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文檔簡介
1、自動控制原理實驗湖南工學院電氣與信息工程系 羅雪蓮目 錄實驗一 典型環(huán)節(jié)的模擬研究 實驗二 典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性 實驗三 控制系統(tǒng)的頻率特性 實驗四 線性連續(xù)系統(tǒng)校正 實驗五 采樣系統(tǒng)分析 附: 實驗系統(tǒng)介紹 返回實驗一 典型環(huán)節(jié)模擬研究本實驗為驗證性實驗 一、實驗目的 1、學習構成典型環(huán)節(jié)的模擬電路,了解電路參數(shù)對環(huán)節(jié)特性影響。 2、熟悉各種典型環(huán)節(jié)的階躍響應。 3、學習典型環(huán)節(jié)階躍響應的測量方法,并學會由階躍響應曲線計算典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。二、實驗設備 PC機一臺,TDN-AC系列教學實驗系統(tǒng)。典型環(huán)節(jié)名稱 方塊圖傳遞函數(shù)比例(P)積分(I)比例積分(PI)返回三實驗原理及電路下面列出
2、了各典型環(huán)節(jié)的方框圖、傳遞函數(shù)、模擬電路圖、階躍響應,實驗前應熟悉了解。1、各環(huán)節(jié)的方塊圖及傳遞比例微分(PD) 慣性環(huán)節(jié)(T)比例積分微分(PID) 各典型環(huán)節(jié)名稱 模擬電路圖 輸出響應 比例(P) U0(t)=K (t0)其中K=R1/R0 積分(I) U0(t)=(t0)其中T=R0C 比例積分(PI) U0(t)= (t0)其K=R1/R0,T=R1C返回2、各典型環(huán)節(jié)的模擬電路圖及輸出響應比例微分(PD) U0(t)=KT(t)+K其中(t)為單位脈沖函數(shù)慣性環(huán)節(jié)(T) U0(t)=K(1-e-t/T)其中K=R1/R0,T=R1C比例積分微分(PID) 其中(t)為單位脈沖函數(shù)Kp
3、=R1/R0;Ti=R0C1Td=R1R2C2/R0四、實驗內(nèi)容及步驟1、觀測比例、積分、比例積分、比例微分和慣性環(huán)節(jié)的階躍響應曲線。(1)實驗接線 準備:使運放處于工作狀態(tài)。 將信號源單元(U1 SG)的ST端(插針)與+5V端(插針)用“短路塊”短接,使模擬電路中的場效應管(3DJ6)夾斷,這時運放處于工作狀態(tài) 階躍信號的產(chǎn)生; 電路可采用圖1-1所示電路,它由“單脈沖單元”(U13 SP)及“電位器單元”(U14 P)組成。 具體線路形成:在U13 SP單元中,將H1與+5V 插針用“短路塊”短接,H2 插針用排線接至U14 P單元的X插針;在U14 P 單元中,將Z插針和GND插針用“
4、短路塊”短接,最后由插座的Y端輸出信號。以后實現(xiàn)再用到階躍信號時,方法同上,不再累贅。(2)實驗操作 按2中的各典型環(huán)節(jié)的模擬電路圖將線接好(先按比例,PID先不接)。將模擬電路輸入端(Ui)與階躍信號的輸出端Y相聯(lián)接;模擬電路的輸出端(U0)接至示波器。按下按鈕(或松平按扭)H 時 ,用示波器觀測輸出端U0(t)的實際響應曲線,且將結果記下。改變比例參數(shù),重新觀測結果。同理得出積分、比例積分、比例微分和慣性環(huán)節(jié)的實際響應曲線,它們的理想曲線和實際響應曲線見表1-1。2、觀察PID環(huán)節(jié)的響應曲線 此時Ui采用U1 SG單元的周期性方波信號(U1單元的ST 的插針改為與S 插針用“短路塊”短接,
5、S11波段開關置與“階躍信號”檔,“OUT”端的輸出電壓即為階躍信號電壓,信號周期由波段開關S12與電位器W11調(diào)節(jié),信號幅值由電位器W12調(diào)節(jié)。以信號幅值小、信號周期較長比較適宜)。 參照2中的PID模擬電路圖,將PID環(huán)節(jié)搭接好。 將中產(chǎn)生的周期性方波加到PID環(huán)節(jié)的輸入端(Ui),用示波器觀測PID的輸出端(U0),改變電路參數(shù),重新觀察并記錄。 實驗二 典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性本實驗為驗證性實驗 一、實驗目的1、熟悉有關二階系統(tǒng)的特性和模擬仿真方法。 2、研究二階系統(tǒng)的兩個重要參數(shù)阻尼比和無阻尼自然頻率n對過渡過程的影響。 3、研究二階對象的三種阻尼比下的響應曲線及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 4、
6、熟悉勞斯判據(jù),用勞斯判據(jù)對三階系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析。二、實驗設備 PC機一臺,TDN-AC系列教學實驗系統(tǒng)。三、實驗原理及電路返回 1、典型二階系統(tǒng) 典型二階系統(tǒng)的方塊圖及傳遞函數(shù) 圖2-1是典型二階系統(tǒng)原理方塊圖,其中T0=1s,T1=0.1s,K1分別為10、5、2、1。圖2-22、典型三階系統(tǒng)典型三階系統(tǒng)的方塊圖:見圖2-3。模擬電路圖:見圖2-4。返回圖2-4開環(huán)傳遞函數(shù)為: (其中K=500/R) 系統(tǒng)的特征方程為1+G(S)H(S)=0 即S3+12S2+20S+20K=0由Routh判據(jù)得:0K41.7K 系統(tǒng)穩(wěn)定 K=12,即R=41.7 K 系統(tǒng)臨界穩(wěn)定 K12,即R41.7
7、K 系統(tǒng)不穩(wěn)定四、實驗內(nèi)容和步驟1準備 將“信號源單元”(U1 SG)的ST插針和+5V插針用“短路塊”短接,使運算放大器反饋網(wǎng)絡上的場效應管3DJ6夾斷。2階躍信號的產(chǎn)生 見實驗一中的階躍信號的產(chǎn)生。將階躍信號加至輸入端,調(diào)節(jié)單次階躍單元中的電位器,按動按鈕,用示波器觀察階躍信號,使其幅值為3V。3典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標的測試 按圖2-2接線,R=10K。用示波器觀察系統(tǒng)階躍響應C(t),測量并記錄超調(diào)量%,峰值時間和調(diào)節(jié)時間。記錄表1中。 分別按R=20K;40K;100K改變系統(tǒng)開環(huán)增益,觀察相應的階躍響應C(t),測量并記錄性能指標(%)、tp和tS,及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并記錄測量值和計
8、算值(實驗前必須按公式計算出)進行比較。并將實驗結果填入表1中。表1PLC實驗系統(tǒng)接線提示1交通顯示裝置模型交通燈插孔TL1TL3為一組,TL4TL6為一組,其中 交通燈插孔TL1:綠燈 交通燈插孔TL2:黃燈 交通燈插孔TL3:紅燈 交通燈插孔TL4:綠燈 交通燈插孔TL5:黃燈 交通燈插孔TL6:紅燈四、實驗儀器與設備1、EL-PLC-型可編程控制器實驗系統(tǒng) 2、 EL-PLC-型可編程控制器實驗系統(tǒng) 3、計算機4、FX-20P-E編程器返回實驗四 傳輸實驗 (本實驗為設計性實驗) 一、實驗目的1、掌握用PLC控制傳動控制系統(tǒng)的方法;2、熟悉PLC編程技巧及程序調(diào)試方法。訓練解決工程實際控
9、制問題的能力。 3、掌握傳輸控制技巧 。 二設計要求用PLC構成傳動控制系統(tǒng) ,具體要求如下:(1)按啟動按鈕后,給出YS1信號,打開出料倉;(2)檢測各工位,在工位1時,停2秒,傳送帶1啟動(啟動傳送帶的輸出端子在仿真區(qū)SD2端);(3)工位2時,停2秒,傳送帶2啟動;(4)工位3時,停2秒,傳送帶3啟動;(5)當運輸料車YS4亮2次以后,關閉YS1;(6)當運輸料車YS3亮時,表示料車裝滿,運輸帶會自動停止,此時應啟動聲光報警。3秒后自動停止報警。當另一部料車來時,重復(1)(6)。三、提示:系統(tǒng)工藝要求,及PLC 實驗系統(tǒng)硬件接線如下: 1傳輸裝置模型說明信號YSS1代表工位1信號YSS
10、2代表工位2信號YSS3代表工位3信號YS3代表運輸料車裝滿信號YS4代表傳送帶有料裝入運輸料車SD2代表傳送帶啟動信號 YSI代表開出料倉LED為燈光報警發(fā)光管 FMQ為報警蜂鳴器 SD2傳輸實驗區(qū)仿真區(qū)YS1YSS1YSS2YSS3YS3YS4LEDFMQ四、實驗儀器與設備1、EL-PLC-型可編程控制器實驗系統(tǒng) 2、 EL-PLC-型可編程控制器實驗系統(tǒng) 3、計算機4、FX-20P-E編程器返回實驗五 LED數(shù)碼顯示實驗(本實驗為綜合性實驗) 一、實驗目的1、掌握用PLC控制LED數(shù)碼顯示系統(tǒng)的方法;2、掌握PLC外部接線的方法。 二設計要求用PLC控制LED數(shù)碼顯示系統(tǒng),具體要求:1、
11、在面包板上搭建LED數(shù)碼顯示電路,對PLC編程,用10個按鍵分別傳送09十個數(shù)字,每按動這十個鍵中的一個,則PLC控制LED數(shù)碼顯示電路顯示對應的數(shù)碼。2、根據(jù)控制要求設計程序,寫出I/O分配表、繪制程序梯形圖3、繪制PLC I/O接線圖。三設計提示1、LED數(shù)碼管有兩種顯示接線方式,一種是共陰,另一種為共陽,當發(fā)光二極管正向偏置時,發(fā)光管(LED)燈就亮。2、 用PLC控制LED顯示有兩種方法,一種是輸出4位BCD碼給LED顯示(如用BCD碼指令顯示);另一種方法是由PLC編制程序進行譯碼,來控制顯示ag段。四、實驗儀器與設備1、EL-PLC-型可編程控制器實驗系統(tǒng) 2、 EL-PLC-型可
12、編程控制器實驗系統(tǒng) 3、計算機4、FX-20P-E編程器5、面包板、數(shù)碼管、電阻(2K、1/4w)。返回實驗六 功能指令實驗 (本實驗為設計性實驗) 一、實驗目的1、熟悉跳轉、分支指令的應用 2、掌握數(shù)據(jù)處理:比較、傳送指令的使用 。 3、熟悉PLC編程技巧及程序調(diào)試方法。 二實驗內(nèi)容1、利用跳轉、分支指令使PLC實現(xiàn)對兩組彩燈輪流閃爍的控制。其編程要求:利用分支指令編程,使K1“接通”時,LED燈PB01LED燈PB03輪流閃爍;使K1“斷開”時,LED燈PB04LED燈PB06輪流閃爍。2、利用比較、傳送指令使PLC實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送與數(shù)據(jù)大小的比較。其編程要求:給S2賦值10H。由按鍵PB1
13、PB3給S1賦不同值,S1、S2比較結果通過輸出顯示LED燈顯示。按PB1給S1賦值00H,按PB2給S1賦值10H,按PB3給S1賦值20H。當S1 S2,則LED燈PBO1亮;S1 S2,則LED燈PBO2亮;S1 = S2,則LED燈PBO3亮;S1 S2,則LED燈PBO4亮;S1 S2,則LED燈PBO5亮;S1S2,則LED燈PBO6亮。三、實驗報告要求1寫出I/O分配表;2繪制所設計的程序梯形圖;3記錄實驗操作結果 ,分析是否符合設計要求。四、實驗儀器與設備1、EL-PLC-型可編程控制器實驗系統(tǒng) 2、 EL-PLC-型可編程控制器實驗系統(tǒng) 3、計算機4、FX-20P-E編程器返
14、回實驗七 電動機自動往復運動(本實驗為設計性實驗) 一、實驗目的1、掌握用PLC控制電動機往復運動軟件互鎖與硬件互鎖的方法;2、掌握PLC外部接線的方法。二設計要求設計并制作電動機往復運動電路,對PLC編程,實現(xiàn)PLC對電動機的往復運動控制。 編程要求:交流電動機起動有正轉起動和反轉起動,而且正、反轉可切換,即在正轉時可直接按下反轉起動按,電動機即開始反轉,同時切斷正轉電路,反之亦可;并且要求電動機能往復運動,往復運動由時間控制,即按下正轉起動按鈕,電動機正轉,正轉一段時間轉為反轉,反轉一段時間又轉為正轉,如此自動往復。 三設計提示1.用PLC控制交流電動機的正反轉,除了軟件互鎖,硬件也要求互
15、鎖。2.正反轉實現(xiàn)的方法:改變電源相序(兩根火線對調(diào))。1、正反轉基本控制電路原理圖: 在上圖中:主電路: KM1主觸點接通正相序電源M正轉。 KM2主觸點接通反相序電源M反轉??刂齐娐罚?SB1控制正轉,SB2控制反轉,SB3用于停止控制。 KM的常閉觸點用于互鎖控制,即使在接觸器故障情況下,也可以保證不發(fā)生主電路短路現(xiàn)象。四、實驗儀器與設備1、EL-PLC-型可編程控制器實驗系統(tǒng) 2、 EL-PLC-型可編程控制器實驗系統(tǒng) 3、計算機4、FX-20P-E編程器5、交流接觸器6、三相異步電動機 五、實驗報告要求1根據(jù)控制要求設計程序,寫出I/O分配表、繪制程序梯形圖;2繪制主電路圖、PLC控
16、制電路圖、PLC I/O接線圖。3記錄實驗操作結果 ,分析是否符合設計要求。返回實驗八 廣告藝術燈控制器設計 (本實驗為研究創(chuàng)新型實驗) 一、實驗目的1、掌握采用不同的編程思路實現(xiàn)用PLC控制廣告藝術燈系統(tǒng)的方法;2、熟悉PLC編程技巧及程序調(diào)試方法。 二設計要求用PLC控制廣告藝術燈電路系統(tǒng) ,編程要求:某廣告屏有6根燈管(用黃色LED發(fā)光管代替),16只流水燈,每4只燈為一組。在面包板上搭建LED發(fā)光管廣告藝術燈電路,對PLC編程,控制彩色LED發(fā)光管輪流閃爍,其具體要求如下:1)該廣告屏中間6個燈管亮滅的時序為第1根亮第2根亮第3根亮第6根亮,時間間隔為1秒,全亮后,顯示10秒,再反過來
17、從651順序熄滅。全滅后,停2秒,再從第6根燈管開始亮起,順序點亮651,時間間隔為1秒,全亮后,顯示20秒,再從126順序熄滅。全熄滅后,停2秒,再從頭開始運行,周而復始。2)廣告屏四周的流水燈16只,4個一組,共分4組,每組燈間隔1秒向前移動一次,且即從,移動一段時間后(如30秒),再反過來移動,即從,如此循環(huán)往復。3)系統(tǒng)有單步/連續(xù)控制,有起動和停止按鈕。4)系統(tǒng)發(fā)光管的供電電源為24V。三設計提示設計方案提示根據(jù)霓虹燈時序控制程序的任務和要求,可先設計霓虹燈中間6根燈管的控制程序。由題意可知,用6個PLC的輸出分別控制6個燈管。PLC控制程序可采用步進順控指令來實現(xiàn),也可采用移位指令和定時、計數(shù)指令組合起
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