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1、自动控制原理实验第1页，共54页，编辑于2022年，星期二目目 录录n实验一实验一 典型环节的模拟研究典型环节的模拟研究 n实验二实验二 典型系统瞬态响应和稳定性典型系统瞬态响应和稳定性 n实验三实验三 控制系统的频率特性控制系统的频率特性 n实验四实验四 线性连续系统校正线性连续系统校正 n实验五实验五 采样系统分析采样系统分析 n附附:实验系统介绍实验系统介绍 第2页，共54页，编辑于2022年，星期二 返回返回实验实验一一 典型环节模拟研究典型环节模拟研究本实验为验证性实验一、实验目的一、实验目的1、学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性影响。2、熟悉各种典型典型环节的阶跃响
2、应。3、学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。二、实验设备二、实验设备 PC机一台，TDN-AC系列教学实验系统。第3页，共54页，编辑于2022年，星期二典型环节名称典型环节名称 方块图方块图传递函数传递函数比例（P）积分（I）比例积分（PI）返回返回三实验原理及电路三实验原理及电路下面列出了各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。1、各环节的方块图及传递、各环节的方块图及传递第4页，共54页，编辑于2022年，星期二比例微分（PD）惯性环节（T）比例积分微分（PID）第5页，共54页，编辑于2022年，星期二各典型环节名称
3、模拟电路图输出响应比例（P）U0(t)=K(t0)其中K=R1/R0 积分（I）U0(t)=(t0)其中T=R0C 比例积分（PI）U0(t)=(t0)其K=R1/R0，T=R1C返回返回2、各典型环节的模拟电路图及输出响应、各典型环节的模拟电路图及输出响应第6页，共54页，编辑于2022年，星期二比例微分（PD）U0(t)=KT(t)+K其中(t)为单位脉冲函数惯性环节（T）U0(t)=K(1-e-t/T)其中K=R1/R0，T=R1C比例积分微分（PID）其中(t)为单位脉冲函数Kp=R1/R0;Ti=R0C1Td=R1R2C2/R0第7页，共54页，编辑于2022年，星期二四、实验内容及
4、步骤四、实验内容及步骤1、观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃、观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线。响应曲线。（1）实验接线准备：使运放处于工作状态。将信号源单元（U1SG）的ST端（插针）与+5V端（插针）用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管（3DJ6）夹断，这时运放处于工作状态阶跃信号的产生；电路可采用图1-1所示电路，它由“单脉冲单元”（U13SP）及“电位器单元”（U14P）组成。具体线路形成：在U13SP单元中，将H1与+5V插针用“短路块”短接，H2插针用排线接至U14P单元的X插针；在U14P单元中，将Z插针和GND插针用“短路块”短接，
5、最后由插座的Y端输出信号。以后实现再用到阶跃信号时，方法同上，不再累赘。第8页，共54页，编辑于2022年，星期二第9页，共54页，编辑于2022年，星期二（2）实验操作 按2中的各典型环节的模拟电路图将线接好（先按比例,PID先不接）。将模拟电路输入端（Ui）与阶跃信号的输出端Y相联接；模拟电路的输出端（U0）接至示波器。按下按钮（或松平按扭）H时，用示波器观测输出端U0(t)的实际响应曲线，且将结果记下。改变比例参数，重新观测结果。同理得出积分、比例积分、比例微分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线见表1-1。2、观察、观察PID环节的响应曲线环节的响应曲线 此时Ui采用
6、U1SG单元的周期性方波信号（U1单元的ST的插针改为与S插针用“短路块”短接，S11波段开关置与“阶跃信号”档，“OUT”端的输出电压即为阶跃信号电压，信号周期由波段开关S12与电位器W11调节，信号幅值由电位器W12调节。以信号幅值小、信号周期较长比较适宜）。参照2中的PID模拟电路图，将PID环节搭接好。第10页，共54页，编辑于2022年，星期二将中产生的周期性方波加到PID环节的输入端（Ui），用示波器观测PID的输出端（U0），改变电路参数，重新观察并记录。第11页，共54页，编辑于2022年，星期二实验二实验二 典型系统瞬态响应和稳定性典型系统瞬态响应和稳定性本实验为验证性实验一
7、、实验目的一、实验目的1、熟悉有关二阶系统的特性和模拟仿真方法。2、研究二阶系统的两个重要参数阻尼比和无阻尼自然频率n对过渡过程的影响。3、研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。4、熟悉劳斯判据，用劳斯判据对三阶系统进行稳定性分析。二、实验设备二、实验设备PC机一台，TDN-AC系列教学实验系统。第12页，共54页，编辑于2022年，星期二三、实验原理及电路三、实验原理及电路返回返回 1、典型二阶系统、典型二阶系统典型二阶系统的方块图及传递函数图2-1是典型二阶系统原理方块图，其中T0=1s,T1=0.1s，K1分别为10、5、2、1。第13页，共54页，编辑于2022年，星期二
8、第14页，共54页，编辑于2022年，星期二图2-2第15页，共54页，编辑于2022年，星期二2、典型三阶系统、典型三阶系统典型三阶系统的方块图：见图2-3。第16页，共54页，编辑于2022年，星期二模拟电路图：见图2-4。返回返回图2-4第17页，共54页，编辑于2022年，星期二开环传递函数为：（其中K=500/R）系统的特征方程为1+G(S)H(S)=0即S3+12S2+20S+20K=0由Routh判据得：0K41.7K系统稳定K=12，即R=41.7K系统临界稳定K12，即R41.7K系统不稳定第18页，共54页，编辑于2022年，星期二四、实验内容和步骤四、实验内容和步骤1准备
9、准备 将“信号源单元”（U1SG）的ST插针和+5V插针用“短路块”短接，使运算放大器反馈网络上的场效应管3DJ6夹断。2阶跃信号的产生阶跃信号的产生 见实验一中的阶跃信号的产生。将阶跃信号加至输入端，调节单次阶跃单元中的电位器，按动按钮，用示波器观察阶跃信号，使其幅值为3V。3典型二阶系统瞬态性能指标的测试典型二阶系统瞬态性能指标的测试 按图2-2接线，R=10K。用示波器观察系统阶跃响应C（t），测量并记录超调量%，峰值时间和调节时间。记录表1中。第19页，共54页，编辑于2022年，星期二分别按R=20K;40K;100K改变系统开环增益，观察相应的阶跃响应C(t)，测量并记录性能指标(
10、%)、tp和tS，及系统的稳定性。并记录测量值和计算值（实验前必须按公式计算出）进行比较。并将实验结果填入表1中。第20页，共54页，编辑于2022年，星期二表1第21页，共54页，编辑于2022年，星期二PLC实验系统接线提示1交通显示装置模型交通灯插孔TL1TL3为一组，TL4TL6为一组，其中 交通灯插孔TL1：绿灯 交通灯插孔TL2：黄灯 交通灯插孔TL3：红灯 交通灯插孔TL4：绿灯 交通灯插孔TL5：黄灯 交通灯插孔TL6：红灯第22页，共54页，编辑于2022年，星期二四、实验仪器与设备1、EL-PLC-型可编程控制器实验系统2、EL-PLC-型可编程控制器实验系统3、计算机4、
11、FX-20P-E编程器返回返回第23页，共54页，编辑于2022年，星期二实验四实验四 传输实验传输实验（本实验为设计性实验）第24页，共54页，编辑于2022年，星期二一、实验目的一、实验目的1、掌握用PLC控制传动控制系统的方法；2、熟悉PLC编程技巧及程序调试方法。训练解决工程实际控制问题的能力。3、掌握传输控制技巧。第25页，共54页，编辑于2022年，星期二二设计要求用PLC构成传动控制系统，具体要求如下：（1）按启动按钮后，给出YS1信号，打开出料仓；（2）检测各工位，在工位1时，停2秒，传送带1启动（启动传送带的输出端子在仿真区SD2端）；（3）工位2时，停2秒，传送带2启动；（
12、4）工位3时，停2秒，传送带3启动；（5）当运输料车YS4亮2次以后，关闭YS1；（6）当运输料车YS3亮时，表示料车装满，运输带会自动停止，此时应启动声光报警。3秒后自动停止报警。当另一部料车来时，重复（1）（6）。第26页，共54页，编辑于2022年，星期二三、提示：系统工艺要求三、提示：系统工艺要求,及及PLC 实验系统硬件接线如下实验系统硬件接线如下:1传输装置模型说明信号YSS1代表工位1信号YSS2代表工位2信号YSS3代表工位3信号YS3代表运输料车装满信号YS4代表传送带有料装入运输料车SD2代表传送带启动信号YSI代表开出料仓LED为灯光报警发光管FMQ为报警蜂鸣器SD2传输
13、实验区仿真区YS1YSS1YSS2YSS3YS3YS4LEDFMQ第27页，共54页，编辑于2022年，星期二四、实验仪器与设备1、EL-PLC-型可编程控制器实验系统2、EL-PLC-型可编程控制器实验系统3、计算机4、FX-20P-E编程器返回返回第28页，共54页，编辑于2022年，星期二实验五实验五 LED数码显示实验数码显示实验（本实验为综合性实验）第29页，共54页，编辑于2022年，星期二一、实验目的一、实验目的1、掌握用PLC控制LED数码显示系统的方法；2、掌握PLC外部接线的方法。第30页，共54页，编辑于2022年，星期二二设计要求用PLC控制LED数码显示系统，具体要求
14、：1、在面包板上搭建LED数码显示电路，对PLC编程，用10个按键分别传送09十个数字，每按动这十个键中的一个，则PLC控制LED数码显示电路显示对应的数码。2、根据控制要求设计程序，写出I/O分配表、绘制程序梯形图3、绘制PLC I/O接线图。第31页，共54页，编辑于2022年，星期二三设计提示1、LED数码管有两种显示接线方式，一种是共阴，另一种为共阳，当发光二极管正向偏置时，发光管（LED）灯就亮。2、用PLC控制LED显示有两种方法，一种是输出4位BCD码给LED显示（如用BCD码指令显示）；另一种方法是由PLC编制程序进行译码，来控制显示ag段。第32页，共54页，编辑于2022年
15、，星期二四、实验仪器与设备1、EL-PLC-型可编程控制器实验系统2、EL-PLC-型可编程控制器实验系统3、计算机4、FX-20P-E编程器5、面包板、数码管、电阻（2K、1/4w）。返回返回第33页，共54页，编辑于2022年，星期二实验六实验六 功能指令实验功能指令实验（本实验为设计性实验）第34页，共54页，编辑于2022年，星期二一、实验目的一、实验目的1、熟悉跳转、分支指令的应用2、掌握数据处理：比较、传送指令的使用。3、熟悉PLC编程技巧及程序调试方法。第35页，共54页，编辑于2022年，星期二二实验内容1、利用跳转、分支指令使PLC实现对两组彩灯轮流闪烁的控制。其编程要求：利
16、用分支指令编程，使K1“接通”时，LED灯PB01LED灯PB03轮流闪烁；使K1“断开”时，LED灯PB04LED灯PB06轮流闪烁。第36页，共54页，编辑于2022年，星期二2、利用比较、传送指令使PLC实现数据的传送与数据大小的比较。其编程要求：给S2赋值10H。由按键PB1PB3给S1赋不同值，S1、S2比较结果通过输出显示LED灯显示。按PB1给S1赋值00H，按PB2给S1赋值10H，按PB3给S1赋值20H。当S1S2，则LED灯PBO1亮；S1S2，则LED灯PBO2亮；S1=S2，则LED灯PBO3亮；S1S2，则LED灯PBO4亮；S1S2，则LED灯PBO5亮；S1S2
17、，则LED灯PBO6亮。第37页，共54页，编辑于2022年，星期二三、实验报告要求、实验报告要求1写出I/O分配表；2绘制所设计的程序梯形图；3记录实验操作结果，分析是否符合设计要求。第38页，共54页，编辑于2022年，星期二四、实验仪器与设备1、EL-PLC-型可编程控制器实验系统2、EL-PLC-型可编程控制器实验系统3、计算机4、FX-20P-E编程器返回返回第39页，共54页，编辑于2022年，星期二实验七实验七 电动机自动往复运动电动机自动往复运动（本实验为设计性实验）第40页，共54页，编辑于2022年，星期二一、实验目的一、实验目的1、掌握用PLC控制电动机往复运动软件互锁与
18、硬件互锁的方法；2、掌握PLC外部接线的方法。第41页，共54页，编辑于2022年，星期二二设计要求设计并制作电动机往复运动电路，对PLC编程，实现PLC对电动机的往复运动控制。编程要求：交流电动机起动有正转起动和反转起动，而且正、反转可切换，即在正转时可直接按下反转起动按，电动机即开始反转，同时切断正转电路，反之亦可；并且要求电动机能往复运动，往复运动由时间控制，即按下正转起动按钮，电动机正转，正转一段时间转为反转，反转一段时间又转为正转，如此自动往复。第42页，共54页，编辑于2022年，星期二三设计提示1.用PLC控制交流电动机的正反转，除了软件互锁，硬件也要求互锁。2.正反转实现的方法
19、：改变电源相序（两根火线对调）。第43页，共54页，编辑于2022年，星期二1、正反转基本控制电路原理图：第44页，共54页，编辑于2022年，星期二 在上图中：在上图中：主电路主电路：KM1主触点接通正相序电源M正转。KM2主触点接通反相序电源M反转。控制电路控制电路：SB1控制正转，SB2控制反转，SB3用于停止控制。KM的常闭触点用于互锁控制，即使在接触器故障情况下，也可以保证不发生主电路短路现象。第45页，共54页，编辑于2022年，星期二四、实验仪器与设备1、EL-PLC-型可编程控制器实验系统2、EL-PLC-型可编程控制器实验系统3、计算机4、FX-20P-E编程器5、交流接触器
20、6、三相异步电动机第46页，共54页，编辑于2022年，星期二五、实验报告要求、实验报告要求1根据控制要求设计程序，写出I/O分配表、绘制程序梯形图；2绘制主电路图、PLC控制电路图、PLC I/O接线图。3记录实验操作结果，分析是否符合设计要求。返回返回第47页，共54页，编辑于2022年，星期二实验八实验八 广告艺术灯控制器设计广告艺术灯控制器设计（本实验为研究创新型实验）（本实验为研究创新型实验）第48页，共54页，编辑于2022年，星期二一、实验目的一、实验目的1、掌握采用不同的编程思路实现用PLC控制广告艺术灯系统的方法；2、熟悉PLC编程技巧及程序调试方法。第49页，共54页，编辑
21、于2022年，星期二二设计要求用PLC控制广告艺术灯电路系统，编程要求：某广告屏有6根灯管（用黄色LED发光管代替），16只流水灯，每4只灯为一组。在面包板上搭建LED发光管广告艺术灯电路，对PLC编程，控制彩色LED发光管轮流闪烁，其具体要求如下：1）该广告屏中间6个灯管亮灭的时序为第1根亮第2根亮第3根亮第6根亮，时间间隔为1秒，全亮后，显示10秒，再反过来从651顺序熄灭。全灭后，停2秒，再从第6根灯管开始亮起，顺序点亮651，时间间隔为1秒，全亮后，显示20秒，再从126顺序熄灭。全熄灭后，停2秒，再从头开始运行，周而复始。2）广告屏四周的流水灯16只，4个一组，共分4组，每组灯间隔1
22、秒向前移动一次，且即从，移动一段时间后（如30秒），再反过来移动，即从，如此循环往复。3）系统有单步/连续控制，有起动和停止按钮。4）系统发光管的供电电源为24V。第50页，共54页，编辑于2022年，星期二三设计提示n设计方案提示n根据霓虹灯时序控制程序的任务和要求，可先设计霓虹灯中间6根灯管的控制程序。由题意可知，用6个PLC的输出分别控制6个灯管。PLC控制程序可采用步进顺控指令来实现，也可采用移位指令和定时、计数指令组合起来设计该程序，或用基本指令加定时器、计数器指令来实现。n对于四周的4组流水灯泡的亮、灭控制，可利用PLC移位指令外加定时器、计数器指令来完成其循环左移和右移功能。或用基本指令加定时器、计数器指令来实现。也可采用步进顺控指令来实现。第51页，共54页，编辑于2022年，星期二四、实验仪器与设备1、EL-PLC-型可编程控制器实验系统2、EL-PLC-型可编程控制器实验系统3、计算机4、FX-20P-E编程器5、面包板、数码管、电阻（2K、1/4w）。第52页，共54页，编辑于2022年，星期二五、实验报告要求、实验报告要求1根据控制要求设计程序，写出I/O分配表、绘制程序梯形图；2记录实验操作结果，分析是否符合设计要求。第53页，共54页，编辑于2022年，星期二谢谢！第54页，共54页，编辑于2022年，星期二