自動控制原理實驗第一頁，共五十四頁，2022年，8月28日目錄實驗一典型環(huán)節(jié)的模擬研究實驗二典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)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

第二頁，共五十四頁，2022年，8月28日

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?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)的測量方法，并學(xué)會由階躍響應(yīng)曲線計算典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。二、實驗設(shè)備PC機一臺，TDN-AC系列教學(xué)實驗系統(tǒng)。第三頁，共五十四頁，2022年，8月28日典型環(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)，實驗前應(yīng)熟悉了解。1、各環(huán)節(jié)的方塊圖及傳遞第四頁，共五十四頁，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，共五十四頁，2022年，8月28日各典型環(huán)節(jié)名稱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，共五十四頁，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，共五十四頁，2022年，8月28日四、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(yīng)曲線。（1）實驗接線①準備：使運放處于工作狀態(tài)。將信號源單元（U1SG）的ST端（插針）與+5V端（插針）用“短路塊”短接，使模擬電路中的場效應(yīng)管（3DJ6）夾斷，這時運放處于工作狀態(tài)②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”（U13SP）及“電位器單元”（U14P）組成。具體線路形成：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。以后實現(xiàn)再用到階躍信號時，方法同上，不再累贅。第八頁，共五十四頁，2022年，8月28日第九頁，共五十四頁，2022年，8月28日

（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(yīng)曲線，且將結(jié)果記下。改變比例參數(shù)，重新觀測結(jié)果。同理得出積分、比例積分、比例微分和慣性環(huán)節(jié)的實際響應(yīng)曲線，它們的理想曲線和實際響應(yīng)曲線見表1-1。2、觀察PID環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線

①此時Ui采用U1SG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，S11波段開關(guān)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(guān)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）。②參照2中的PID模擬電路圖，將PID環(huán)節(jié)搭接好。第十頁，共五十四頁，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PID的輸出端（U0），改變電路參數(shù)，重新觀察并記錄。第十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日

實驗二典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性本實驗為驗證性實驗一、實驗?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)的兩個重要參數(shù)阻尼比ζ和無阻尼自然頻率ωn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(yīng)曲線及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4、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(shè)備PC機一臺，TDN-AC系列教學(xué)實驗系統(tǒng)。第十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日三、實驗原理及電路返回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，共五十四頁，2022年，8月28日

第十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日圖2-2第十五頁，共五十四頁，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：見圖2-3。第十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日②模擬電路圖：見圖2-4。返回圖2-4第十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日開環(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：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，共五十四頁，2022年，8月28日四、實驗內(nèi)容和步驟1．準備

將“信號源單元”（U1SG）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(luò)上的場效應(yīng)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(biāo)的測試

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

③分別按R=20K;40K;100K改變系統(tǒng)開環(huán)增益，觀察相應(yīng)的階躍響應(yīng)C(t)，測量并記錄性能指標(biāo)δ(%)、tp和tS，及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并記錄測量值和計算值（實驗前必須按公式計算出）進行比較。并將實驗結(jié)果填入表1中。第二十頁，共五十四頁，2022年，8月28日表1第二十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日PLC實驗系統(tǒng)接線提示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，共五十四頁，2022年，8月28日四、實驗儀器與設(shè)備1、EL-PLC-Ⅰ型可編程控制器實驗系統(tǒng)2、EL-PLC-Ⅱ型可編程控制器實驗系統(tǒng)3、計算機4、FX-20P-E編程器返回第二十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日實驗四傳輸實驗

（本實驗為設(shè)計性實驗）

第二十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日一、實驗?zāi)康?、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(xùn)練解決工程實際控制問題的能力。

3、掌握傳輸控制技巧。

第二十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日二．設(shè)計要求用PLC構(gòu)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(dāng)運輸料車YS4亮2次以后，關(guān)閉YS1；（6）當(dāng)運輸料車YS3亮?xí)r，表示料車裝滿，運輸帶會自動停止，此時應(yīng)啟動聲光報警。3秒后自動停止報警。當(dāng)另一部料車來時，重復(fù)（1）～（6）。第二十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日三、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YSS2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第二十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日四、實驗儀器與設(shè)備1、EL-PLC-Ⅰ型可編程控制器實驗系統(tǒng)2、EL-PLC-Ⅱ型可編程控制器實驗系統(tǒng)3、計算機4、FX-20P-E編程器返回第二十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日實驗五LED數(shù)碼顯示實驗

（本實驗為綜合性實驗）

第二十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日一、實驗?zāi)康?、掌握用PLC控制LED數(shù)碼顯示系統(tǒng)的方法；2、掌握PLC外部接線的方法。第三十頁，共五十四頁，2022年，8月28日二．設(shè)計要求用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PLC編程，用10個按鍵分別傳送0~9十個數(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(yīng)的數(shù)碼。2、根據(jù)控制要求設(shè)計程序，寫出I/O分配表、繪制程序梯形圖3、繪制PLCI/O接線圖。第三十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日三．設(shè)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(dāng)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a~g段。第三十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日四、實驗儀器與設(shè)備1、EL-PLC-Ⅰ型可編程控制器實驗系統(tǒng)2、EL-PLC-Ⅱ型可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）。返回第三十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日實驗六功能指令實驗

（本實驗為設(shè)計性實驗）

第三十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日一、實驗?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，共五十四頁，2022年，8月28日二．實驗內(nèi)容1、利用跳轉(zhuǎn)、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PB01…LED燈PB03輪流閃爍；使K1“斷開”時，LED燈PB04…LED燈PB06輪流閃爍。第三十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日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：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，共五十四頁，2022年，8月28日三、實驗報告要求

1．寫出I/O分配表；

2．繪制所設(shè)計的程序梯形圖；

3．記錄實驗操作結(jié)果，分析是否符合設(shè)計要求。第三十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日四、實驗儀器與設(shè)備1、EL-PLC-Ⅰ型可編程控制器實驗系統(tǒng)2、EL-PLC-Ⅱ型可編程控制器實驗系統(tǒng)3、計算機4、FX-20P-E編程器返回第三十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日實驗七電動機自動往復(fù)運動

（本實驗為設(shè)計性實驗）

第四十頁，共五十四頁，2022年，8月28日一、實驗?zāi)康?、掌握用PLC控制電動機往復(fù)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。第四十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日二．設(shè)計要求設(shè)計并制作電動機往復(fù)運動電路，對PLC編程，實現(xiàn)PLC對電動機的往復(fù)運動控制。編程要求：交流電動機起動有正轉(zhuǎn)起動和反轉(zhuǎn)起動，而且正、反轉(zhuǎn)可切換，即在正轉(zhuǎn)時可直接按下反轉(zhuǎn)起動按，電動機即開始反轉(zhuǎn)，同時切斷正轉(zhuǎn)電路，反之亦可；并且要求電動機能往復(fù)運動，往復(fù)運動由時間控制，即按下正轉(zhuǎn)起動按鈕，電動機正轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)一段時間轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)一段時間又轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)，如此自動往復(fù)。第四十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日三．設(shè)計提示1.用PLC控制交流電動機的正反轉(zhuǎn)，除了軟件互鎖，硬件也要求互鎖。2.正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)的方法：改變電源相序（兩根火線對調(diào)）。第四十三頁，共五十四頁，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，共五十四頁，2022年，8月28日在上圖中：主電路：

KM1主觸點接通正相序電源—M正轉(zhuǎn)。

KM2主觸點接通反相序電源—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，共五十四頁，2022年，8月28日四、實驗儀器與設(shè)備1、EL-PLC-Ⅰ型可編程控制器實驗系統(tǒng)2、EL-PLC-Ⅱ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、三相異步電動機第四十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日五、實驗報告要求1．根據(jù)控制要求設(shè)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控制電路圖、PLCI/O接線圖。3．記錄實驗操作結(jié)果，分析是否符合設(shè)計要求。返回第四十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日實驗八廣告藝術(shù)燈控制器設(shè)計

（本實驗為研究創(chuàng)新型實驗）

第四十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日一、實驗?zāi)康?、掌握采用不同的編程思路實現(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，共五十四頁，2022年，8月28日二．設(shè)計要求用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，再反過來從6→5→…→1順序熄滅。全滅后，停2秒，再從第6根燈管