直升机控制系统实验报告
直升机控制系统课程
报告
学号：031710426
姓名：王瑞
时间：2020年4月29日
目录
直升机控制系统课程报告 (1)
一、主旋翼挥舞运动分析 (2)
（一）垂直飞行的均匀挥舞 (2)
（二）前飞时的周期挥舞 (2)
（三）旋翼偏倒原因 (3)
二、画出俯仰通道的开环结构 (3)
三、开环模态分析 (4)
四、直升机增稳系统设计 (6)
（一）增稳系统性能指标 (6)
（二）增稳系统优化过程 (7)
五、实验感想 (10)
1．实验中存在的缺陷 (10)
2．实验收获 (10)
一、主旋翼挥舞运动分析
直升机属于旋翼飞行器，其中主旋翼作为一个单独的系统是直升机中最重要的组成部分，它肩负着直升机飞行时的推进、负重和操控三种功能。直升机主要产生向上的拉力克服重力，产生向前的水平分力使直升机前进，产生其他分力及力矩使直升机保持平衡或做机动飞行，若直升机在空中发生事故停车，可以及时操控旋翼，使其自传产生缓冲升力，保证安全着陆。
旋翼系统主要由桨叶和桨毂组成，桨毂包含水平、垂直和轴向三个铰，水平较、摆振铰以及变距铰使旋翼的关键部件，其中桨叶的挥舞运动主要是由垂直铰控制。直升机在前飞时，桨叶重心距旋翼轴的距离不断变化，一起周期交变的科里奥利力。经研究表明，科里奥利力的最大值高达桨叶自重的7倍伊桑，巨大的科里奥利力会造成巨大的交变弯矩。有了垂直铰，桨叶绕垂直铰摆动一个角度，从而使桨叶根部所受的交变弯矩大大较小。
下面主要分析桨叶的挥舞运动。
（一）垂直飞行的均匀挥舞
直升机在悬停或者定长垂直飞行时，桨叶会形成一个倒置的圆锥，圆锥的椎体周与旋转轴重合。
直升机悬停或垂直飞行时作用在桨叶上的力有气动合力jy F ，水平向外的离心力c F ，力图拉平桨叶，还有桨叶重力jy G 。当浆页上翘挥舞角β时，水平铰受到的力矩之和为0。又因为直升机在垂直飞行时相对气流是对称的，桨叶旋转过程中，气动力和离心力均不变，此时挥舞角β等于锥角0a ，即均匀挥舞。
（二）前飞时的周期挥舞
直升机前飞时，桨叶旋转形成的倒锥体的锥体轴相对于旋翼的旋转轴出现后倒现象。此时桨尖平面D D -相对构造平面S S -也后倒1a 。因此在方位角?=0ψ处，挥舞角10-a a =β，?=180ψ处，挥舞角10a a +=β。
出现侧倒角1b ，对于左旋直升机来说，?=90ψ处，10-b a =β，?=270ψ处，10b a +=β，旋翼向左侧偏倒。
由此可见，直升机在前飞的时候，桨叶既后倒又左侧倒，在左后方的某个方位角处，挥舞角最低，出现min β，在右前方的某个方位角处，挥舞角最大，出现max β。
（三）旋翼偏倒原因
1．旋翼后倒的物理原因
形成后倒角的原因是直升机前飞时，周向来流不对称。对于左旋直升机来说，随着ψ的增加，周向来流的速冻增加，桨叶拉力逐渐增大，桨叶逐渐向上挥舞，桨叶迎角减小，浆液拉力趋于平衡。?=90ψ时，周向来流速度最大，向上挥舞速度最大，迎角最小。?=270ψ时，周向来流速度最小，向上挥舞速度最小，迎角最大。
2．旋翼侧倒的物理原因
产生侧倒角的原因是由于均匀挥舞角（锥度角）的存在，在前半圆的区域内，由于桨叶上翘，流速不再与桨叶平行，桨叶迎角增大，桨叶上抬，又使桨叶剖面迎角减小，拉力趋于平衡。?=180ψ处，迎角增加至最大，挥舞速度达到最大；?=270ψ处，迎角增量为0，挥舞速度也为0，挥舞角达到最大。?=0ψ处，迎角增量减小到负的最大值，向下挥舞速度达到最大；?=90ψ处，迎角增量为0，挥舞速度也为0，挥舞达到最低点。
二、画出俯仰通道的开环结构
纵向运动是仅操纵X 轴方向的速度μ及Z 轴方向的速度ω，忽略侧向对纵向的耦合因素。
俯仰通道的运动学环节可以表示如下：
纵向运动由X 主通道和Z 主通道及该两通道之间的耦合因素组成。但是由于
X 通道的耦合气动系数几乎为零，因此在实验中对状态空间模型进行纵侧向拆分，且忽略了航向随遇平衡，纵向为四阶，侧向为五阶。忽略了航向随遇平衡，
仿真实验结果如图（2）所示：
图1俯仰通道的运动学
环节
最终得出的俯仰通道开环函数为：
三、开环模态分析
系统状态矩阵如下：
反映全面运动的小扰动方程是99?的矩阵方程，其相应的微分方程为9阶，因此它具有9个特征根，分别代表一定的运动特性，显出不同的运动模态。以该1443
.02301.09693.053.101543.0252.3563.52342++++++=s s s s s s W u
θ图2俯仰通道实验结果
直升机为例，9个运动模态在S 平面中的分布可用图（3
）表示。
（1）纵向短周期模态。在纵向小扰动运动方程的诸特征根中，大复根所代表的模态。其相应的两根为j 658.0097.12,1±-=s 。主要特征为迎角和俯仰角的运动均呈短周期特性，具有衰减快的振荡，飞机在该短周期运动内速度变化小。
（2）纵向长周期模态。在纵向小扰动运动中，以小复根所代表的运动模态。其相应的两根为435j .00.0354,3±=s 。主要特征为飞行速度和俯仰角均呈缓慢的长周期变化，典型周期为10~30秒，且往往呈现不稳定而发散，发散的倍幅时间为4~5秒。从驾驶员可控性考虑，发散周期及倍幅时间应足够地长。
（3）侧向滚转收敛模态。在侧向小扰动运动方程的诸特征根中，以大实根所代表的运动模态。其相应的根为-1.0575=s 主要特征是滚转角和滚转角速度呈现衰减快的非周期运动。
（4）侧向荷兰滚模态。在侧向小扰动运动方程的诸特征根中，复根所代表的运动模态。其相应的两根为098j .1-0.3576±=，s 。主要特征是滚转角、侧滑角和偏航角呈现频率较高的周期性振荡。
（5）螺旋模态。在侧向小扰动运动方程的诸特征根中，小实根所代表的运动模态。其相应的根为-0.0308=s 。主要特征是非周期的缓慢滚转和偏航运动，具有螺旋运动特性。
（6）航向随遇平衡模态。是零根09=s 所代表的运动模态，它具有航向随遇平衡的特性。例如在外干扰作用（包括控制作用）下，它显示航向以积分形式偏离。当外干扰或控制消除后，即停止在干扰或控制消除时的位置。故称随遇平衡模态。
下图为直升机的纵向和侧向的零极点分布图。
图3全面运动的零极点分布
自然直升机具有不稳定性，四个通道之间存在严重的耦合现象，因此需要对自然直升机进行增稳（CAS ）系统的设计。
四、直升机增稳系统设计
直升机作为控制对象与固定翼飞机相比拥有更加复杂的动力学特性。除了应考虑机体的六自由度运动以外，还需要考虑旋翼及尾桨对于机身的旋转，以及桨叶及尾桨相对于机身的旋转，以及桨叶相对于挥舞铰的运动。这些决定了直升机具有较差的稳定性与操纵性。
因此直升机的设计应当加入适当的控制系统以增加系统的稳定性，这里以增加增稳系统（CAS ）为例介绍各工作通道的增稳设计过程。
图（5）为直升机增稳系统设计的simulink 结构框图。
（一）增稳系统性能指标
在对直升机增稳系统的参数进行优化设计之前首先应当对优化性能提出要
求。本次设计的性能指标如下表所示：
上升时间（达到稳态值90%）
0.7s
图4纵侧向零极点分布
图5增稳系统设计的结构图
在simulink
中设置如下：（二）增稳系统优化过程
为了便于分析增稳系统的基本工作原理，设计过程中不记纵侧向之间的气动耦合，依次设计纵向俯仰通道、侧向滚转通道、侧向航向通道和纵向高度通道。
增稳系统设计前的系统响应如图所示：调节时间
1s 向上超调量
5%向下超调量
图6性能指标
图中的黑色加粗线条对优化系统性能指标的描述，蓝色线条是优化前直升机运动系统的单位阶跃响应，可见直升机运动系统无论是响应速度还是稳定性都无法满足性能指标的相关要求，因此需要对直升机系统进行优化。
1．纵向俯仰通道的优化——第一次优化
俯仰增稳系统中的角速率q K 反馈，以并联反馈的形式弥补自然直升机中阻尼力矩系数的不足，角位移θK 反馈，以并联反馈的形式弥补自然直升机中俯仰
运动静稳定力矩系数的不足。
寻优过程如图（8
）所示：
经过第一次的寻优之后，俯仰通道的单位阶跃响应基本能够满足性能指标的要求，此时得到系统反馈系数如图（8）所示。
经过第一次寻优可确定下，角速率反馈系数27.1065=q K ，角位移反馈系数99.6345=th K 。
2．侧向滚转通道优化——第二次优化
横滚增稳系统中的角速率p K 反馈，以并联反馈的形式弥补自然直升机中横
图7设计前的阶跃响应
图8第一次寻优结果
滚阻尼力矩系数的不足，角位移φK 反馈，以并联反馈的形式弥补自然直升机横
滚中运动静稳定力矩系数的不足。
寻优过程如图（9）所示：
经过第一次的寻优之后，滚转通道的单位阶跃响应基本能够满足性能指标的要求，此时得到系统反馈系数如图（9）所示。
经过第二次寻优可确定下，角速率反馈系数 1.4793=p K ，角位移反馈系数13.9472=ph K 。
3．侧向航向通道——第三次优化
将直升机运动系统的第二次寻优结果应用到侧向航向通道的仿真，仿真结果如图（10
）所示，发现仿真结果已经可以满足性能指标的要求。
直到这里，所有的增稳系统的参数均已确定，设计工作已然完成，
寻优后的
图9第二次寻优结果
图10第三次寻优前
参数如图（11
）所示。
图11增稳系统设计参数
五、实验感想
本次实验是我第一次接触一个运动系统的设计，本身难度较大，好在王老师在实验方面的指导较为仔细，我们在实验过程中少走了很多弯路，虽然实验难度有所降低，但是通过实验了解的一些经验与知识并没有减少。
我对于能过学习这门课程感到非常荣幸，通过这门课程的学习我们也收获了许多，从直升机的发展历史到飞行原理再到如何实现飞行控制，王新华老师的讲解十分细致。值得一提的是，王老师每次上课都会带一个直升机模型，在讲解理论知识的同时，通过实物演示让我们更形象的认识直升机的各个飞行姿态是如何实现的。在如此精彩细致的讲解我们学习到了很多无论课内还是课外的直升机方面甚至自动控制行业的知识。
1．实验中存在的缺陷
（1）王老师在实验环节给出了细致的讲解，因此不可避免地就少了一些思考过程。
（2）最后的增稳系统设计中我只设计了CAS系统，如果可以同时对比MFCS系统的设计应当会使得本次实验内容更加丰满。
2．实验收获
（1）实践出真知，仅仅是课堂上的理论学习并不能够是我们的知识框架更加牢固，只有实践结合理论才能更好地理解知识本身。
（2）经过本次实验，我对Matlab仿真软件的优化工具箱更加了解，以后的其他优化工作中一定可以跟该熟练。
过程控制系统实验报告
实验一过程控制系统的组成认识实验 过程控制及检测装置硬件结构组成认识，控制方案的组成及控制系统连接 一、过程控制实验装置简介 过程控制是指自动控制系统中被控量为温度、压力、流量、液位等变量在工业生产过程中的自动化控制。本系统设计本着培养工程化、参数化、现代化、开放性、综合性人才为出发点。实验对象采用当今工业现场常用的对象，如水箱、锅炉等。仪表采用具有人工智能算法及通讯接口的智能调节仪，上位机监控软件采用MCGS工控组态软件。对象系统还留有扩展连接口，扩展信号接口便于控制系统二次开发，如PLC控制、DCS控制开发等。学生通过对该系统的了解和使用，进入企业后能很快地适应环境并进入角色。同时该系统也为教师和研究生提供一个高水平的学习和研究开发的平台。 二、过程控制实验装置组成 本实验装置由过程控制实验对象、智能仪表控制台及上位机PC三部分组成。 1、被控对象 由上、下二个有机玻璃水箱和不锈钢储水箱串接，4.5千瓦电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭外循环不锈钢锅炉夹套构成），压力容器组成。 水箱：包括上、下水箱和储水箱。上、下水箱采用透明长方体有机玻璃，坚实耐用，透明度高，有利于学生直接观察液位的变化和记录结果。水箱结构新颖，内有三个槽，分别是缓冲槽、工作槽、出水槽，还设有溢流口。二个水箱可以组成一阶、二阶单回路液位控制实验和双闭环液位定值控制等实验。 模拟锅炉：锅炉采用不锈钢精致而成，由两层组成：加热层（内胆）和冷却层（夹套）。做温度定值实验时，可用冷却循环水帮助散热。加热层和冷却层都有温度传感器检测其温度，可做温度串级控制、前馈－反馈控制、比值控制、解耦控制等实验。 压力容器：采用不锈钢做成，一大一小两个连通的容器，可以组成一阶、二阶单回路压力控制实验和双闭环串级定值控制等实验。 管道：整个系统管道采用不锈钢管连接而成，彻底避免了管道生锈的可能性。为了提高实验装置的使用年限，储水箱换水可用箱底的出水阀进行。 2、检测装置 （液位）差压变送器：检测上、下二个水箱的液位。其型号：FB0803BAEIR，测量范围：0～1.6KPa，精度：0.5。输出信号：4～20mA DC。 涡轮流量传感器：测量电动调节阀支路的水流量。其型号：LWGY－6A，公称压力：6.3MPa，精度：1.0％，输出信号：4～20mA DC 温度传感器：本装置采用了两个铜电阻温度传感器，分别测量锅炉内胆、锅炉夹套的温度。经过温度传感器，可将温度信号转换为4～20mA DC电流信号。 （气体）扩散硅压力变送器：用来检测压力容器内气体的压力大小。其型号：DBYG-4000A/ST2X1，测量范围：0.6～3.5Mpa连续可调，精度：0.2，输出信号为4～20mA DC。 3、执行机构 电气转换器：型号为QZD-1000，输入信号为4～20mA DC，输出信号：20～100Ka气压信号，输出用来驱动气动调节阀。 气动薄膜小流量调节阀：用来控制压力回路流量的调节。型号为ZMAP－100，输入信号为4～20mA DC或0～5V DC，反馈信号为4～20mA DC。气源信号 压力：20~100Kpa，流通能力：0.0032。阀门控制精度：0.1％～0.3％，环境温度：－4～＋200℃。 SCR移相调压模块：采用可控硅移相触发装置，输入控制信号0～5V DC或4～20mA DC 或10K电位器，输出电压变化范围：0～220V AC，用来控制电加热管加热。 水泵：型号为UPA90，流量为30升／分，扬程为8米，功率为180W。
《机电控制工程》实验报告
《机电控制工程》实验报告 姓名 _________ 班级学号 ______________ 专业 ___________________ 实验内容：控制系统时域响应分析 二阶系统单位阶跃响应 1、欠阻尼系统 9 ~2 s 3s 9 阻尼比E =0.5 无阻尼固有频率：-.n =3 程序: num1=[0,0,9]; den 仁[1,3,9]; pzmap (nu m1,de n1) step (nu m1,de n1) 2、临界阻尼系统 G (s) 阻尼比E =1 G(s)二 j i r 2 L r 01 * - 2 :1 1 r i i i i 2 - 8 - 6 - 4 2 1 1 1 | A a n g a m Pole-Zero Map Real Axis Step Response 1. 1. 1 0. 0. Time (sec) e d 0. p m 0. A
无阻尼固有频率： 程序： num2二[0,0,9]; den 2二[1,6,9]; pzmap (nu m2,de n2) step (nu m2,de n2) 1 1 1 1 ? 1 1 0. 5 - s x A y r c a n g a m -0. 5 ■ i i i [ i Illi 0) 3.5 3、过阻尼系统 G(s) 2―— s 2 +30s 十9 阻尼比E =5 无阻尼固有频率： 程序: num3=[0,0,9]; den 3=[1,30,9]; pzmap (nu m3,de n3) step (nu m3,de n3) Pole-Zero Map -2 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 Real Axis Step Response 0 8 6 p 0.4 0.5 1 1.5 2 2.5 3 m A d Time (sec)
《机电传动控制与PLC技术》---实验教学大纲
《机电传动控制与PLC技术》课程实验教学大纲 课程名称 机电传动控制与PLC技术 课程学时 40 课程学分 2.5 课程属性 专业选修课 适用专业 自动化、电气工程及其自动化专业 课程性质 非独立设置的实验课程 先修课程 电机学、电机与拖动、工厂供电等 一、课程简介 本课程主要介绍常用控制电器的结构、原理、用途及型号 电气控制的基本线路 典型生产设 备电气控制系统 PLC的基本原理 三菱PLC的基本指令及顺序控制指令、功能指令 PLC的通信与 联网技术 PLC正确选用及PLC控制系统的简单设计。 二、课程实验目的 1、进行实验基本技能的训练 2、巩固、加深并扩大所学的基本理论知识 培养解决实际问题的能力 3、培养实事求是、严肃认真细致踏实的科学作风和良好的实验习惯 为将来从事生产和科学实验打 下必要的基础。 三、实验方式及基本要求 电气控制实验要求3-4人一组 按要求完成规定的实验项目 PLC实验要求单人单机实验 按要 求完成规定的实验项目。 要求能独立完成规定的实验项目 学会继电接触器控制线路的分析和设计方法 会观察实验现 象 会设计简单的控制险路 有解决简单控制线路故障的能力 掌握编程器、编程软件的使用 能 阅读和分析实际PLC程序与梯形图 能进行简单的程序设计 运行、调试、维护可编程序控制器系 统。 四、实验报告要求 实验报告是实验工作的全面总结 要用简明的形式将实验结果完整和真实的表达出来 报告要求简明扼要 字迹工整 分析合理。图表整齐清楚 线路图要用铅笔及绘图仪器绘制 不应徒手描 画。报告包括以下几项内容 1、实验名称、专业、班级、姓名、同组者名称、实验台号、实验日期、交报告日期。 2、实验目的 3、实验线路图 4、实验设备
比值控制系统
第三节比值控制系统 一、比值控制原理 在炼油、化工、制药等许多生产过程中,经常需要两种物料或两种以上的物料保持一定的比例关系。最常见的就是燃烧过程,燃料与空气要保持一定的比例关系,才能满足生产与环保的要求:造纸过程中,浓纸浆与水要以一定的比例混合,才能制造出合格的纸浆;许多化学反应的诸个进料要保持一定的比例。 通常,在两个需要保持一定比例关系的物料中,一个就是主动量或关键量,另一个就是从动量或辅 助量。由于物料通常就是液体,因此称主动量为主流量F M ,从动量为副流量F S 。F M 与F S 之间的关系为 Fs＝KF M (8－l) 式中,K为比值系数。 因此,只要主副流量的给定值保持比值关系,或者副流量给定值随主流量按一定比例关系而变化即可实现比值控制。 二、比值控制系统的类型 l.单闭环比值控制系统图8-12表示一个燃烧过程单闭环比值控制系统,主流量就是燃料,副流量就 是空气。F M T测量出主流量并变换为标准信号,乘以比值系数K后,作为副流量控制系统中被控变量Fs的给定值。如此,可以保持主流量与副流量之间的比例关系。从系统结构外观上瞧,似乎单闭环比值控制系统与串级控制系统很相似。但它们的方块图就是不同的,功能也就是不同的。单闭环比值控制系统的方块图如图8-13所示。 图8-13 单闭环比值控制系统方块图 从图8－13中可以瞧到,没有主对象与主调节器,这就是单闭环比值控制系统在结构上与串级不同的地方,串级中的副变量就是调节变量到被控变量之间总对象的一个中间变量,而比值中,副流量不会影响主流量,这就是两者之间本质上的区别。 副流量控制系统就是一个随动控制系统,它的给定值由系统外部的KF M 提供,它的任务就就是使副流 量Fs尽可能地保持与KF M 相等,随F M 的变化而变化,始终保持F M 与Fs的比值关系。当系统处于稳态时,
集散实验报告
集散控制系统及应用实验报告 学院（部）： 专业：自动化 班级：姓名：学号： 2016年12月 实验一CENTUM VP系统的认识实验
实验目的: 1.了解集散控制系统的组成和结构 2.熟悉系统规模和控制站规模 3.掌握控制站卡件型号，名称，性能以及输入输出点数 4.掌握控制站的地址设置 实验原理：集散系统实质上是一种分散型自动化系统，又称做以微处理机为基础的分散综合自动化系统。集散系统具有分散监控和集中综合管理两方面的特征，而更将"集"字放在首位，更注重于全系统信息的综合管理。80年代以来，集散系统逐渐取代常规仪表，成为工业自动化的主流。工业自动化不仅体现在工业现场，也体现在企业事务行政管理上。集散系统的发展及工业自动化的需求，导致了一个更庞大、更完善的计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）的诞生。 集散系统一般分为三级：过程级、监控级和管理信息级。集散系统是将分散于现场的以微机为基础的过程监测单元、过程控制单元、图文操作站及主机（上位机）集成在一起的系统。它采用了局域网技术，将多个过程监控、操作站和上位机互连在一起，使通信功能增强，信息传输速度加快，吞吐量加大，为信息的综合管理提供了基础。因为CIMS具有提高生产率、缩短生产周期等一系列极具吸引力的优点，所以已经成为未来工厂自动化的方向。 实验内容：集散型控制(Distributed Control System)是解决现代大型系统控制的有效方法，它的实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术，具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠等特点。在相关的工控组态软件下进行模拟设计多点传感器数据传输控制组态设计，要求界面设计合理规范，数据传输控制动作设计合理。 实验步骤：组态”的概念来自英文configuration。使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行待定任务，满足使用者要求的目的。通过软件采用非编程的操作方式，进行参数填写、图形连接和文件生成等，使得软件乃至整个系统具有某种指定的功能。 1.分布式控制系统的组态： 系统组态：组成系统的各设备间的连接 画面组态：操作站的各种画面、画面间连接 控制组态：完成各控制器、过程控制装置结构连接、参数设置等 功能块或算法 功能块或算法：控制系统结构中的基本单元。 （1）组成： 功能块是由分布式系统制造商提供的系统应用程序，由不同需功能的子程序组成，主要包括结构参数、设置参数和可调整参数。 从可组态性的要求出发，功能块的参数应具有易设置、易调整的特点。 结构参数： 功能参数——子功能、不同数据类型、多输入信号；充分利用内存、减少消耗。连接参数——功能参数与外部的连接；软连接 设置参数：系统设置参数和用户设置参数 可调整参数：运行元可调参数和工程师可调参数
机电系统控制实验报告
穿销单元工件穿销实验报告 一、前言 模块化柔性制造综合实训系统最大特点是以机器人技术为核心的技术综合性和系统性，又兼顾模块化特征。综合性体现在机器人技术、机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、PLC工控技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术的有机结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是，生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。 系统模块化结构，各工作单元是相对独立的模块，并具有较强的互换性。可根据实训需要或工作任务的不同进行不同的组合、安装和调试，达到模拟生产性功能和整合学习功能的目标，十分适合教学实训考核或技能竞赛的需要。 通过该系统，学生经过实验了解生产实训系统的基本组成和基本原理，为学生提供一个开放性的，创新性的和可参与性的实验平台，让学生全面掌握机电一体化技术的应用开发和集成技术，帮助学生从系统整体角度去认识系统各组成部分，从而掌握机电控制系统的组成、功能及控制原理。可以促进学生在掌握PLC技术及PLC网络技术、机械设计、电气自动化、自动控制、机器人技术、计算机技术、传感器技术等方面的学习,并对电机驱动及控制技术、PLC控制系统的设计与应用、计算机网络通信技术和高级语言编程等技能得到实际的训练，激发学生的学习兴趣，使学生在机电一体化系统的设计、装配、调试能力等方面能得到综合提高。体现整体柔性系统教学的先进性。 二、实验目的 1、了解PLC的工作原理； 2、掌握PLC编程与操作方法； 3、了解气缸传感器的使用方法； 4、掌握PLC进行简单装配控制的方法。 三、实验设备 1、模块化柔性制造综合实训系统一套； 2、安装西门子编程软件STEP7-MicroWIN SP6的计算机一台； 3、西门子S7-200 PLC编程电缆一条。 四、实验原理 学生可通过实验验证工业现场中如何使用PLC对控制对象进行控制，我公司提供PLC源程序，学生可在源程序的基础上进行进一步编程，将编写好的程序通过编
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摘要 本课题针对液位控制系统系统作初步设计和基本研究，该系统能对水箱液位信号进行采集，以PLC为下位机，以工控组态软件组态王设计上位机监控画面，实现PID 对水箱液位的控制。 针对比值控制系统进行模拟复杂控制系统设计、分析和测试研究，该系统通过涡轮流量计、电磁流量计进行信号采集，以工控组态软件组态王上位机监控P画面并对PID参数调节，实现对比值系统的控制。 关键词：PLC PID控制液位控制比值控制组态王流量
目录 1、引言................................ 错误!未定义书签。 1.1主要内容 ............................ 错误!未定义书签。 1.2任务要求 ............................ 错误!未定义书签。 2、设计方案............................ 错误!未定义书签。 2.1设计原理 ............................ 错误!未定义书签。 2.2设计方案论证......................... 错误!未定义书签。 2.3系统原理图........................... 错误!未定义书签。 2.4系统结构图........................... 错误!未定义书签。 2.5系统工艺流程图 (4) 3、硬件设计 (4) 3.1流量计（涡轮流量计、电磁流量计） (3) 3.2 电动调节阀 (5) 3.3 变频器面板 (6) 3.4百特自整定PID调节器 (6) 3.5 EM235拓展模块 (7) 3.6 硬件接线图 (8) 3.7 I/O口分配表 (10) 4、软件设计............................ 错误!未定义书签。 4.1 程序流程图.......................... 错误!未定义书签。 4.2程序分析 ............................ 错误!未定义书签。 5、系统建模及MATALAB仿真调试 .......... 错误!未定义书签。
自动控制系统实验报告
自动控制系统实验报告 学号： 班级： 姓名: 老师：
一．运动控制系统实验 实验一.硬件电路的熟悉和控制原理复习巩固 实验目的：综合了解运动控制实验仪器机械结构、各部分硬件电路以及控制原理，复习巩固以前课堂知识，为下阶段实习打好基础。 实验内容：了解运动控制实验仪的几个基本电路： 单片机控制电路（键盘显示电路最小应用系统、步进电机控制电路、光槽位置检测电路） ISA运动接口卡原理（搞清楚译码电路原理和ISA总线原理） 步进电机驱动检测电路原理（高低压恒流斩波驱动电路原理、光槽位置检测电路）两轴运动十字工作台结构 步进电机驱动技术（掌握步进电机三相六拍、三相三拍驱动方法。） 微机接口技术、单片机原理及接口技术，数控轮廓插补原理，计算机高级语言硬件编程等知识。 实验结果： 步进电机驱动技术： 控制信号接口： （1）PUL：单脉冲控制方式时为脉冲控制信号，每当脉冲由低变高是电机走一步；双 脉冲控制方式时为正转脉冲信号。 （2）DIR：单脉冲控制方式时为方向控制信号，用于改变电机转向；双脉冲控制方式 时为反转脉冲信号。
（3）OPTO ：为PUL 、DIR 、ENA 的共阳极端口。 （4）ENA ：使能/禁止信号，高电平使能，低电平时驱动器不能工作，电机处于自由状 态。 电流设定： （1）工作电流设定： （2）静止电流设定： 静态电流可用SW4 拨码开关设定，off 表示静态电流设为动态电流的一半，on 表示静态电流与动态电流相同。一般用途中应将SW4 设成off ，使得电机和驱动器的发热减少，可靠性提高。脉冲串停止后约0.4 秒左右电流自动减至一半左右（实际值的60％），发热量理论上减至36％。 （3）细分设定： （4）步进电机的转速与脉冲频率的关系 电机转速v = 脉冲频率P * 电机固有步进角e / (360 * 细分数m) 逐点比较法的直线插补和圆弧插补： 一．直线插补原理： 如图所示的平面斜线AB ，以斜线起点A 的坐标为x0，y0，斜线AB 的终点坐标为(xe ，ye)，则此直线方程为： 00 00Y Ye X Xe Y Y X X --= -- 取判别函数F ＝(Y —Y0)(Xe —Xo)—(X-X0)(Ye —Y0)
哈工大_机电系统控制基础实验_实验一
姓名：学号： 课程名称：机电系统控制基础实验 实验序号： 1 实验日期： 实验室名称： 同组人： 实验成绩：总成绩： 教师评语： 教师签字： 年月日
机电系统控制基础原理性仿真实验 一、实验目的 通过仿真实验，掌握在典型激励作用下典型机电控制系统的时间响应特性，分析系统开环增益、系统阻尼、系统刚度、负载、无阻尼自振频率等机电参数对响应、超调量、峰值时间、调整时间、以及稳态跟踪误差的影响；掌握系统开环传递函数的各参数辨识方法，最后，学会使用matlab 软件对机电系统进行仿真，加深理解系统动态响应特性与系统各参数的关系。 二、实验原理 1．一阶系统的单位脉冲响应 惯性环节（一阶系统）单位脉冲响应simulink 实现图，如图2-1 所示 (a)可观测到输出曲线 (b)输入、输出曲线均可观测到 图2-1 惯性环节（一阶系统）单位脉冲响应simulink 实现图 2．一阶系统的单位阶跃响应 一阶系统的单位阶跃响应simulink 实现图如图2-2 所示。 图2-2 一阶系统的单位阶跃响应simulink 实现图 3．二阶系统的单位脉冲响应 二阶系统的单位脉冲响应simulink 实现图，如图2-3 所示。 图2-3 二阶系统的单位脉冲响应simulink 实现图
4．二阶系统的单位阶跃响应 二阶系统的单位阶跃响应实验simulink 实现图如图2-4 所示。 图2-4 二阶系统的单位阶跃响应实验simulink 实现图 三、实验要求 1. 掌握在典型激励作用下典型机电控制系统的时间响应特性。 2. 掌握系统开环传递函数的各参数辨识方法。 3. 使用matlab 软件对机电系统进行仿真 四、实验结果 1. 一阶系统的单位脉冲响应 Simulink 模型图如图4-1 图4-1 一阶系统单位脉冲响应模型图 单位脉冲函数波形图如图4-2 图4-2 单位脉冲函数波形图
机电传动控制实验报告
《机电传动控制》实验报告 天津理工大学机械工程学院 2014年9月
实验一 直流他励电动机调速实验 一、实验目的 1.深入了解直流他励电动机的调速性能； 2.进一步学习PLC 控制系统硬件电路设计和程序设计、调试。 二、实验原理 1.直流他励电动机的调速原理、调速方法 电动机的调速就是在一定的负载条件下，人为地改变电动机的电路参数，以改变电动机的稳定转速。 从直流他励电动机机械特性方程式 T K K R R K U n t e ad a e 2φφ+-= 可知，改变串入电枢回路的电阻Rad ，电枢供电电压U 或主磁通Φ，都可以得到不同的人为机械特性，从而在负载不变时可以改变电动机的转速，以达到速度调节的要求，故直流电动机调速的方法有以下三种。 （1）改变电枢回路外串电阻Rad 如图7.1所示为串电阻调速的特性曲线，从图中可看出，在一定的负载转矩T L 下，串入不同的电阻可以得到不同的转速，如在电阻分别为R a 、R 3、R 2、R 1的情况下，可以得到对应于A 、C 、D 和E 点的转速n A 、n C 、n D 和n E 。在不考虑电枢回路的电感时，电动机调速时的机电过程（如降低转速）见图中沿A →B →C 的箭头方向所示，即从稳定转速n A 调至新的稳定转速n C 。这种调速方法存在不少缺点，如机械特性较软，电阻愈大则特性愈软，稳定度愈低；在空载或轻载时，调速范围不大；实现无级调速困难；在调速电阻上消耗大量电能等。
图7.1 电枢回路串电阻调速的特性曲线 （2）改变电动机电枢供电电压U 改变电枢供电电压U可得到人为机械特性，如图7.2所示，从图中可看出，在一定负载转矩T L下，加上不同的电压U N、U1、U2、U3、…，可以得到不同的转速n a、n b、n c、n d、…，即改变电枢电压可以达到调速的目的。 这种调速方法的特点是： ①当电源电压连续变化时，转速可平滑无级调节，一般只能在额定转速以下调节； ②调速特性与固有特性互相平行，机械特性硬度不变，调速的稳定度较高，调速范围较大； ③当T L=常数时，稳定运行状态下的电枢电流Ia与电压U无关，且Φ=ΦN，故电动机转矩T=KtΦN Ia不变，属于恒转矩调速，适合于对恒转矩型负载进行调速； ④可以靠调节电枢电压来启动电动机，而不用其他启动设备。 图7.2 改变电枢供电电压调速的特性
进水流量跟随出水流量比值控制系统
实验题目 进水流量跟随出水流量比值控制系统 实验室 实验时间 同组人数 人 实验类别 综合性实验 指导教师：张运波 张红 一、实验目的 1.掌握比值控制的基本原理、系统构成方法以及参数整定方法； 2.进一步熟练智能调节仪表的基本操作与整定方法； 3.掌握比值控制系统的基本特性和控制方式。 二、实验设备 1.过程控制对象：1套 2.控制系统操作台：1套 3.PID 自整定数字调节仪：1块 4.示波器（或计算机）：1台 三、实验原理 系统的原理框图如图4.1所示，系统由一个定值控制的主动量回路和一个跟随主动量变化的从动量随动控制回路组成。 出水 进水 图4.1 比值控制系统原理框图 主动量控制回路能克服主动量扰动，实现其定值控制；从动量控制回路能克服作用于从动 给定值 扰动值 输出值 — PID 调节器1 电动调节阀1 出水流量 电磁流量计 变送器 输出值 — PID 调节器2 电动调节阀2 锅炉 电磁流量计 变送器 扰动值
量回路中的扰动，实现随动控制。本系统中主动量为出水流量，从动量为进水流量，通过系统的调节，实现进水流量跟随出水流量变化。 四、实验内容与步骤 1.熟悉过程控制对象和控制系统操作台，掌握“水路”和“电路”的连接方式。 2.按照工艺流程图和电气接线图，连通实验管路和连接电气电路。 3.打开电源，设置和整定智能调节仪表： （1）一级参数设置：在仪表PV测量值显示状态下，按压SET键，仪表将转入控制参数设定状态。每按SET键一次，就转入下一个被修改参数。 序号符号设定值作用 1 CLK 13 2 无禁锁，可修改一级参数 2 AL1 0 第一报警值 3 AL2 400 第二报警值 4 AH1 2 第一报警回差 5 AH2 2 第二报警回差 出水流量调节器参数设置：P=240，I=15，D=0 进水流量调节器参数设置：P=200，I=12，D=0 （2）二级参数设置：在仪表一级参数设定状态下，设定CLK=132后，在PV显示CLK，SV 显示132的状态下，同时按下SET键和▲键30秒，仪表就进入二级参数设定。在二级参数设定状态下，每按SET键一次，就变换一个被修改参数，利用▲或▼键改变参数值。 1)进水流量调节器参数设置： 序号符号设定值作用 1 SL0 14 输入分度号，14=（1~5）V 2 SL1 0 显示无小数点 3 SL2 1 第一报警为下限报警 4 SL3 2 第二报警为上限报警 5 DE 1 设备号（通讯用） 6 BT 5 通讯波特率=9600 7 F1 1 PID反作用方式 8 F2 1 PID为电压、电流输出
控制系统的典型环节的模拟实验报告修订版
控制系统的典型环节的 模拟实验报告修订版 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】
课程名称：控制理论乙指导老师：成绩：实验名称：控制系统典型环节的模拟实验类型：同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1．熟悉超低频扫描示波器的使用方法 2．掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路 3．测量典型环节的阶跃响应曲线 4．铜鼓哦是暗夜男了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响 二、实验内容和原理 以运算放大器为核心元件，由其不同的RC输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如下图所示。
右图中可以得到： 由上式可求得有下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应 1．积分环节 连接电路图如下图所示 和第一个实验相同，电源为峰峰值为30V 的阶跃函数电源，运放为LM358型号运放。在这次实验中，R2并不出现在电路中，所以我们可以同时调节R1的值和C 的值来改变该传递函数的其他参量值。具体表达式为： 式中：RC T = 由表达式可以画出在阶跃函数的激励下，电路所出现的阶跃响应图像 实验要求积分环节的传递函数需要达到（1）s s G 1)(1=（2）s s G 5.01)(2= 2．比例微分环节 连接电路图如下图所示 在该电路中，实验器材和第一次实验与第二次实验不变，R2仍然固定为1M 不改变。R1与C 并联之后与运算放大器的负端相连，R2接在运放的输出端和负输入端两端，起到了负反馈调节作用。具体表达式为： 式中，12R R K = ，C R T 1= 由表达式可以画出在阶跃函数的激励下，电路所出现的阶跃响应图像
最新机电一体化系统设计实验报告
实验一三相异步电动机正反转控制实验 专业年级：学号：姓名：评分： 一、实验目的： 1．学习和掌握PLC的实际操作和使用方法； 2．学习和掌握利用PLC控制三相异步电动机正反转的方法。 二、实验内容及步骤： 本实验采用PLC对三相异步电动机进行正反转控制，其主电路和控制电路接线图分别为图2-1和图2-2 。图中：正向按钮接PLC的输入口X0，反向按钮接PLC的输入口X1，停止按钮接PLC的输入口X2，KM5为正向接触器，KM6反向接触器。继电器KA5、KA6分别接于PLC的输出口Y23、Y24。 其基本工作原理为：合上QF1、QF5， PLC运行。当按下正向按钮，控制程序使Y23有效，继电器KA5线圈得电，其常开触点闭合，接触器KM5的线圈得电，主触头闭合，电动机正转；当按下反向按钮，控制程序使Y24有效，继电器KA6线圈得电，其常开触点闭合，接触器KM6的线圈得电，主触头闭合，电动机反转。 实验步骤： 1．在断电的情况下，学生按图2-1和图2-2接线（为安全起见，控制电路的PLC外围继电器KA5、KA6以及接触器KM5、KM6输出线路已接好）； 2．在老师检查合格后，接通断路器QF1、QF5 ； 3．运行PC机上的工具软件FX-WIN，输入PLC梯形图； 4．对梯形图进行编辑﹑指令代码转换等操作并将程序传至PLC； 5．运行PLC，操作控制面板上的相应开关及按钮，实现电动机的正反转控制。在PC 机上对运行状况进行监控，同时观察继电器KA5、KA6和接触器KM5 、KM6的动作及变化情况，调试并修改程序直至正确； 6。记录运行结果。 图 2-1 主控电路 ～3～
图 2-2 控制电路接线图 三．实验说明及注意事项 1．本实验中，继电器KA5、KA6的线圈控制电压为24V DC，其触点5A 220V AC（或5A 30V DC）；接触器KM5、KM6的线圈控制电压为220V AC，其主触点25A 380V AC。 2．三相异步电动机的正、反转控制是通过正、反向接触器KM5、KM6改变定子绕组的相序来实现的。其中一个很重要的问题就是必须保证任何时候、任何条件下正反向接触器KM5、KM6都不能同时接通，否则会造成电源相间瞬时短路。为此，在梯形图中应采用正反转互锁，以保证系统工作安全可靠。 3．本实验中，主控电路的电压为380V DC，请注意安全！ 四．实验用仪器工具 PC 机 1台 PLC 1台 编程电缆线 1根 三相异步电动机 1台 断路器（QF1、QF5） 2个 接触器（KM5、KM6） 2个 继电器（KA5、KA6） 2个 按钮 3个 实验导线若干 五．思考题 1．试比较继电器和接触器的结构及工作原理的异同点； 答：接触器有灭弧装置，而继电器没有。 接触器是在外界输入信号下能够自动接通断开负载主回路.继电器主要是传递信号,根据输入的信号到达不同的控制目的. 2．能否将接触器KM5，KM6的线圈直接接至PLC的输出端Y23、Y24（注：本实验所用
中南大学机电传动控制实验报告
机电传动控制 实 验 报 告 姓名：张泽超 学院：机电工程学院 班级：机械1301 学号： 0801130313 日期： 2016.6.15
一交流电机的点动与自动控制 1、电路原理图如下： 2、实验步骤: 1,断开实验台总电源开关 2,打开电脑,运行机电传动软件,先选择实验项目,然后根据软件中显示的原理图,在实验台上接线 3,按照原理图接线,接触器选用交流单元的接触器; 4,确定接线无误后,合上电源开关,就可开始进行实验 5,软件中点击<测试>--<运行>即可监测电机的扭矩和转速,5分钟后将自动弹出保存对话框,请确定并保存实验结果
3、实验过程: 按下原理图中对应的按钮,电机即可能到相应的动作 4、实验心得 该实验原理和操作都很简单，我们小组十分钟就做完了，运行也是正确的，给我们下面做实验也打好了基础，包括基本连线和基本设备，以及安全事项。
二、交流电机的能耗制动 1、电路原理图 2、实验步骤 1,断开实验台总电源开关 2,打开电脑,运行机电传动软件,先选择实验项目,然后根据软件中显示的原理图,在实验台上接线 3,按照原理图接线,接触器选用交流单元的接触器; 4,确定接线无误后,合上电源开关,就可开始进行实验 5,软件中点击<测试>--<运行>即可监测电机的扭矩和转速,5分钟后将自动弹出保存对话框,请确定并保存实验结果
3、实验过程: 按下原理图中对应的按钮,电机即可能到相应的动作 4、实验心得 能耗制动这个实验的原理接线图有一点复杂，所以我们组采取两个人分别接线主电路和控制电路。第一次接完运行后发现机器运行不了。证明我们接线有错误了。排查之后又重新连线，发现控制电路连错了。然后纠正后才能有正确的实验现象。总之，实验要认真的做，细心排查。
过程控制系统实验报告
《过程控制系统实验报告》 院－系： 专业： 年级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 2015 年6 月
过程控制系统实验报告 部门：工学院电气工程实验教学中心实验日期：年月日 姓名学号班级成绩 实验名称实验一单容水箱液位定值控制实验学时 课程名称过程控制系统实验及课程设计教材过程控制系统 一、实验仪器与设备 A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表 二、实验要求 1、使用比例控制进行单溶液位进行控制，要求能够得到稳定曲线，以及震荡曲线。 2、使用比例积分控制进行流量控制，能够得到稳定曲线。设定不同的积分参数，进行 比较。 3、使用比例积分微分控制进行流量控制，要求能够得到稳定曲线。设定不同的积分参数，进行比较。 三、实验原理 (1)控制系统结构 单容水箱液位定值(随动)控制实验，定性分析P, PI，PD控制器特性。 水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。被调量为水位H。使用P,PI , PID控制，看控制效果，进行比较。 控制策略使用PI、PD、PID调节。 (2)控制系统接线表 使用ADAM端口测量或控制量测量或控制量标号使用PLC端 口 锅炉液位LT101 AI0 AI0 调节阀FV101 AO0 AO0 四、实验内容与步骤 1、编写控制器算法程序，下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。这些步骤不详细介绍。
2、在现场系统上，打开手阀QV-115、QV-106，电磁阀XV101（直接加24V到DOCOM，GND到XV102控制端），调节QV-116闸板开度(可以稍微大一些)，其余阀门关闭。 3、在控制系统上，将液位变送器LT-103输出连接到AI0，AO0输出连到变频器U-101控制端上。 注意：具体哪个通道连接指定的传感器和执行器依赖于控制器编程。对于全连好线的系统，例如DCS，则必须安装已经接线的通道来编程。 4、打开设备电源。包括变频器电源，设置变频器4-20mA的工作模式，变频器直接驱动水泵P101。 5、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆，启动控制系统。 6、启动计算机，启动组态软件，进入测试项目界面。启动调节器，设置各项参数，将调节器的手动控制切换到自动控制。 7、设置PID控制器参数，可以使用各种经验法来整定参数。这里不限制使用的方法。 五、实验结果记录及处理 六、实验心得体会： 比例控制特性：能较快克服扰动的影响，使系统稳定下来，但有余差。 比例积分特性：能消除余差，它能适用于控制通道时滞较小、负荷变化不大、被控量不允许由余差的场合。 比例微分特性：对于改善系统的动态性能指标，有显著的效果。
《机电传动控制》教学大纲
《机电传动控制》教学大纲 大纲说明 课程代码：3335030 总学时：48学时(讲课42学时，实验6学时) 总学分：3 课程类别：专业模块选修课 适用专业：机械设计制造及其自动化 预修要求：《电工技术》、《电子技术》、《自动控制原理》 一、课程的性质、目的、任务： 1．性质 《机电传动控制》是机械设计制造及其自动化专业的专业方向模块选修课。 2．目的 《机电传动控制》是机械设计制造及其自动化专业的一门专业选修课，属专业技术基础课，其目的是培养机械设计制造及其自动化专业的学生掌握机电传动控制技术，掌握实际的工程应用能力，学会解决工业电气控制中实际问题的能力。增强学生的就业竞争能力。 3．任务 二、本课程的主要任务是使学生： 1．掌握用系统的观点如何分析机电传动控制系统。 2．具备分析、设计机电传动控制系统的能力。 3．正确运用理论解决实际问题的能力。 三、课程教学的基本要求： 本课程的教学环节包括：课堂讲授、课外作业、实验和考试等。通过各个教学环节重点培养学生分析 1．教学方法和教学手段的建议： 本课程教学环节包括：课堂讲授、工程应用实例讨论、课外作业和实验等。通过各个教学环节的教学重点培养学生的自学能力、理论联系实际的能力和解决实际工程问题的能力。采用启发式教学，鼓励学生开展课堂讨论，提出不同方法。采用电子教案、多媒体教室；适当引入计算机辅助电子设计软件；使学生建立机算机仿真在概念。实验是本课程的重要教学环节，通过实验，深化和扩展对课程内容的理解，培养实际动手的能力。 2．实验要求: 实验是《机电传动控制》课程的重要教学环节，通过实验，加深学对课程内容的理解，掌握对机电传动控制的实际运用能力。 实验要求学生实验前认真准备，完成实验预习报告（对设计性实验需提交实验方案）；实验时积极思考，多动手，学会正确使用常用的机床电器和电动机等电器的使用方法，能正确联接电路，了解机电传动中常见的传动方式，学会电动机传动系统的参数调整方法；实验后要对实验现象和实验数据认真整理分析，编写出整洁的实验报告。 3．课程习题要求
控制系统仿真实验报告
哈尔滨理工大学实验报告 控制系统仿真 专业：自动化12-1 学号：1230130101 姓名：
一．分析系统性能 课程名称控制系统仿真实验名称分析系统性能时间8.29 地点3# 姓名蔡庆刚学号1230130101 班级自动化12-1 一．实验目的及内容： 1. 熟悉MATLAB软件的操作过程； 2. 熟悉闭环系统稳定性的判断方法； 3. 熟悉闭环系统阶跃响应性能指标的求取。 二．实验用设备仪器及材料： PC, Matlab 软件平台 三、实验步骤 1. 编写MATLAB程序代码； 2. 在MATLAT中输入程序代码，运行程序； 3.分析结果。 四．实验结果分析： 1.程序截图
得到阶跃响应曲线 得到响应指标截图如下
2.求取零极点程序截图 得到零极点分布图 3.分析系统稳定性 根据稳定的充分必要条件判别线性系统的稳定性最简单的方法是求出系统所有极点,并观察是否含有实部大于0的极点，如果有系统不稳定。有零极点分布图可知系统稳定。
二．单容过程的阶跃响应 一、实验目的 1. 熟悉MATLAB软件的操作过程 2. 了解自衡单容过程的阶跃响应过程 3. 得出自衡单容过程的单位阶跃响应曲线 二、实验内容 已知两个单容过程的模型分别为 1 () 0.5 G s s =和5 1 () 51 s G s e s - = + ，试在 Simulink中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。 三、实验步骤 1. 在Simulink中建立模型，得出实验原理图。 2. 运行模型后，双击Scope，得到的单位阶跃响应曲线。 四、实验结果 1．建立系统Simulink仿真模型图，其仿真模型为
机电一体化技术实验报告(手写)
实验一四节传送带控制 一、实验目的 1.掌握传送指令的使用及编程 2.掌握四节传送带控制系统的接线、调试、操作 三、面板图 四、控制要求 1.总体控制要求：如面板图所示，系统由传动电机M1、M2、M3、M4，故障设置开关A、B、C、D组成，完成物料的运送、故障停止等功能。 2.闭合“启动”开关，首先启动最末一条传送带（电机M4），每经过1秒延时，依次启动一条传送带（电机M3、M2、M1）。 3.当某条传送带发生故障时，该传送带及其前面的传送带立即停止，而该传送带以后的待运完货物后方可停止。例如M2存在故障，则M1、M2立即停，经过1秒延时后，M3停，再过1秒，M4停。 4.排出故障，打开“启动”开关，系统重新启动。 5.关闭“启动”开关，先停止最前一条传送带（电机M1），待料运送完毕后再依次停止M2、M3及M4电机。
五、功能指令使用及程序流程图 1.传送指令使用 X0000为ON时，将源内容向目标内容传送，X0000为OFF时，数据不变化。 2.程序流程图 六、端口分配及接线图 序号PLC地址（PLC端子）电气符号（面板端 子） 功能说明 1X00SD启动（SD） 2X01A传送带A故障模拟3X02B传送带B故障模拟4X03C传送带C故障模拟5X04D传送带D故障模拟6Y00M1电机M1 7Y01M2电机M2 8Y02M3电机M3 9Y03M4电机M4 10主机COM、面板COM接电源GND电源地端 11主机COM0、COM1、COM2、COM3、COM4、 COM5、接电源GND 电源地端 12面板V+接电源+24V电源正端2.PLC外部接线图
七、操作步骤 1.检查实验设备中器材及调试程序。 2.按照I/O端口分配表或接线图完成PLC与实验模块之间的接线，认真检查，确保正确无误。 3.打开示例程序或用户自己编写的控制程序，进行编译，有错误时根据提示信息修改，直至无误，用SC-09通讯编程电缆连接计算机串口与PLC通讯口，打开PLC主机电源开关，下载程序至PLC中，下载完毕后将PLC的“RUN/STOP”开关拨至“RUN”状态。 4.打开“启动”开关后，系统进入自动运行状态，调试四节传送带控制程序并观察四节传送带的工作状态。 5.将A、B、C、D开关中的任意一个打开，模拟传送带发生故障，观察电动机M1、M2、M3、M4的工作状态。 6.关闭“启动”按钮，系统停止工作 八、实验总结 1.总结移位寄传器指令的使用方法。 2.总结记录PLC与外部设备的接线过程及注意事项。 实验二数码显示控制 一、实验目的 1.掌握译码指令的使用及编程方法 2.掌握LED数码显示控制系统的接线、调试、操作方法 序号名称型号与规格数量备注 1.可编程控制器实验装置DDSZ-21 2.实验挂箱D671
《过程控制系统》实验报告
《过程控制系统》实验报告 学院：电气学院 专业：自动化 班级：1505 姓名及学号：任杰311508070822 日期：2018.6.3
实验一、单容水箱特性测试 一、 实验目的 1. 掌握单容水箱阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线。 2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T 和传递函数。 二、 实验设备 1. THJ-FCS 型高级过程控制系统实验装置。 2. 计算机及相关软件。 3. 万用电表一只。 三、 实验原理 图1 单容水箱特性测试结构图 由图 2-1 可知，对象的被控制量为水箱的液位 h ，控制量（输入量）是流入水箱中的流量 Q 1，手动阀 V 1 和 V 2 的开度都为定值，Q 2 为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时02010=-Q Q （式2-1），动态时，则有dt dV Q Q = -21，（式2-2）式中 V 为水箱的贮水容积，dt dV 为水贮存量的变化率，它与 h 的关
系为Adh dV =，即dt dh A dt dV =（式2-3），A 为水箱的底面积。把式（2-3）代入式（2-2）得dt dh A Q Q =-21（式2-4）基于S R h Q =2,S R 为阀2V 的液阻，（式2-4）可改写为dt dh A R h Q S =-1，1KQ h dt dh AR S =+或()()1s 1+=Ts K s Q H （式2-5）式中s AR T =它与水箱的底面积A 和2V 的S R 有关，（式2-5）为单容水箱的传递函数。若令()S R S Q 01=,常数=0R ，则式2-5可表示为()T S KR S R K S R T S T K S H 11/000+-=?+= 对上式取拉氏反变换得()()T t e KR t h /01--=（式2-6）,当∞→t 时()0KR h =∞,因而有()0/R h K ∞==输出稳态值/阶跃输入，当T t =时，()() ()∞==-=-h KR e KR T h 632.0632.01010，式2-6表示一阶惯性响应曲线是一单调上升的指数函数如下图2-2所示 当由实验求得图 2-2 所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的 63%所对应的时间，就是水箱的时间常数 T 。该时间常数 T 也可以通过 坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是 时间常数 T ，由响应曲线求得 K 和 T 后，就能求得单容水箱的传递函 数如式（2-5）所示。 如果对象的阶跃响应曲线为图 2-3，则在此曲线的拐点 D 处作一切线，它与时间轴交于 B 点，与响应稳态值的渐近线交于 A 点。图中OB 即为对象的滞后时间