控制器對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的

12、不利影響可大為減弱。在控制系統(tǒng)中，PI控制器主要用于改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。 多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓Un*變化，保證穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。 對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。 其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。在啟動(dòng)時(shí)給出最大電流給定信號(hào)。電流調(diào)節(jié)器的作用多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過(guò)程中，它的作用是使電流緊緊跟隨外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量變化。電壓調(diào)節(jié)器的作用改造對(duì)象特性，加快電壓調(diào)節(jié)時(shí)間，限制最大輸出電壓。 對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用。 當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電

13、樞電流的最大值，起快速的安全、自動(dòng)保護(hù)作用。 啟動(dòng)時(shí)保證獲得恒定的最大允許電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。 在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程中，使電流Id跟隨其給定電壓Un*變化。系統(tǒng)靜態(tài)特性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系統(tǒng)中各調(diào)節(jié)器的作用多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理系統(tǒng)調(diào)速原理系統(tǒng)頻率特性多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)分類多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)靜態(tài)特性直流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的靜態(tài)關(guān)系系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)K不同，系統(tǒng)靜態(tài)特性也不同系統(tǒng)靜態(tài)特性將影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差對(duì)直流電動(dòng)機(jī)來(lái)講，改變負(fù)載電阻值的大小，就是改變直流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩M的大小。直流電動(dòng)機(jī)、直流發(fā)電機(jī)、直流測(cè)速機(jī)這三個(gè)元件同軸連接而組成機(jī)組直流發(fā)電機(jī)電樞電流與負(fù)載電阻值成反

14、比直流發(fā)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與負(fù)載電流成正比 Mfz = CmIfz系統(tǒng)靜態(tài)特性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系統(tǒng)中各調(diào)節(jié)器的作用多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理系統(tǒng)調(diào)速原理系統(tǒng)頻率特性多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)分類多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性 系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)在給定信號(hào)r(t)的作用下，系統(tǒng)輸出量u(t)的變化情況用時(shí)域性能指標(biāo)來(lái)描述。是在初始條件為零的情況下，以系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入信號(hào)的輸出響應(yīng)(稱為單位階躍響應(yīng))為依據(jù)提出的。 上升時(shí)間tr 峰值時(shí)間tp 過(guò)渡過(guò)程時(shí)間ts 超調(diào)量p%100maxUUUp系統(tǒng)靜態(tài)特性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系統(tǒng)中各調(diào)節(jié)器的作用多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理系統(tǒng)調(diào)速原理系統(tǒng)頻率特性多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)分類多環(huán)直流調(diào)速

15、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)頻率特性頻率特性法：研究待測(cè)系統(tǒng)輸入正弦信號(hào)與輸出正弦信號(hào)的幅值和相位變化的關(guān)系對(duì)于線性定常系統(tǒng)，當(dāng)輸入是正弦信號(hào)時(shí)，其輸出也是相同頻率的正弦信號(hào)，只是二者幅值、相角可能不同。正弦信號(hào)有無(wú)窮階導(dǎo)數(shù)，所以正弦信號(hào)中包含了位置、速度、加速度等各種作用；控制系統(tǒng)中的各個(gè)信號(hào)，可以分解成許多不同頻率的正弦信號(hào)；根據(jù)控制系統(tǒng)對(duì)不同頻率正弦信號(hào)的響應(yīng)，就可以全面地反映出系統(tǒng)的各種性質(zhì)。在對(duì)象的輸入端加入一定帶寬范圍內(nèi)各種頻率的正弦波信號(hào)，測(cè)量其輸出信號(hào)頻率特性數(shù)據(jù)，就可以分析系統(tǒng)的頻率特性。多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 本實(shí)驗(yàn)采用TD4020頻率特性測(cè)試儀測(cè)量系統(tǒng)頻率特性指標(biāo) TD4020頻率特性測(cè)試

16、儀組成部分 信號(hào)發(fā)生器 頻率分析器 顯示器頻率特性測(cè)試儀系統(tǒng)頻率特性測(cè)試過(guò)程產(chǎn)生一系列不同頻率的正弦信號(hào)X激勵(lì)被測(cè)對(duì)象；測(cè)量被測(cè)對(duì)象的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)Y，逐點(diǎn)獲得其頻率特性；根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)求出系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性指標(biāo)。根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性指標(biāo)繪制系統(tǒng)的開環(huán)Bode圖；實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)和轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性，繪制靜態(tài)特性曲線。單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性測(cè)試測(cè)試轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，根據(jù)測(cè)量的時(shí)域性能指標(biāo)tp、ts、p，求出頻率域性能指標(biāo)c、b和系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)(s)。雙環(huán)

17、調(diào)速系統(tǒng)和三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試測(cè)試帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的頻率特性，求出系統(tǒng)的Mp、h、2、1、c；繪出三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)Bode圖； 三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的頻率特性測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)靜態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)靜態(tài)特性測(cè)試的工作方式如下圖所示測(cè)試方法：測(cè)試方法：將調(diào)速系統(tǒng)分別連接成：轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)；轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)節(jié)給定電壓Un*使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到理想空載轉(zhuǎn)速700轉(zhuǎn)/每分鐘（rpm），逐次改變負(fù)載電阻的波段開關(guān)，觀察電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與電流I數(shù)值的變化。多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)靜態(tài)特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)步驟：1、確認(rèn)調(diào)速系統(tǒng)電源處于關(guān)閉狀態(tài)；

18、2、速度給定電位器調(diào)在0.2圈左右；3、按調(diào)速系統(tǒng)原理框圖分別連接成： 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)； 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；4、將負(fù)載電阻的波段開關(guān)撥在0檔；5、將前置放大器的指針式電位器K1的數(shù)值調(diào)節(jié)在K=5；6、接通調(diào)速系統(tǒng)電源開關(guān)；7、調(diào)節(jié)速度給定指針電位器的數(shù)值使電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到700rpm左 右（參考值：此時(shí)速度給定指針電位器應(yīng)大于1.5圈）；8、改變負(fù)載電阻的波段開關(guān)（從0到8）；9、記錄每一次負(fù)載電阻的變化引起的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電流I的變化；10、將速度給定電位器調(diào)在0.2圈左右，關(guān)斷調(diào)速系統(tǒng)電源開關(guān)；15多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)靜態(tài)特性測(cè)試11、記錄表格如下：12、根據(jù)記錄數(shù)

19、據(jù)繪出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線；多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)靜態(tài)特性測(cè)試轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)連線方式如下：多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)靜態(tài)特性測(cè)試轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)連線方式如下：測(cè)試轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)和轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性，繪制靜態(tài)特性曲線。單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性測(cè)試測(cè)試轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，根據(jù)測(cè)量的時(shí)域性能指標(biāo)tp、ts、p，求出頻率域性能指標(biāo)c、b和系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)(s)。雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試測(cè)試帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的頻率特性，求出系統(tǒng)的Mp、h、2、1、c；繪出三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)Bo

20、de圖； 三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的頻率特性測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試測(cè)試方法：測(cè)試方法：將調(diào)速系統(tǒng)分別連接成：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)節(jié)給定電壓Un*使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n達(dá)到400（rpm）左右，在給定電壓Un*上疊加這個(gè)方波信號(hào)，從超低頻示波器可以觀測(cè)到系統(tǒng)的輸出波形。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的工作方式如下圖所示多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)步驟：1、確認(rèn)調(diào)速系統(tǒng)電源處于關(guān)閉狀態(tài)；2、速度給定電位器調(diào)在0.2圈左右；3、按調(diào)速系統(tǒng)原理框圖分別連接成： 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、 帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；4、將負(fù)載電阻的

21、波段開關(guān)撥在0檔；5、將前置放大器的指針式電位器K1的數(shù)值調(diào)節(jié)在K=5；6、接通調(diào)速系統(tǒng)電源開關(guān)；7、調(diào)節(jié)速度給定指針電位器的數(shù)值使電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到400rpm左右；8、利用TD4020頻率特性分析儀，產(chǎn)生幅值0.6V、頻率200mHz的方 波信號(hào)；9、觀測(cè)示波器的圖形，在適當(dāng)?shù)挠^測(cè)點(diǎn)按下示波器的運(yùn)行/停止 鍵，鎖定階躍響應(yīng)曲線；10、用示波器的光標(biāo)方法，測(cè)量時(shí)域參數(shù)Umax、U、tr、tp和ts的 值，并求出系統(tǒng)的超調(diào)量p，一并填寫到實(shí)驗(yàn)報(bào)告指 定頁(yè)面的表格中；11、將速度給定電位器調(diào)在0.2圈左右，關(guān)斷電源開關(guān)； 30多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試12、根據(jù)時(shí)域性能指標(biāo)的測(cè)量值，求出直

22、流調(diào)速系統(tǒng)的頻率域性能指標(biāo)、n、c、b，并求出系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)(s)，一并填寫到實(shí)驗(yàn)報(bào)告指定頁(yè)面的表格中。多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試二階控制系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)與頻域性能指標(biāo)關(guān)系公式如下： 多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)連線方式如下：多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試?yán)肨D4020頻率特性分析儀產(chǎn)生方波信號(hào)步驟 ： 在發(fā)生器（GENERATOR）單元中按波形選擇（WAVE SELECT）連續(xù)三次，在LED顯示窗口中顯示出 ，表示發(fā)生器的輸出為方波信號(hào)。 在控制面板的右側(cè)，按下頻率（FREQ），在數(shù)字單元中按數(shù)字鍵200，按下mHz，再按下寫入（ENT

23、ER），表示方波信號(hào)頻率為0.2Hz。 在控制面板的右側(cè)，按下幅度（AMPL），在數(shù)字單元中按數(shù)字鍵0.6，再按下寫入（ENTER），表示方波信號(hào)幅值為0.6V。 在發(fā)生器（GENERATOR）單元中按下啟動(dòng)（START），這樣TD4020頻率特性分析儀就能產(chǎn)生一個(gè)電壓幅值0.6V，波形頻率0.2Hz的方波信號(hào)。多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試用示波器的光標(biāo)方法，測(cè)量時(shí)域參數(shù)Umax、U、tr、tp和ts的值 ：最大偏離量Umax：Uc軌跡從零點(diǎn)起到最大值區(qū)段在示波器Y軸上投影的坐標(biāo)格數(shù)；終值U：Uc軌跡從零點(diǎn)起到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值區(qū)段在示波器Y軸上投影的坐標(biāo)格數(shù)；上升時(shí)間（tr）：Uc軌跡從終值

24、10%上升到終值90%區(qū)段在時(shí)間軸上的投影就是上升時(shí)間（用示波器測(cè)量可直接顯示出時(shí)間數(shù)值）峰值時(shí)間（tp）：Uc軌跡從零點(diǎn)起到最大值區(qū)段在時(shí)間軸上的投影就是峰值時(shí)間（用示波器測(cè)量可直接顯示出時(shí)間數(shù)值）；過(guò)渡過(guò)程時(shí)間（ts）：找到Uc軌跡進(jìn)入5%的誤差帶后不再出來(lái)的第一個(gè)相交點(diǎn)，從Uc軌跡零點(diǎn)起到這個(gè)交點(diǎn)區(qū)段在時(shí)間軸上的投影就是過(guò)渡過(guò)程時(shí)間（用示波器測(cè)量可直接顯示出時(shí)間數(shù)值）。超調(diào)量p：根據(jù)Umax和U可以求出系統(tǒng)的超調(diào)量。%100maxUUUp測(cè)試轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)和轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性，繪制靜態(tài)特性曲線。單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性測(cè)試測(cè)試轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)

25、速系統(tǒng)和帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，根據(jù)測(cè)量的時(shí)域性能指標(biāo)tp、ts、p，求出頻率域性能指標(biāo)c、b和系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)(s)。雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試測(cè)試帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的頻率特性，求出系統(tǒng)的Mp、h、2、1、c；繪出三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)Bode圖； 三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的頻率特性測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)頻率特性測(cè)試測(cè)試方法：測(cè)試方法：在測(cè)試調(diào)速系統(tǒng)頻率特性時(shí)，被測(cè)調(diào)速系統(tǒng)的輸入端，施加不衰減的正弦信號(hào)u(t)=Amsin(t)，調(diào)速系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)輸出過(guò)程，其輸出信號(hào)也為正弦信號(hào)，角頻率與輸入相同，即y(t)=Rmsin(t)。在測(cè)試頻率特

26、性的過(guò)程中，正弦信號(hào)每一次角頻率的變化，TD4020頻率特性分析儀都按 、 的數(shù)學(xué)公式計(jì)算，并在LED窗口顯示出來(lái)。mmARjG/lg20)()( j系統(tǒng)頻率特性測(cè)試的工作方式如下圖所示：多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)頻率特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)步驟：1、確認(rèn)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)電源處于關(guān)閉狀態(tài)；2、速度給定電位器調(diào)在0.2圈左右；3、按調(diào)速系統(tǒng)原理框圖連接成帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)4、將負(fù)載電阻的波段開關(guān)撥在0檔；5、將前置放大器的指針式電位器K1的數(shù)值調(diào)節(jié)在K=5；6、接通調(diào)速系統(tǒng)電源開關(guān)；7、調(diào)節(jié)速度給定指針電位器的數(shù)值使電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到400rpm左右；8、利用TD4020頻率特性分析儀，產(chǎn)生幅值0.3

27、15V、下限頻率 300mHz、上限頻率8Hz的正弦信號(hào)；9、用頻率特性分析儀測(cè)量頻率特性的幅頻數(shù)值并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)至實(shí) 驗(yàn)報(bào)告頁(yè)面給定的表格中；10、將速度給定電位器調(diào)在0.2圈左右，關(guān)斷調(diào)速系統(tǒng)電源開關(guān)；11、根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)求出系統(tǒng)的Mp、h、2、1、c。12、根據(jù)以上參數(shù)繪制系統(tǒng)的開環(huán)Bode圖；多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)頻率特性測(cè)試頻率（f）角頻率（）幅頻特性（db）相頻特性（）頻率（f）角頻率（）幅頻特性（db）相頻特性（）0.313.72.414.50.513.83.014.90.813.83.817.5511.013.84.813.61.213.96.013.41.514.07.68.71.914.38.05幅值（db） 相角（） 頻率（mHz）多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)頻率特性測(cè)試多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)頻率特性測(cè)試多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)頻率特性測(cè)試?yán)肨D4020頻率特性分析儀產(chǎn)生正弦信號(hào)步驟 ： 在發(fā)生器（G