课程设计报告
课程名称：控制装置与仪表
院系：控制与计算机工程学院
指导教师：***
学生姓名：
学号：
班级：
一、“控制仪表实训”主要内容
1) 调节器 /操作器工原理及使用配置方法；
2) 变频器工作原理及使用配置方法；
3) 交流电机 PWM 调速工作原理及应用方法；
4) 数据记录仪工作原理及使用配置方法；。

二、基本要求
1) 掌握调节器 /操作器使用及配置方法；操作器使用及配置方法；
2) 掌握变频器使用及配置方法；
3) 掌握交流电机 PWM 调速应用方法；
4) 掌握数据记录仪使用及配置方法。

三、实验器材
ABB三相交流电动机一台，ABB_ACS150变频器一台，PID控制器，记录仪，霍尔转速传感器，转换数字显示仪，万用表，电工工具，导线若干。

四、装置功能或原理
1.调节器基本功能：AI-519 经济型人工智能调节器，0.3级精度，AI人工智能调节技术，有自整定功能，带手动/自动无扰动切换功能。

2.变频器基本功能：把工频电源变换成各种频率的交流电源，以实现电动机的变速运行。

3.PWM（脉宽调制）调速原理：利用逆变器具有的开关元件，在其控制端加上三角载波Uc和正弦调制波Ur,当正弦调制波Ur
的值在某点上大于三角载波Uc时，开关元件导通，输出矩形脉冲，反之，开关元件截止。

改变正弦调制波Ur的频率，可以改
变输出电压的频率，以此来实现电机调速。

4.霍尔效应测速原理：霍尔传感器固定安装，而在电机的旋
转部位安装一个导磁性好的磁钢。

当霍尔传感器靠近导磁物体时，霍尔传感器内部的磁场发生变化，由于霍尔效应，产生不同的霍尔电动势，以此可以判断是否有导磁物体接近。

旋转过程中，磁钢每接近霍尔传感器一次，霍尔传感器认为电机旋转了一圈，产生一个矩形脉冲输出，以此计算电机转速。

四、各装置的输入与输出信号。

1.调节器
输出：4~20mA的线性电流信号。

输入：4~20mA的线性电流信号经250Ω电阻变为1~5V电压信号输入。

2.记录仪
输入：4~20mA的线性电流信号经250Ω电阻变为1~5V电压信号输入。

3.变频器
输入：220V AC 模拟输入 4~20mA电流
输出：220V可变频 AC
4. 霍尔转速传感器
输出：矩形脉冲波
5. 转换数字显示仪
输入：H＞4V，L＜3V的矩形脉冲波
输出：4~20mA线性电流
五、控制器手/自动无扰切换方法和原理
切换方法
自动→手动：按下设置键，切换到百分比输出模式，按控制
面板A/M切换按钮，将控制器切换到手动模式，MAN指示灯亮。

手动→自动：按控制面板A/M切换按钮，将控制器切换到自
动模式，MAN指示灯灭。

原理：
在控制系统中，后备手动操作器一般是串联在自动控制器后（往往集成在一个PID模块之内），再与执行机构相连。

系统从计算机实现的自动状态（包括软手动）切换到硬手动状态时，由于后备手动操作器在自动状态时实际起一个跟随器的作用，这时手动操作器跟踪自动挡的输出，这样在切换的瞬间由于手动操作器内部硬件电路（主要是其中的电容）的保持作用，使得切换没有扰动产生。

也就是说，自动到手动的无扰切换主要是由手动操作器的硬件实现的。

相反地，手动状态到自动状态的无扰切换，计算机需要采样获得手动操作器或者执行机构输出的所谓阀位值。

但是仅仅这样是不够的，因为这只是使u(k-1)能够跟踪阀位。

所以还需要同时对控制算法的软件进行处理，由数字PID的向后差分形式的差分方程
算式：
u[k]-u[k-1]=Kp*((1+T/Ti+Td/T)*e[k]-(1+2*Td/T)*e[k-1]+Td
/T*e[k-2])
可知，要实现手动到自动的无扰切换就是要使
△u[k]=u[k]-u[k-1]=0,这样在手动状态下，就必须使算法中
e[k-1],e[k-2]等历史状态清零，同时使切换时偏差e[k]也为0。

为使e[k]=0，就要求手动状态时的设定值跟踪过程的反馈量（即SP跟踪PV）。

这样处理后，就可以保证△u[k]=0。

六、变频调速接线图及电路图
七、变频调速各装置参数设置
1.调节器参数设置
在Loc模式下输入‘808’，进入参数设置。

对如下参数进行下列设置：CtrL*(nPId),P(120),I(1),D(1),Inp*(33),Opt*(4-20)。

保存退出Loc设为0或1。

Act参数：RE反作用，DR正作用
2．记录仪参数设置
在密码输入界面输出密码000001，进入系统组态界面，在系统参数组态和通道参数组态中对第一通道的输入信号设置为1-5V，量程上限为50，下限为0，单位为Hz，设置记录间隔为1s。

3.变频器参数设置
在Par L模式下，选择11，再选择参数1105，设置最高频率为50Hz。

同样选择1104，设置最低频率为0Hz
4. 转换数字显示仪参数设置
设置满量程D=25
八、变频调速实验过程及结果
1．自动模式切换到手动模式
① 系统上电，按下设置键，切换到百分比输出模式，按控制面板A/M切换按钮，将控制器切换到手动模式，此时MAN指示灯亮。

② 确定控制器输出最小，启动变频器，观察变频器显示面板是否为最小频率。

③ 通过调节控制器控制面板上下按钮设定输出频率，调节控制
器的输出到50%。

④ 通过调节控制器控制面板上下按钮设定输出频率，调节控制
器的输出到100%。

结果：当输出位50%时，变频器上显示为23.6Hz,记录仪上显示为23.1Hz。

当输出位100%时，变频器上显示为48.9Hz,记录仪上显示为
47.4Hz.
2.手动动模式切换到自动模式
① 在手动模式下，按下控制面板A/M切换按钮，将控制器切换到自动模式，此时MAN指示灯灭，此时再次按下设置键，可返回工
程量输出模式（这里为频率Hz）。

② 通过调节控制器控制面板上下按钮修改闭环系统的设定值
（单位Hz），使设定值为40.4Hz，如图所示得控制器所测实际值和记录仪显示输出曲线。

转换数字显示仪的结果为设定值的一半。

转换数字显示仪和控制器显示结果:
记录仪显示结果：
心得体会：通过本次课设，我对变频调速系统有了更加深刻地认知。

通过对
使用手册和课本的查阅，了解了各个装置的功能及使用方法。

在实际操作过程中碰到不少的问题，例如控制器参数的设置，手/自动转换的操作以及变频器应用宏的恒速设定等。

但通过探究，这些问题都得以解决。

本次实验不仅让我对整个实验装置有了深刻的理解，同时也对各个部分的接线有了一些自己的认知。

通过对变频器端口Di3,Di4端口不同的接通状态，实现了电动机在各个恒速模式下的转动。

实验过程中，我通过改变控制器的PID设定值，得到在不同控制效果下的电机转速输出曲线，深刻地认识了PID控制器各部分所实现的控制作用。

同时，在实验的最后，我也仍然存在一个问题没有解决：转换数字显示仪其显示结果与实际转速的对应关系是如何实现的。

总而言之，这次实验填补了我不少的知识漏洞，让我认识到这门课在我们实际生活中的重要性。