自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)

自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)第一頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日目錄實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)的模擬研究實(shí)驗(yàn)二典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)三控制系統(tǒng)的頻率特性實(shí)驗(yàn)四線(xiàn)性連續(xù)系統(tǒng)校正實(shí)驗(yàn)五采樣系統(tǒng)分析附:實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹

第二頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日

返回實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)模擬研究本實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)構(gòu)成典型環(huán)節(jié)的模擬電路，了解電路參數(shù)對(duì)環(huán)節(jié)特性影響。2、熟悉各種典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)。3、學(xué)習(xí)典型環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)的測(cè)量方法，并學(xué)會(huì)由階躍響應(yīng)曲線(xiàn)計(jì)算典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC機(jī)一臺(tái)，TDN-AC系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。第三頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日典型環(huán)節(jié)名稱(chēng)

方塊圖傳遞函數(shù)比例（P）積分（I）比例積分（PI）返回三．實(shí)驗(yàn)原理及電路下面列出了各典型環(huán)節(jié)的方框圖、傳遞函數(shù)、模擬電路圖、階躍響應(yīng)，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)熟悉了解。1、各環(huán)節(jié)的方塊圖及傳遞第四頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日比例微分（PD）慣性環(huán)節(jié)（T）比例積分微分（PID）第五頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日各典型環(huán)節(jié)名稱(chēng)模擬電路圖輸出響應(yīng)比例（P）U0(t)=K(t≥0)其中K=R1/R0積分（I）U0(t)=(t≥0)其中T=R0C比例積分（PI）U0(t)=(t≥0)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(yīng)第六頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日比例微分（PD）U0(t)=KTδ(t)+K其中δ(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δ(t)為單位脈沖函數(shù)Kp=R1/R0;Ti=R0C1Td=R1R2C2/R0第七頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、觀測(cè)比例、積分、比例積分、比例微分和慣性環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。（1）實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)①準(zhǔn)備：使運(yùn)放處于工作狀態(tài)。將信號(hào)源單元（U1SG）的ST端（插針）與+5V端（插針）用“短路塊”短接，使模擬電路中的場(chǎng)效應(yīng)管（3DJ6）夾斷，這時(shí)運(yùn)放處于工作狀態(tài)②階躍信號(hào)的產(chǎn)生；電路可采用圖1-1所示電路，它由“單脈沖單元”（U13SP）及“電位器單元”（U14P）組成。具體線(xiàn)路形成：在U13SP單元中，將H1與+5V插針用“短路塊”短接，H2插針用排線(xiàn)接至U14P單元的X插針；在U14P單元中，將Z插針和GND插針用“短路塊”短接，最后由插座的Y端輸出信號(hào)。以后實(shí)現(xiàn)再用到階躍信號(hào)時(shí)，方法同上，不再累贅。第八頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日第九頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日

（2）實(shí)驗(yàn)操作

按2中的各典型環(huán)節(jié)的模擬電路圖將線(xiàn)接好（先按比例,PID先不接）。將模擬電路輸入端（Ui）與階躍信號(hào)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(shí)，用示波器觀測(cè)輸出端U0(t)的實(shí)際響應(yīng)曲線(xiàn)，且將結(jié)果記下。改變比例參數(shù)，重新觀測(cè)結(jié)果。同理得出積分、比例積分、比例微分和慣性環(huán)節(jié)的實(shí)際響應(yīng)曲線(xiàn)，它們的理想曲線(xiàn)和實(shí)際響應(yīng)曲線(xiàn)見(jiàn)表1-1。2、觀察PID環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線(xiàn)

①此時(shí)Ui采用U1SG單元的周期性方波信號(hào)（U1單元的ST的插針改為與S插針用“短路塊”短接，S11波段開(kāi)關(guān)置與“階躍信號(hào)”檔，“OUT”端的輸出電壓即為階躍信號(hào)電壓，信號(hào)周期由波段開(kāi)關(guān)S12與電位器W11調(diào)節(jié)，信號(hào)幅值由電位器W12調(diào)節(jié)。以信號(hào)幅值小、信號(hào)周期較長(zhǎng)比較適宜）。②參照2中的PID模擬電路圖，將PID環(huán)節(jié)搭接好。第十頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日③將①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(cè)PID的輸出端（U0），改變電路參數(shù)，重新觀察并記錄。第十一頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日

實(shí)驗(yàn)二典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性本實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、熟悉有關(guān)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(gè)重要參數(shù)阻尼比ζ和無(wú)阻尼自然頻率ωn對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響。3、研究二階對(duì)象的三種阻尼比下的響應(yīng)曲線(xiàn)及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4、熟悉勞斯判據(jù)，用勞斯判據(jù)對(duì)三階系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC機(jī)一臺(tái)，TDN-AC系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。第十二頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日三、實(shí)驗(yàn)原理及電路返回1、典型二階系統(tǒng)①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。第十三頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日

第十四頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D2-2第十五頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日2、典型三階系統(tǒng)①典型三階系統(tǒng)的方塊圖：見(jiàn)圖2-3。第十六頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日②模擬電路圖：見(jiàn)圖2-4。返回圖2-4第十七頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日開(kāi)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：0<K<12，即R>41.7KΩ系統(tǒng)穩(wěn)定

K=12，即R=41.7KΩ系統(tǒng)臨界穩(wěn)定

K>12，即R<41.7KΩ系統(tǒng)不穩(wěn)定

第十八頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1．準(zhǔn)備

將“信號(hào)源單元”（U1SG）的ST插針和+5V插針用“短路塊”短接，使運(yùn)算放大器反饋網(wǎng)絡(luò)上的場(chǎng)效應(yīng)管3DJ6夾斷。2．階躍信號(hào)的產(chǎn)生

見(jiàn)實(shí)驗(yàn)一中的階躍信號(hào)的產(chǎn)生。將階躍信號(hào)加至輸入端，調(diào)節(jié)單次階躍單元中的電位器，按動(dòng)按鈕，用示波器觀察階躍信號(hào)，使其幅值為3V。3．典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試

①按圖2-2接線(xiàn)，R=10K。②用示波器觀察系統(tǒng)階躍響應(yīng)C（t），測(cè)量并記錄超調(diào)量δ%，峰值時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間。記錄表1中。第十九頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日

③分別按R=20K;40K;100K改變系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益，觀察相應(yīng)的階躍響應(yīng)C(t)，測(cè)量并記錄性能指標(biāo)δ(%)、tp和tS，及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并記錄測(cè)量值和計(jì)算值（實(shí)驗(yàn)前必須按公式計(jì)算出）進(jìn)行比較。并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表1中。第二十頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日表1第二十一頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日PLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)接線(xiàn)提示1．交通顯示裝置模型交通燈插孔TL1～TL3為一組，TL4～TL6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：紅燈第二十二頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日四、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1、EL-PLC-Ⅰ型可編程控制器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2、EL-PLC-Ⅱ型可編程控制器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)3、計(jì)算機(jī)4、FX-20P-E編程器返回第二十三頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)四傳輸實(shí)驗(yàn)

（本實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)）

第二十四頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握用PLC控制傳動(dòng)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(xùn)練解決工程實(shí)際控制問(wèn)題的能力。

3、掌握傳輸控制技巧。

第二十五頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日二．設(shè)計(jì)要求用PLC構(gòu)成傳動(dòng)控制系統(tǒng)，具體要求如下：（1）按啟動(dòng)按鈕后，給出YS1信號(hào)，打開(kāi)出料倉(cāng)；（2）檢測(cè)各工位，在工位1時(shí)，停2秒，傳送帶1啟動(dòng)（啟動(dòng)傳送帶的輸出端子在仿真區(qū)SD2端）；（3）工位2時(shí)，停2秒，傳送帶2啟動(dòng)；（4）工位3時(shí)，停2秒，傳送帶3啟動(dòng)；（5）當(dāng)運(yùn)輸料車(chē)YS4亮2次以后，關(guān)閉YS1；（6）當(dāng)運(yùn)輸料車(chē)YS3亮?xí)r，表示料車(chē)裝滿(mǎn)，運(yùn)輸帶會(huì)自動(dòng)停止，此時(shí)應(yīng)啟動(dòng)聲光報(bào)警。3秒后自動(dòng)停止報(bào)警。當(dāng)另一部料車(chē)來(lái)時(shí)，重復(fù)（1）～（6）。第二十六頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日三、提示：系統(tǒng)工藝要求,及PLC

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件接線(xiàn)如下:

1．傳輸裝置模型說(shuō)明信號(hào)YSS1代表工位1信號(hào)YSS2代表工位2信號(hào)YSS3代表工位3信號(hào)YS3代表運(yùn)輸料車(chē)裝滿(mǎn)信號(hào)YS4代表傳送帶有料裝入運(yùn)輸料車(chē)

SD2代表傳送帶啟動(dòng)信號(hào)

YSI代表開(kāi)出料倉(cāng)LED為燈光報(bào)警發(fā)光管FMQ為報(bào)警蜂鳴器SD2傳輸實(shí)驗(yàn)區(qū)仿真區(qū)YS1YSS1YSS2YSS3YS3YS4LEDFMQ第二十七頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日四、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1、EL-PLC-Ⅰ型可編程控制器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2、EL-PLC-Ⅱ型可編程控制器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)3、計(jì)算機(jī)4、FX-20P-E編程器返回第二十八頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)五LED數(shù)碼顯示實(shí)驗(yàn)

（本實(shí)驗(yàn)為綜合性實(shí)驗(yàn)）

第二十九頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、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(xiàn)的方法。第三十頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日二．設(shè)計(jì)要求用PLC控制LED數(shù)碼顯示系統(tǒng)，具體要求：1、在面包板上搭建LED數(shù)碼顯示電路，對(duì)PLC編程，用10個(gè)按鍵分別傳送0~9十個(gè)數(shù)字，每按動(dòng)這十個(gè)鍵中的一個(gè)，則PLC控制LED數(shù)碼顯示電路顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)碼。2、根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)程序，寫(xiě)出I/O分配表、繪制程序梯形圖3、繪制PLCI/O接線(xiàn)圖。第三十一頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日三．設(shè)計(jì)提示1、LED數(shù)碼管有兩種顯示接線(xiàn)方式，一種是共陰，另一種為共陽(yáng)，當(dāng)發(fā)光二極管正向偏置時(shí)，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(jìn)行譯碼，來(lái)控制顯示a~g段。第三十二頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日四、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1、EL-PLC-Ⅰ型可編程控制器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2、EL-PLC-Ⅱ型可編程控制器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)3、計(jì)算機(jī)4、FX-20P-E編程器5、面包板、數(shù)碼管、電阻（2K、1/4w）。返回第三十三頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)六功能指令實(shí)驗(yàn)

（本實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)）

第三十四頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉跳轉(zhuǎn)、分支指令的應(yīng)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。

第三十五頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日二．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、利用跳轉(zhuǎn)、分支指令使PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)，LED燈PB01…LED燈PB03輪流閃爍；使K1“斷開(kāi)”時(shí)，LED燈PB04…LED燈PB06輪流閃爍。第三十六頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日2、利用比較、傳送指令使PLC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送與數(shù)據(jù)大小的比較。其編程要求：①給S2賦值10H。由按鍵PB1~PB3給S1賦不同值，S1、S2比較結(jié)果通過(guò)輸出顯示LED燈顯示。②按PB1給S1賦值00H，按PB2給S1賦值10H，按PB3給S1賦值20H。當(dāng)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；S1≠S2，則LED燈PBO6亮。第三十七頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1．寫(xiě)出I/O分配表；

2．繪制所設(shè)計(jì)的程序梯形圖；

3．記錄實(shí)驗(yàn)操作結(jié)果，分析是否符合設(shè)計(jì)要求。第三十八頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日四、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1、EL-PLC-Ⅰ型可編程控制器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2、EL-PLC-Ⅱ型可編程控制器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)3、計(jì)算機(jī)4、FX-20P-E編程器返回第三十九頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)七電動(dòng)機(jī)自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)

（本實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)）

第四十頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握用PLC控制電動(dòng)機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)軟件互鎖與硬件互鎖的方法；2、掌握PLC外部接線(xiàn)的方法。第四十一頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日二．設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)并制作電動(dòng)機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)電路，對(duì)PLC編程，實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)電動(dòng)機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制。編程要求：交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)有正轉(zhuǎn)起動(dòng)和反轉(zhuǎn)起動(dòng)，而且正、反轉(zhuǎn)可切換，即在正轉(zhuǎn)時(shí)可直接按下反轉(zhuǎn)起動(dòng)按，電動(dòng)機(jī)即開(kāi)始反轉(zhuǎn)，同時(shí)切斷正轉(zhuǎn)電路，反之亦可；并且要求電動(dòng)機(jī)能往復(fù)運(yùn)動(dòng)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)由時(shí)間控制，即按下正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)一段時(shí)間轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)一段時(shí)間又轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)，如此自動(dòng)往復(fù)。第四十二頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日三．設(shè)計(jì)提示1.用PLC控制交流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，除了軟件互鎖，硬件也要求互鎖。2.正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的方法：改變電源相序（兩根火線(xiàn)對(duì)調(diào)）。第四十三頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日1、正反轉(zhuǎn)基本控制電路原理圖：第四十四頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日在上圖中：主電路：

KM1主觸點(diǎn)接通正相序電源—M正轉(zhuǎn)。

KM2主觸點(diǎn)接通反相序電源—M反轉(zhuǎn)?？刂齐娐罚?/p>

SB1控制正轉(zhuǎn)，SB2控制反轉(zhuǎn)，SB3用于停止控制。

KM的常閉觸點(diǎn)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。第四十五頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日四、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1、EL-PLC-Ⅰ型可編程控制器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2、EL-PLC-Ⅱ型可編程控制器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)3、計(jì)算機(jī)4、FX-20P-E編程器5、交流接觸器6、三相異步電動(dòng)機(jī)第四十六頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1．根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)程序，寫(xiě)出I/O分配表、繪制程序梯形圖；2．繪制主電路圖、PLC控制電路圖、PLCI/O接線(xiàn)圖。3．記錄實(shí)驗(yàn)操作結(jié)果，分析是否符合設(shè)計(jì)要求。返回第四十七頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)八廣告藝術(shù)燈控制器設(shè)計(jì)

（本實(shí)驗(yàn)為研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)）

第四十八頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握采用不同的編程思路實(shí)現(xiàn)用PLC控制廣告藝術(shù)燈系統(tǒng)的方法；2、熟悉PLC編程技巧及程序調(diào)試方法。

第四十九頁(yè)，共五十四頁(yè)，2022年，8月28日二．設(shè)計(jì)要求用PLC控制廣告藝術(shù)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(shù)燈電路，對(duì)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(gè)燈管亮滅的時(shí)序?yàn)榈?根亮→第2根亮→第3根亮→…→第6根亮，時(shí)間間隔為1秒，全亮后，顯示10秒，再反過(guò)來(lái)從6→5→…→1順序熄滅。全滅后，停2秒，再?gòu)牡?根燈管