選礦自動化上機實驗報告

1、實 驗 報 告 課程名稱： 學(xué) 院： 專 業(yè)：礦物加工工程 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2016年 1 月 5 日貴州大學(xué)實驗報告學(xué)院：礦業(yè)學(xué)院專業(yè)：礦物加工工程班級：班姓名學(xué)號1實驗組實驗時間2015.10.20指導(dǎo)教師李龍江成績實驗項目名稱MATLAB的基本入門和編程調(diào)試實驗?zāi)康?、 全面認識和了解MATLAB軟件2、 能運用MATLAB中的控制系統(tǒng)仿真解決控制系統(tǒng)的問題實驗要求實驗原理充分使用MATLAB軟件實驗儀器實驗步驟1、 介紹最常用的交互界面：通用指令窗、歷史指令窗、當(dāng)前目錄瀏覽器、工作空間瀏覽器、內(nèi)存數(shù)組編輯器、交互界面分類目錄窗、M文件編輯/調(diào)試器及幫助導(dǎo)航/

2、瀏覽器。2、 集中敘述一維、二維、任意高維雙精度數(shù)值數(shù)組的生成和操作。這是MATLAB最常用最基本又最傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型，定義在此類“對象”上的“方法”就是最具魅力的數(shù)組運算。3、 對數(shù)學(xué)問題的描述遵循“最低限度自封閉”原則，即以最簡明的方式闡述理論數(shù)學(xué)、數(shù)值數(shù)學(xué)和MATLAB計算指令間的內(nèi)在聯(lián)系和差別。比如在討論線性方程解時總是先回顧性的列出若干常見的“教科書解法”，并指出這些理論算法在實際應(yīng)用中的缺陷，然后在簡述數(shù)值計算原理的基礎(chǔ)上給出精良的MATLAB計算指令。4、 各種代數(shù)方程、微分方程的求解，解析微積分的求取，F(xiàn)ourier、Laplace交換的封閉表達式，任意精度的數(shù)值解等。5、 圍繞

3、數(shù)據(jù)成圖機理、繪圖要旨和修飾技法系統(tǒng)介紹“高層”繪圖指令和交互操作工具。6、 M文件和面向?qū)ο缶幊虄?nèi)容在理解MATLAB自身和應(yīng)用MATLAB兩方面都有十分重要的作用。對MATLAB傳統(tǒng)控制流進行簡述，較特殊的控制流；變長度輸入輸出宗量；跨空間運作的串演算指令和賦值指令；內(nèi)聯(lián)函數(shù)、子函數(shù)、私有函數(shù)和P偽碼文件；M文件編輯調(diào)速器；程序運行性能剖析器；面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)。7、 SIMULINK交互式仿真集成環(huán)境系統(tǒng)介紹建模和分析方法，特別著重于闡述：模型處理向量信號的能力；借助簡裝和精裝子系統(tǒng)進行的“分層”建模方法；復(fù)雜系統(tǒng)建模中不可缺少的邏輯關(guān)系運算和“使能”、“觸發(fā)”技術(shù)；SIMULINK與MA

4、TLAB的協(xié)調(diào)運作。8、 圖形用戶界面GUI制作專門講述用戶菜單、用戶控件和圖形用戶界面的制作。實驗內(nèi)容1、 學(xué)會使用MATLAB及用simulink進行控制系統(tǒng)仿真2、 學(xué)會MATLAB的數(shù)值計算及M文件編程實驗數(shù)據(jù)實驗總結(jié) 通過本次實驗，我對MATLAB有了一定的了解，并且掌握了MATLAB的使用，能夠運用MATLAB來解決數(shù)值計算問題和使用SIMULINK命令進行控制系統(tǒng)方真，以及使用Guide命令的使用，微分方程的求解，數(shù)組的各類計算，F(xiàn)ourier、Laplace變換的封閉表達式，任意精度的數(shù)值解，繪制圖形等等，在這次實驗中我收獲頗豐，MATLAB是一個比較容易而又很實用的一個軟件，

5、在今后的學(xué)習(xí)和工作中將對我有很大的幫助，感謝老師在本次實驗操作中的悉心指導(dǎo)和幫助。指導(dǎo)教師意見簽名： 年 月 日貴州大學(xué)實驗報告學(xué)院：礦業(yè)學(xué)院專業(yè)：礦物加工工程班級： 班姓名學(xué)號實驗組實驗時間2015.10.25指導(dǎo)教師李龍江成績實驗項目名稱自動控制系統(tǒng)的時域分析實驗實驗?zāi)康?、 觀察單位階躍函數(shù)的動態(tài)響應(yīng)2、 了解動態(tài)性能指標(biāo)的意義及其計算實驗要求實驗原理 阻尼比 無阻尼自然振蕩頻率 實驗儀器筆記本一臺實驗步驟1、 使用MATLAB軟件，進入SIMULINK編輯界面。2、 確定方框圖，傳遞函數(shù)。3、 輸入設(shè)定為單位階躍函數(shù)。4、 記錄輸出曲線，比較理論計算結(jié)果。實驗內(nèi)容1、 學(xué)會使用MATL

6、AB及用SIMULINK進行控制系統(tǒng)仿真2、 設(shè)計一個典型的二階系統(tǒng)3、 觀察在不同阻尼系數(shù)下的動態(tài)響應(yīng)曲線4、 觀察在不同自然振蕩頻率下的動態(tài)響應(yīng)曲線實驗數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)于下表：ntrts%-0.11-0.21010.110.51111.510.5100.5200.5300.5400.550實驗總結(jié)指導(dǎo)教師意見簽名： 年 月 日貴州大學(xué)實驗報告學(xué)院：礦業(yè)學(xué)院專業(yè)：礦物加工工程班級：121班姓名學(xué)號實驗組實驗時間2015.11.1指導(dǎo)教師李龍江成績實驗項目名稱自動控制系統(tǒng)Routh判據(jù)實驗?zāi)康?、 進一步理解Routh穩(wěn)定判據(jù)的意義。2、 比較理論計算結(jié)果與實驗曲線結(jié)果，找出其相互關(guān)系。實驗要求實

7、驗原理對單位反饋控制系統(tǒng)利用Routh判據(jù)找出閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定范圍；在Nyquist圖上，確定閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定范圍；比較兩種方法。實驗儀器計算機一臺實驗步驟5、 手工計算：利用Routh判據(jù)判定穩(wěn)定范圍。6、 打開MATLAB軟件，進入畫Nyquist圖相應(yīng)的畫面。7、 輸入 ,，找出臨界穩(wěn)定值。實驗內(nèi)容5、 對于控制系統(tǒng)計算Routh表并判別穩(wěn)定性。6、 對于同樣的系統(tǒng)，利用MATLAB軟件畫出Nyquist圖，判別穩(wěn)定性。7、 比較兩種方法的相互關(guān)系。實驗數(shù)據(jù)實驗總結(jié)指導(dǎo)教師意見簽名： 年 月 日貴州大學(xué)實驗報告學(xué)院：專業(yè)：班級：姓名學(xué)號實驗組實驗時間指導(dǎo)教師成績實驗項目名稱單閉環(huán)直流

8、調(diào)速系統(tǒng)實驗?zāi)康?、 掌握用PID控制規(guī)律的直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試方法；4、 了解PWM調(diào)制、直流電機驅(qū)動電路的工作原理。實驗要求1、 畫出直流電機控制系統(tǒng)的方框圖。2、 分析P、I、D控制參數(shù)對直流電機運行的影響。實驗原理直流電機在應(yīng)用中有多種控制方式，在直流電機的調(diào)速控制系統(tǒng)中，主要采用電樞電壓控制電機的轉(zhuǎn)速與方向。功率放大器是電機調(diào)速系統(tǒng)中的重要部件，它的性能及價格對系統(tǒng)都有重要的影響。過去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大機或可控硅（晶閘管）。現(xiàn)在基本上采用晶體管功率放大器。PWM功率放大器與線性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流點擊的靜摩擦等優(yōu)點。PWM調(diào)制與晶體管功率放

9、大器的工作原理：1、 PWM的工作原理上圖所示為SG3525為核心的控制電路，SG3525是美國Silicon General公司生產(chǎn)的專用PWM控制集成芯片，其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及各引腳如圖13-2所示，它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，其內(nèi)部包含有精密基準(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護電路等。調(diào)節(jié)Ur的大小，在A、B兩端可輸出兩個幅度相等、頻率相等、相位相互錯開180度、占空比可調(diào)的矩形波（即PWM信號）。它適用于各開關(guān)電源、斬波器的控制。2、 功放電路直流電機PWM輸出的信號一般比較小，不能直接去驅(qū)動直流電機，它必須經(jīng)過功放后再接到直流電機的兩端。該實驗裝置中采用直流15V的直流

10、電壓功放電路驅(qū)動。3、反饋接口在直流電機控制系統(tǒng)中，在直流電機的軸上貼有一塊小磁鋼，電機轉(zhuǎn)動帶動磁鋼轉(zhuǎn)動。磁鋼的下面中有一個霍爾元件，當(dāng)磁鋼轉(zhuǎn)到時霍爾元件感應(yīng)輸出。4、直流電機控制系統(tǒng)如圖13-3所示，由霍爾傳感器將電機的速度轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡變換成數(shù)字量后送到計算機與給定值比較，所得的差值按照一定的規(guī)律（通常為PLD）運算，然后經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡輸出控制量，供執(zhí)行器來控制電機的轉(zhuǎn)速和方向。實驗儀器1、 THBCC-1型信號與系統(tǒng)·控制理論及計算機控制技術(shù)實驗平臺2、 THBXD數(shù)據(jù)采集卡一塊（含37芯通信線、16芯排線和USB電纜線各一根）3、 PC機1臺（含軟件“THBCC-1

11、”）實驗步驟8、 實驗接線1.1 用導(dǎo)線將直流電機單元24V的“+”輸入端接到直流穩(wěn)壓電源24V的“+”端；1.2 用導(dǎo)線將直流電機單元05V的“+”輸入端接到數(shù)據(jù)采集卡的“DA1”的輸出端，同時將UO的“+”（霍爾輸出）輸出端接到數(shù)據(jù)采集卡的“AD1”處。1.3 打開實驗平臺的電源總開關(guān)。9、 腳本程序運行2.1 啟動計算機，在桌面雙擊圖標(biāo)“THBCC-1”，運行實驗軟件。2.2 順序點擊虛擬示波器界面上的“開始采集”按鈕和工具欄上的“”按鈕（腳本編程器）；2.3 在腳本編輯器窗口的文件菜單下點擊“打開”按鈕，并在“計算機控制技術(shù)應(yīng)用算法”文件夾下選中“直流電機”腳本程序并打開，閱讀、理解該

12、程序，然后點擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“步長設(shè)置”，將腳本算法的運行步長設(shè)為50ms；2.4 點擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“啟動”；觀察直流電機的運行情況。2.5 當(dāng)直流電機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定值后，再點擊“腳本編輯器”窗口上“停止”按鈕，重新配置P、I、D的參數(shù)或改變算法的運行步長，并再次運行算法程序，觀察直流電機的運行情況；2.6 試驗結(jié)束后，關(guān)閉腳本編輯器窗口，退出實驗軟件。實驗內(nèi)容實驗數(shù)據(jù)實驗總結(jié)指導(dǎo)教師意見簽名： 年 月 日貴州大學(xué)實驗報告學(xué)院：專業(yè)：班級：姓名學(xué)號實驗組實驗時間指導(dǎo)教師成績實驗項目名稱步進電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)實驗?zāi)康?、 了解步進電機的工作原理；6、 理解步進電機的轉(zhuǎn)速

13、控制方式和調(diào)試方法；7、 掌握用VBScript或Jscript腳本語言進行開關(guān)量的編程。實驗要求3、 畫出步進電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的方框圖。4、 根據(jù)實驗程序編寫四相八拍方式的程序。實驗原理1、 步進電機工作原理介紹：步進電機是一種能將電脈沖信號轉(zhuǎn)化成機械角位移或線位移的執(zhí)行元件，它實際上是一種單相或多相同步電機。電脈沖信號通過環(huán)形脈沖分配器，勵磁繞組按照順序輪流接通直流電源。由于勵磁繞組在空間中按一定的規(guī)律排列，輪流和直流電源接通后，就會在空間形成一種階躍變化的旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定角度（稱為步距角）。在正常運行情況下，電機轉(zhuǎn)過的總角度與輸入的脈沖數(shù)成正比；電機的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖頻率保持嚴(yán)格的

14、對應(yīng)關(guān)系，步進電機的旋轉(zhuǎn)同時與相數(shù)、分配數(shù)、轉(zhuǎn)子齒輪數(shù)有關(guān)；電機的運動方向由脈沖相序控制。因為步進電機不需要A/D轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移，它被認為是理想的數(shù)控執(zhí)行元件。故廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、打印繪圖儀等數(shù)控設(shè)備中。不過步進電機在控制的精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統(tǒng)的閉環(huán)控制的直流伺服電動機。在精度不是需要特別高的場合，可以使用步進電機，以發(fā)揮其結(jié)構(gòu)及驅(qū)動電路簡單、可靠性高和成本低的特點。伴隨著不同數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進電機本身技術(shù)的提高，步進電機將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。現(xiàn)在比較常用的步進電機有反應(yīng)式步進電機、永磁式步進電機、混合式步進電機和單相式步進電機等。

15、其中反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路是由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?，F(xiàn)階段反應(yīng)式步進電機應(yīng)用最廣泛。2、 步進電機驅(qū)動電路原理步進電機和普通電機的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式，必須使用專用的步進電機驅(qū)動控制器。正是這個特點，步進電機可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。如圖14-1所示，它一般有脈沖發(fā)生單元、脈沖分配單元、功率驅(qū)動單元保護和反饋單元組成。除功率驅(qū)動單元以外，其他部分越來越趨向于用軟件來實現(xiàn)。3、 軟件控制方法（并行控制）并行控制是指用硬件或軟件方法實現(xiàn)脈沖分配器的功能，它輸出的多相脈沖信號，經(jīng)功率放大后驅(qū)動電機的各相繞組，其框圖如圖14-2所示。該實驗系統(tǒng)中

16、脈沖分配器由軟件實現(xiàn)的，由數(shù)據(jù)采集卡中的DO1DO4作為并行驅(qū)動驅(qū)動，驅(qū)動四相反應(yīng)式步進電機。實驗儀器4、 THBCC-1型信號與系統(tǒng)·控制理論及計算機控制技術(shù)實驗平臺5、 THBXD數(shù)據(jù)采集卡一塊（含37芯通信線、16芯排線和USB電纜線各一根）6、 PC機1臺（含軟件“THBCC-1”）實驗步驟10、 實驗接線1.1 將數(shù)據(jù)采集卡單元中的DO1DO4分別接到步進電機單元的A、B、C和D輸出端；1.2 打開實驗平臺的電源總開關(guān)。11、 腳本程序運行2.1 啟動計算機，在桌面雙擊圖標(biāo)“THBCC-1”，運行實驗軟件。2.2 順序點擊虛擬示波器界面上的“開始采集”按鈕和工具欄上的“”按

17、鈕（腳本編程器）；2.3 在腳本編輯器窗口的文件菜單下點擊“打開”按鈕，并在“計算機控制技術(shù)應(yīng)用算法”文件夾下選中“步進控制”腳本程序并打開，閱讀、理解該程序，然后點擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“步長設(shè)置”，將腳本算法的運行步長設(shè)為100ms；2.4 點擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“啟動”；觀察步進電機的運行情況。2.5 點擊“腳本編輯器”窗口上“停止”按鈕，更改算法的運行步長，并再次運行算法程序，觀察步進電機的運行；2.6 試驗結(jié)束后，關(guān)閉腳本編輯器窗口，退出實驗軟件。實驗內(nèi)容實驗數(shù)據(jù)實驗總結(jié)指導(dǎo)教師意見簽名： 年 月 日貴州大學(xué)實驗報告學(xué)院：專業(yè)：班級：姓名學(xué)號實驗組實驗時間指導(dǎo)教師成績實

18、驗項目名稱單閉環(huán)溫度恒值控制系統(tǒng)實驗?zāi)康?、 理解溫度閉環(huán)控制的基本原理；9、 了解溫度傳感器的使用方法；10、 學(xué)習(xí)溫度PID控制參數(shù)的配置。實驗要求5、 畫出溫度控制系統(tǒng)的方框圖。6、 分析P、I、D控制參數(shù)對溫度加熱器中溫度控制的影響。實驗原理1、 溫度驅(qū)動部分該實驗中溫度的驅(qū)動部分采用了直流15V的驅(qū)動電源，控制電路和驅(qū)動電路的原理與直流電機相同，直流15V經(jīng)過PWM調(diào)制后加到加熱器的兩端。2、 溫度測量端（溫度反饋端）溫度測量端一般為熱電式傳感器，熱電式傳感器是利用傳感元件的電磁參數(shù)隨溫度的變化的特性來達到測量的目的。例如將溫度轉(zhuǎn)化成為電阻、磁導(dǎo)或電勢等的變化，通過適當(dāng)?shù)臏y量電路，就

19、可達到這些電參數(shù)的變化來表達溫度的變化。在各種熱電式傳感器中，已把溫度量轉(zhuǎn)化為電勢和電阻的方法最為普遍。其中將溫度轉(zhuǎn)換成為電阻的熱電式傳感器叫熱電偶；將溫度轉(zhuǎn)換成為電阻值大小的熱電式傳感器叫做熱電阻，如銅電阻、熱敏電阻、Pt電阻等。銅電阻的主要材料是銅，主要用于精度不高、測量溫度范圍（-50150）不大的地方。而鉑電阻的材料主要是鉑，鉑電阻物理、化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測溫元件和作為溫度標(biāo)準(zhǔn)。鉑電阻與溫度的關(guān)系在0630.74以內(nèi)為 Rt=R0(1+at+bt2)式中 Rt溫度為t時的溫度； R0溫度為0時的電阻； t任意溫度； a、b為溫度系數(shù)。該實驗系統(tǒng)中使用了Pt100作為溫度傳感器。在實際的溫度測量中，常用電橋作為熱電阻的測量電阻。在如圖15-1中采用鉑電阻作為溫度傳感器。當(dāng)溫度升高時，電橋處于不平衡，在a，b兩端產(chǎn)生于溫度相對應(yīng)的電位差；該電橋為直流電橋。4、溫度控制系統(tǒng)與直流電機轉(zhuǎn)速控制相類似，雖然控制對象不同，被控參數(shù)有差別，但對于計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，卻是