运动控制系统仿真实验报告
——转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真
双闭环直流调速系统仿真
对例题3.8设计的双闭环系统进行设计和仿真分析,仿真时间10s 。具体要求如下： 在一个由三相零式晶闸管供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知电动机的额定数据为：60=N P kW , 220=N U V , 308=N I A , 1000=N n r/min , 电动势系数e C =0.196 V·min/r , 主回路总电阻R =0.18Ω,变换器的放大倍数s K =35。电磁时间常数l T =0.012s,机电时间常数m T =0.12s,电流反馈滤波时间常数i T 0=0.0025s,转速反馈滤波时间常数n T 0=0.015s 。额定转速时的给定电压(U n *
)N =10V,调节器ASR ，ACR 饱和输出电压U im *
=8V,U cm =7.2V 。
系统的静、动态指标为:稳态无静差,调速范围D=10,电流超调量i σ≤5% ,空载起动到额定转速时的转速超调量n σ≤10%。试求：
（1）确定电流反馈系数β(假设起动电流限制在1.3N I 以内)和转速反馈系数α。 （2）试设计电流调节器ACR.和转速调节器ASR 。
（3）在matlab/simulink 仿真平台下搭建系统仿真模型。给出空载起动到额定转速过程中转速调节器积分部分不限幅与限幅时的仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出、转速调节器积分部分输出），指出空载起动时转速波形的区别，并分析原因。
（4）计算电动机带40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量σn 。并与仿真结果进行对比分析。
（5）估算空载起动到额定转速的时间，并与仿真结果进行对比分析。
（6）在5s 突加40%额定负载，给出转速调节器限幅后的仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出、转速调节器积分部分输出），并对波形变化加以分析。
（一）实验参数
某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下： ? 直流电动机：220V ，136A ，1460r/min ，C e=0.132Vmin/r ，允许过载倍数λ=1.5； ? 晶闸管装置放大系数：K s=40； ? 电枢回路总电阻：R =0.5Ω ； ? 时间常数：T i=0.03s ， T m=0.18s ；
? 电流反馈系数：β=0.05V/A （≈10V/1.5I N ）。 ?
转速反馈系数α=0.07Vmin/r （≈10V/nN ），
（二）实验设计
1、设计要求
设计电流调节器，要求电流超调量 要求转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量σn ≤10%。
试按工程设计方法设计转速调节器，并校验转速超调量的要求能否得到满足。 2、计算过程
（1）电流调节器
1）确定时间常数
整流装置滞后时间常数T s =0.0017s 。 电流滤波时间常数T oi =2ms=0.002s 。
电流环小时间常数之和，按小时间常数近似处理，取T Σi =T s +T oi=0.0037s 。 2）选择电流调节器结构
要求σi ≤5%，并保证稳态电流无差，按典型I 型系统设计电流调节器。用PI 型电流调节器。
检查对电源电压的抗扰性能： ，
参看表3-2的典型I 型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。 3）计算电流调节器参数
电流调节器超前时间常数：τi =T i =0.03s 。 电流环开环增益：取K i T Σi =0.5，
5%
i σ≤1.1350037
.05
.05.0===
∑i I T K
ACR 的比例系数为
4）校验近似条件
电流环截止频率ωci =K I =135.1s -1 校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件
校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件
校验电流环小时间常数近似处理条件
（2）转速调节器 1）确定时间常数
电流环等效时间常数。
由例题3-1，已取K I T Σi =0.5，则
013.105
.0405
.003.01.135=???==
βτs i I i K R K K 1.1960017
.03131=?=s T ci ω> 82.4003
.018.01313
=??=l m T T ci ω< 8.180002
.00017.01
31131=??=oi s T T ci
ω>s T K i I
0074.00037.0221
=?==∑
转速滤波时间常数。根据所用测速发电机纹波情况，取Ton=0.01s 。 转速环小时间常数。按小时间常数近似处理，取
2）选择转速调节器结构
选用PI 调节器，
3）计算转速调节器参数
取h=5，则ASR 的超前时间常数为
转速环开环增益
ASR 的比例系数为
4）检验近似条件
转速环截止频率为
电流环传递函数简化条件
满足简化条件
转速环小时间常数近似处理条件
满足简化条件
5）计算调节器电阻和电容
s T K T on I
n 0174.001.00074.01
=+=+=
∑s
s K s W n n n ASR ττ)1()(+=
s
hT n n 087.00174.05=?==∑τ2
2
2224.3960174.052621-∑=??=+=
s T h h K n
N 7
.110174
.05.0007.05218.0132.005.062)1(=???????=+=
∑n m e n RT h T C h K αβ1
1
5.34087.04.396-=?===
s K K n N N
cn τωω7
.630037
.01
.1353131==∑i I T K cn
ω>7.3801
.01
.1353131==on I T K cn
ω>
取
取470k Ω
取0.2 μF
取1μF
6）校核转速超调量
当h=5时，由表3-4查得，σn%=37.6%，不能满足设计要求。实际上，由于表3-4是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR 饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR 退饱和的情况重新计算超调量。
（三）仿真分析
对设计的双闭环系统进行仿真分析,其中电流调节器输出限幅7.37V 。电流调节器输出与积分同时限幅。仿真时间10s 。
1、在matlab8/simulink 仿真平台下搭建系统仿真模型，给出仿真模型贴图。
Ω=k R 400Ω
=?==k R K R n n 468407.110F F R C n n
n μτ185.010185.010470087.06
3
=?=?==-F F R T C on on μ110110
4001
.044630=?=??==
-
2、给出空载起动过程中转速调节器积分部分不限幅与限幅时的仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出、转速调节器积分部分输出、电流调节器输出），指出空载起动时转速波形的区别，并给出原因。
（1）不限幅：
转速和电流
ASR输出与积分部分输出
ACR输出
（2）限幅时：转速和电流
ASR输出与积分部分输出
ACR输出
空载起动时转速波形的区别：限幅时转速超调量较小。如果转速调节器没有饱和限幅的约束，调速系统可以在很大范围内线性工作，则双闭环系统启动时的转速过度过剩会产生很大的超调量。
3、估算电动机带40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量σn 。并与仿真结果进行对比分析。估算空载起动到额定转速的时间，并与仿真结果进行对比分析。
40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量σn ：
=6.09% 空载起动到额定转速的时间：
=0.132*0.18*1460/(1.5*136*0.5)=0.34S 仿真约为0.6秒，存在较大误差
4、在5s 突加40%额定负载，给出仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出、转速调节器积分部分输出、电流调节器输出），并对波形变化加以分析。 转速调节器输出
在5s 突加40%额定负载,转速调节器输出突变，最后稳定值变大。
m
n N b b b n T T
n n z C C n n C C ∑?-?=??=*max *max )%)((2%)(
%λσ
转速调节器积分部分输出
在5s突加40%额定负载，转速调节器积分部分输出突变，最后稳定值变大。转速和电流
在5s突加40%额定负载，转速有波动，但很快恢复原先稳定值。电流突变，稳定值增大。ACR输出
在5s突加40%额定负载，ACR输出突变，稳定值增大。
（四）实验小结
首先我认为最让我有收获的是在设计过程中为了达到设计目的对于各项指标的分析。从选择电路元件，电路的分析和计算，调试和撰写报告，无不亲历而为。
这次设计用的是matlab软件，由于matlab软件在之前的课程设计过程中都运用过，所以这次设计过程中在软件运用上没有太大的困难。而且经过前面一系列数据的分析，设计过程中只要严格控制好数据的参数范围，那么得到的实验结果就比较准确。唯一有可能出现失误的地方是由于连接线过多，连线经常会出现断链，漏连，这样就会影响实验结果，而且这类的错误也不容易发现。不过仿真实验也体现了它的好处，在真正制作电路的过程中也节省了人力和物力。
总得来说，这次设计让我受益良多。
本科学生毕业论文 2011年5月20日 论文题目： 串级控制系统研究学院： 电子工程学院年级： 2007级专业： 自动化姓名： 陈曦学号： 20075199指导教师： 赵建华
摘要 随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展，对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求。在这种情况下，简单的单回路控制已经难以满足一些复杂的控制要求。串级控制系统是过程控制中的一种多回路控制系统，是为了提高单回路控制系统的控制效果而提出来的一种控制方案。串级控制系统把两个单回路控制系统以一定的结构形式串联在一起，它不仅具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。串级控制系统采用了两个调节器，因此它的调节器的参数整定更复杂一些。 本论文论述了一个液位——流量串级控制系统的设计方法和步骤，介绍了它的参数整定方法。在此过程中，介绍了对液位和流量进行检测和转换的常用元件，应用阶跃响应曲线推导了广义对象的传递函数，简单地论述了串级控制系统的优点，讨论了它对控制效果的改善作用，并使用仿真软件对该系统进行了仿真。 关键词 串级控制系统；液位；流量；仿真
Abstract Along with the modern industry production process to large-scale,continuously is developing with the strengthened direction,proposed to the control system control quality day by day grows request.In this kind of situation,the simple single return route control already with difficulty satisfied some complex control requests.The cascade control system is in the process control more than one kind of return routes control system,is for enhance one kind of control plan which the single return route control system the control effect proposes.The cascade control system two single return routes control system by the certain structural style connects in together,it not only has the single return route control system the complete function,moreover also has many single return routes control system no merit.The cascade control system has used two regulators,therefore it is more complex to set its regulator parameter. The present paper elaborated a fluid position—current capacity cascade control system design method and the step,introduced its parameter set method.In this process,introduced carries on the examination and the transformation commonly used part to the fluid position and the current capacity,has inferred the generalized object transfer function using the step leap response curve,simply elaborated the cascade control system merit,discussed it to control the effect the improvement function,and use simulation software has carried on the simulation to this system. Key words Cascade control system;fluid position;current capacity;simulation
内部编号：AN-QP-HT390 版本/ 修改状态：01 / 00 In Order T o Standardize The Management, Let All Personnel Enhance The Executive Power, Avoid Self- Development And Collective Work Planning Violation, According To The Fixed Mode To Form Daily Report To Hand In, Finally Realize The Effect Of Timely Update Progress, Quickly Grasp The Required Situation. 编辑：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 运动控制实验报告通用范本
运动控制实验报告通用范本 使用指引：本报告文件可用于为规范管理，让所有人员增强自身的执行力，避免自身发展与集体的工作规划相违背，按固定模式形成日常报告进行上交最终实现及时更新进度，快速掌握所需了解情况的效果。资料下载后可以进行自定义修改，可按照所需进行删减和使用。 实验一晶闸管直流调速系统电流-转速调节器调试 一．实验目的 1．熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。2．掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。 二．实验内容 1．调节器的调试 三．实验设备及仪器 1．教学实验台主控制屏。2．MEL—11组件3．MCL—18组件4．双踪示波器5．万用表
成绩评定表
课程设计任务书
目录 1. 课程设计的目的与作用 (1) 1.1课程设计的目的 (1) 1.1课程设计的作用 (1) 2设计任务及所用Multisim软件环境介绍 (2) 2.1设计任务 (2) 2.2 Multisim软件环境介绍 (2) 3 电路模型的建立 (4) 4 理论分析及计算 (6) 5 仿真结果分析 (7) 5.1无极间反馈 (7) 5.2加入极间反馈 (10) 6 设计总结和体会 (14) 7 参考文献 (14)
1. 课程设计的目的与作用 1.1课程设计的目的 学习电压串联负反馈电路，掌握电压串联负反馈电路的工作原理。通过对它的学习，对负反馈对放大电路性能的影响有进一步的理解和掌握，学会对其进行静态分析、动态分析等相关运算，利用Multisim软件对电压串联负反馈电路仿真实现。 根据实例电路图和已经给定的原件参数，使用Multisim软件模拟出电压串联负反馈电路课后练习题，并对其进行静态分析，动态分析，显示波形图，计算数据等操作，记录结果和数据；与此同时，更好的应用于以后的学习与工作中，切实对自身能力的提高有所帮助。 1.1课程设计的作用 模拟电子技术课程设计是在“模拟电子技术”课程之后,集中安排的重要实践性教学环节。学生运用所学的知识,动脑又动手,在教师指导下,结合某一专题独立地开展电子电路的设计与实验,培养学生分析、解决实际电路问题的能力。该课程的任务是使学生掌握数字电子技术方面的基本概念、基本原理和基本分析方法，重点培养学生分析问题和解决问题的能力，初步具备电子技术工程人员的素质，并为学习后继课程打好基础。 课程设计师某门课程的总结性教学环节，会死培养学生综合运用本门课程及有关选修课的基本知识去解决某一实际问题的训练，加深课程知识的理解。在真个教计划中，它起着培养学生独立工作能力的重要作用。设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。
控制系统仿真与设计实验报告 姓名： 班级： 学号： 指导老师：刘峰 7.2.2控制系统的阶跃响应 一、实验目的 1.观察学习控制系统的单位阶跃响应； 2.记录单位阶跃响应曲线； 3.掌握时间相应的一般方法； 二、实验内容 1.二阶系统G(s)=10/(s2+2s+10)
键入程序，观察并记录阶跃响应曲线；录系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率；记录实际测去的峰值大小、峰值时间、过渡时间，并与理论值比较。 （1）实验程序如下： num=[10]; den=[1 2 10]; step(num,den); 响应曲线如下图所示： （2）再键入： damp(den); step(num,den); [y x t]=step(num,den); [y,t’] 可得实验结果如下：
记录实际测取的峰值大小、峰值时间、过渡时间，并与理论计算值值比较 实际值理论值 峰值 1.3473 1.2975
峰值时间 1.0928 1.0649 过渡时间+%5 2.4836 2.6352 +%2 3.4771 3.5136 2. 二阶系统G(s)=10/(s2+2s+10) 试验程序如下： num0=[10]; den0=[1 2 10]; step(num0,den0); hold on; num1=[10]; den1=[1 6.32 10]; step(num1,den1); hold on; num2=[10]; den2=[1 12.64 10]; step(num2,den2); 响应曲线：
（2）修改参数，分别实现w n1= (1/2)w n0和w n1= 2w n0响应曲线试验程序: num0=[10]; den0=[1 2 10]; step(num0,den0); hold on; num1=[2.5]; den1=[1 1 2.5]; step(num1,den1); hold on; num2=[40]; den2=[1 4 40]; step(num2,den2); 响应曲线如下图所示：
成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》 名称：单容水箱液位过程控制 班级：2011级自动化过程控制方向 姓名： 学号：
目录 前言 一．过程控制概述 (2) 二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3) 三．系统组成与工作原理 (5) （一）外部组成 (5) （二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5) （三）其它模块和功能 (8) 四．调试过程 (9) （一）P调节 (9) （二）PI调节 (10) （三）PID调节 (11) 五．心得体会 (13)
前言 现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。 首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。通过对基础训练设施的 集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、 电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。 其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。 第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。
实验四 加热炉温度串级控制系统 （实验地点：程控实验室，崇实楼407） 一、实验目的 1、熟悉串级控制系统的结构与特点。 2、掌握串级控制系统临界比例度参数整定方法。 3、研究一次、二次阶跃扰动对系统被控量的影响。 二、实验设备 1、MATLAB 软件， 2、PC 机 三、实验原理 工业加热炉温度串级控制系统如图4-1所示，以加热炉出口温度为主控参数，以炉膛温度为副参数构成串级控制系统。 图4-1 加热炉温度串级控制系统工艺流程图 图4-1中，主、副对象，即加热炉出口温度和炉膛温度特性传递函数分别为 主对象：;)130)(130()(18001++=-s s e s G s 副对象：2 1802)1)(110()(++=-s s e s G s 主控制器的传递函数为PI 或PID ，副控制器的传递函数为P 。对PI 控制器有 221111)(),/(, 1 11)(c c I c I I c I c c K s G T K K s K K s T K s G ==+=???? ? ?+= 采用串级控制设计主、副PID 控制器参数，并给出整定后系统的阶跃响应曲线和阶跃扰动响应曲线，说明不同控制方案控制效果的区别。 四、实验过程 串级控制系统的设计需要反复调整调节器参数进行实验，利用MATLAB 中的Simulink 进行仿真，可以方便、快捷地确定出调节器的参数。 1．建立加热炉温度串级控制系统的Simulink 模型 （图4-2） 在MATLAB 环境中建立Simulink 模型如下：)(01s G 为主被控对象，)(02s G 为副被控对象，Step 为系统的输入，c 为系统的输出，q1为一次阶跃扰动，q2为二次阶跃扰动，可以用示波器观察输出波形。PID1为主控制器，双击PID 控制器可设置参数：（PID 模块在
运动控制系统实验报告 专业班级 学号 姓名 学院名称 运动控制仿真实验报告 一、实验内容与要求 1.单闭环转速负反馈 2.转速电流双闭环负反馈
3.晶闸管相控整流双闭环直流调速系统仿真模型搭建 具体要求：针对1 2 （1）仿真各环节参数 （2）仿真模型的建立 （3）仿真结果，分为空载还是负载，有无扰动 （4）仿真结果分析 二、Simulink 环境下的仿真 1.单闭环转速负反馈 1.1转速负反馈闭环调速系统仿真各环节参数 直流电动机：额定电压N U =220V ，额定电流dN I =55A ，额定N n =1000r/min ，电动机电动 势系数e C =0.192V ·min/r 。 假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数s K =44，滞后时间常数 s T =0.00167s 。 电枢回路总电阻R=1.0Ω，电枢回路电磁时间常l T =0.00167s ，电力拖动统机电时间 常数m T =0.075s 。 转速反馈系数α=0.01V ·min/r 。 对应额定转速是的给定电压 n U =10V 。
1.2仿真模型的建立 图1-1单闭环转速负反馈直流调速系统的仿真模型 PI 调节器的值定为 =0.56， = 11.43。 图1-2单闭环转速负反馈直流调速系统加入扰动负载时的仿真模型 1.3仿真结果 p K 1
图1-3空载启动不加扰动转速和电流波形 图1-4空载启动加负载扰动转速和电流波形 1.4仿真结果分析 （1）空载启动无扰动：由空载启动不加扰动转速和电流波形可知，当 =0.56， = 11.43。系统转速有较大的超调量，但快速性较好的。空载启动电流的最大值有230A 左右，而额定电流 dN I =55A ，远远超过了电动机承受的最大电流。 （1）空载启动加负载扰动：由空载启动加负载扰动转速和电流波形可知，在空载启动1S 后加负载扰动，在1S 到1.5S 时间段，转速和电流有明显的下降，但系统马上进行了调节。 p K 1
多级负反馈放大器的研究 一．实验目的 (1)掌握用仿真软件研究多级负反馈放大电路。 (2)学习集成运算放大器的应用，掌握多级集成运算放大器的工作特点。 (3)研究负反馈对放大器性能的影响，掌握负反馈放大器性能指标的测试方法。 1)测试开环和闭环的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、反馈网络的电压反馈系数和通频带； 2)比较电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带在开环和闭环时的差别； 3）观察负反馈对非线性失真的改善。 二．实验原理 1.基本概念 在电子电路中，将输出量的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其他输入量的措施称为反馈。 若反馈的结果使净输入量减小，则称之为负反馈；反之，称之为正反馈。 实验电路如下图所示，该放大电路有两级运放构成的反向比例器组成，在末级的输出端引入了反馈网络Cf,Rf2,和Rf1，构成了交流电压串联负反馈电路。 2.放大器的基本参数 1）开环参数 将反馈支路的A点与P点断开，与B点相连，便可得到开环时的放大电路。由此可测出开环时放大电路的电压放大倍数Av、输入电阻Ro、反馈网路的电压反馈系数Fv和通频带BW,即
2）闭环参数:通过开环时放大电路的电压放大倍数Av、输入电阻Ri、输入电阻Ro、反馈网络的电压反馈系数Fv和上下限频率，可以计算求得多级负反馈放大电路的闭环电压放大倍数Avf、输入电阻Rif、输出电阻Rof和通频带BWf的理论值，即 负反馈放大电路的闭环特性的实际测量值为：
上述所得结果与开环测试时由式（2.5-3）所计算的理论值近似相等，否则应找出原因后重新测量。 在进行上述测试时，应保证各点信号波形与输入信号为同频率且不知真的正弦波，否则应找出原因，排除故障后再进行测量 三．实验内容 （1）实验电路图如下所示： (2)调节J1，使开关A端与B端相连，测试电路的开环基本特性。 1)将信号发生器输出调为1kHz、20mv（峰峰值）正弦波，然后接入放大器的输入端，得到网络（未接入负载时）的波特图，如下图所示。
研究生自动控制专业实验 地点：A区主楼518房间 姓名：实验日期：年月日斑号：学号：机组编号： 同组人：成绩：教师签字：磁悬浮小球系统 实验报告 主编：钱玉恒，杨亚非 哈工大航天学院控制科学实验室
磁悬浮小球控制系统实验报告 一、实验内容 1、熟悉磁悬浮球控制系统的结构和原理； 2、了解磁悬浮物理模型建模与控制器设计； 3、掌握根轨迹控制实验设计与仿真； 4、掌握频率响应控制实验与仿真； 5、掌握PID控制器设计实验与仿真； 6、实验PID控制器的实物系统调试； 二、实验设备 1、磁悬浮球控制系统一套 磁悬浮球控制系统包括磁悬浮小球控制器、磁悬浮小球实验装置等组成。在控制器的前部设有操作面板，操作面板上有起动/停止开关，控制器的后部有电源开关。 磁悬浮球控制系统计算机部分 磁悬浮球控制系统计算机部分主要有计算机、1711控制卡等； 三、实验步骤 1、系统实验的线路连接 磁悬浮小球控制器与计算机、磁悬浮小球实验装置全部采用标准线连接，电源部分有标准电源线，考虑实验设备的使用便利，在试验前，实验装置的线路已经连接完毕。 2、启动实验装置 通电之前，请详细检察电源等连线是否正确，确认无误后，可接通控制器电源，随后起动计算机和控制器，在编程和仿真情况下，不要启动控制器。 系统实验的参数调试
根据仿真的数据及控制规则进行参数调试（根轨迹、频率、PID 等），直到获得较理想参数为止。 四、实验要求 1、学生上机前要求 学生在实际上机调试之前，必须用自己的计算机，对系统的仿真全部做完，并且经过老师的检查许可后，才能申请上机调试。 学生必须交实验报告后才能上机调试。 2、学生上机要求 上机的同学要按照要求进行实验，不得有违反操作规程的现象，严格遵守实验室的有关规定。 五、系统建模思考题 1、系统模型线性化处理是否合理，写出推理过程？ 合理，推理过程： 由级数理论，将非线性函数展开为泰勒级数。由此证明，在平衡点)x ,(i 00对 系统进行线性化处理是可行的。 对式2x i K x i F )(),(=作泰勒级数展开，省略高阶项可得： )x -)(x x ,(i F )i -)(i x ,(i F )x ,F(i x)F(i,000x 000i 00++= )x -(x K )i -(i K )x ,F(i x)F(i,0x 0i 00++= 平衡点小球电磁力和重力平衡，有 (,)+=F i x mg 0 |,δδ===00 i 00 i i x x F(i,x) F(i ,x )i ；|,δδ===00x 00i i x x F(i,x)F (i ,x )x 对2 i F(i,x )K()x =求偏导数得：
过程控制系统Matlab/Simulink 仿真实验 实验一 过程控制系统建模 ............................................................................................................. 1 实验二 PID 控制 ............................................................................................................................. 2 实验三 串级控制 ............................................................................................................................. 6 实验四 比值控制 ........................................................................................................................... 13 实验五 解耦控制系统 . (19) 实验一 过程控制系统建模 指导内容：（略） 作业题目一： 常见的工业过程动态特性的类型有哪几种？通常的模型都有哪些？在Simulink 中建立相应模型，并求单位阶跃响应曲线。 作业题目二： 某二阶系统的模型为2 () 22 2n G s s s n n ?ζ??= ++，二阶系统的性能主要取决于ζ，n ?两个参数。试利用Simulink 仿真两个参数的变化对二阶系统输出响应的影响，加深对二阶 系统的理解，分别进行下列仿真： （1）2n ?=不变时，ζ分别为0.1, 0.8, 1.0, 2.0时的单位阶跃响应曲线； （2）0.8ζ=不变时，n ?分别为2, 5, 8, 10时的单位阶跃响应曲线。
单轴电机运动控制实验报告范文 实验一晶闸管直流调速系统电流-转速调节器调试 一．实验目的 1．熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。2．掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。 二．实验内容 1．调节器的调试 三．实验设备及仪器 1．教学实验台主控制屏。2．MEL―11组件3．MCL―18组件4．双踪示波器5．万用表 四．实验方法 1．速度调节器（ASR）的调试 按图1-5接线，DZS(零速封锁器)的扭子开关扳向“解除”。 （1）调整输出正、负限幅值“5”、“6”端接可调电容，使ASR调节器为PI 调节器，加入一定的输入电压（由MCL―18的给定提供，以下同），调整正、负限幅电位器RP1、RP2，使输出正负值等于5V。 （2）测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“5”、“6”端短接），使ASR调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画 图1-5 速度调节器和电流调节器的调试接线图
出曲线。 （3）观察PI特性 拆除“5”、“6”端短接线，突加给定电压(0.1V)，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。反馈电容由外接电容箱改变数值。 2．电流调节器（ACR）的调试按图1-5接线。 （1）调整输出正,负限幅值 “9”、“10”端接可调电容，使调节器为PI调节器，加入一定的输入电压，调整正，负限幅电位器，使输出正负最大值等于5V。 （2）测定输入输出特性 将反馈网络中的电容短接（“9”、“10”端短接），使调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。 （3）观察PI特性 拆除“9”、“10”端短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。反馈电容由外接电容箱改变数值。 一．实验目的 1．了解双闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及各主要单元部件的原理。2．熟悉电力电子及教学实验台主控制屏的结构及调试方法。3．熟悉MCL-18，MCL-33的结构及调试方法
模电实验报告 实验七 负反馈放大电路 姓名： 学号： 班级： 院系： 指导老师： 2016年
目录 实验目的： (2) 实验器件与仪器： (2) 实验原理： (2) 实验内容： (4) 实验总结： (5) 实验：负反馈放大电路 实验目的： 1.进一步了解负反馈放大器性能的影响。 2.进一步掌握放大器性能指标的测量方法。 实验器件与仪器： 1. 实验原理： 放大器中采用负反馈，在降低放大倍数的同时，可以使放大器的某些性能大大改善。所谓负反馈，就是以某种方式从输出端取出信号，再以一定方式加到输入回路中。若所加入的信号极性与原输入信号极
性相反，则是负反馈。 根据取出信号极性与加入到输入回路的方式不同，反馈可分为四类：串联电压反馈、串联电流反馈、并联电压反馈与并联电流反馈。如图3-1所示。 从网络方框图来看，反馈的这四种分类使得基本放大网络与反馈网络的联接在输入、输出端互不相同。 从实际电路来看，反馈信号若直接加到输入端，是并联反馈，否则是串联反馈，反馈信号若直接取自输出电压，是电压反馈，否则是电流反馈。 1.负反馈时输入、输出阻抗的影响 负反馈对输入、输出阻抗的影响比较复杂，不同的反馈形式，对阻抗的影响也不一样，一般而言，凡是并联负反馈，其输入阻抗降低；凡是串联负反馈，其输入阻抗升高；设主网络的输入电阻为R i ，则串联负反馈的输入电阻为 R if =（1+FA V ）R i 设主网络的输入电阻为R o ，电压负反馈放大器的输出电阻为 R of = F A R V O +1 可见，电压串联负反馈放大器的输入电阻增大（1+A V F ）倍，而输出电阻则下降到1/（1+A V F ）倍。 2.负反馈放大倍数和稳定度 负反馈使放大器的净输入信号有所减小，因而使放大器增益下降，但却改善了放大性能，提高了它的稳定性。 反馈放大倍数为 A vf = F A A V V +1（A v 为开环放大倍数） 反馈放大倍数稳定度与无反馈放大器放大倍数稳定度有如下关系： Vf Vf A A ?= V V A A ?? F A V +11 式中?A V f/A V f 称负反馈放大器放大倍数的稳定度。V V A A /?称无反
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。
学院 过程控制系统实验报告书 实验名称串级控制系统整定 专业自动化专业 班级 指导教师 姓名 学号 实验日期
串级控制系统整定 一、实验目的 (1)掌握动态模型的创建方法.。 (2)掌握串级控制系统整定方法。 (3)了解控制系统的特点。 （4）了解串联控制系统的特点。 二、实验器材 计算机一台，MATLAB软件 三、实验原理 .串级控制系统：就是由两个调节器串联在一起，控制一个执 行阀，实现定值控制的控制系统。 .串级控制系统的通用方框图： .串级控制系统特点：（1）改善了被控过程的动态特性。 （2）提高了系统的工作频率。 （3）具有较强的抗扰动能力。 （4）具有一定的自适应能力。 .两步整定法
（1）工况稳定时，闭合主回路，主、副调节器都在纯比例作用的条件下，主调节器的比例度置于100%，用单回路控制系统的衰减曲线法整定，求取副调节器的比例度s δ和操作周期s T 。 （2）将副调节器的比例度置于所求得的数值上，把副回路作为主回路中的一个环节，用同样方法整定主回路，求取主调节器的比例度和操作周期。 四、实验步骤 （1）启动计算机，运行MATLAB 应用程序。 （2）在MATLAB 命令窗口输入Smulink,启动Simulink 。 （3）在Simulink 库浏览窗口中，单击工具栏中的新建窗口快捷按钮或在Simulink 库窗口中选择菜单命令File New Modeel,打开一个标题为“Untitled ”的空白模型编辑窗口。 （4）设被控对象的传递函数为： 24 21 (110)(120)s s ?++，要求被调量始 终维持在设定值。设计一个串级控制系统，并且要求控制系统的衰减率为75%，静态误差为零。用MATLAB 创建仿真模型。 （5）按两步整定法整定调节器参数。 （6）按步骤（5）的结果设置调节器参数，启动仿真，通过示波器模块观测并记录系统输出的变化曲线。 （7）施加内扰，观测系统运行情况。 . 衰减曲线法整定参数计算表：
运动控制仿真实验报告 姓名：班级：学号： ——晶闸管三相全控桥式整流仿真实验 ——实用 Buck 变换仿真实验 晶闸管三相全控桥式整流仿真实验(大电感负载) 原理电路：
R2 晶闸管三相可控整流仿真实验2原理电路框图 输入三相交流电，额定电压380伏（相电压220伏），额定频率50Hz，星型联接。输入变压器可省略。为便于理解电路原理，要求用6只晶闸管搭建全控桥。 实验内容： 1、根据原理框图构建Matlab仿真模型。所需元件参考下表： 仿真元件库：Simulink Library Browser 示波器Simulink/sink/Scope 要观察到整个仿真时间段的结果波形必须取消对输出数据的5000点限制。 要观察波形的FFT结果时，使能保存数据到工作站。仿真结束后即可点击仿真模型左上方powergui打开FFT窗口，设定相关参数：开始时间、分析波形的周期数、基波频率、最大频率等后，点Display即可看到结果。 交流电源SimPowerSystems/Electrical Sources/AC Voltage Source 设定频率、幅值、相角，相位依次滞后120度。 晶闸管SimPowerSystems/Power Electronics/Thyristor 6脉冲触发器SimPowerSystems/Extra Library/Control Blocks/Synchronized 6-Pulse Generator 设定为50Hz，双脉冲 利用电压检测构造线电压输入。Block端输入常数0. 输出通过信号分离器分为6路信号加到晶闸管门极，分离器输出脉冲自动会按顺序从1到6排列，注意按号分配给主电路对应晶闸管。 电阻、电容、电感SimPowerSystems/Elements/Series RLC Branch 设定参数 负载切换开关SimPowerSystems/Elements/Breaker 设定动作时间 信号合成、分离Simulink/Signal Routing/Demux,Mux 电流傅立叶分解SimPowerSystems/Extra Library/Discrete Measurements/Discrete Fourier 设定输出为50Hz，基波 有效值SimPowerSystems/Extra Library/Discrete Measurements/Discrete RMS value 设定为50Hz 位移功率因数计算Simulink/User-Difined Functions/Fcn 将度转换为弧度后计算余弦
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)
过程控制 实验报告实验名称：串级控制班级： 姓名： 学号：
实验二 串级控制系统 一、实验目的 1) 通过本实验，了解串级控制系统的基本结构以及主、副回路的性能特点。 2) 掌握串级控制系统的设计思想和主、副回路控制器的参数整定方法。 二、 实验原理 串级控制系统由两个或两个以上的控制器、相应数量的检测变送器和一个执行器组成。控制器相串联，副控制器的输入由主控制器的输出设定。主回路是恒值控制系统，对主控制器的输出而言，副回路是随动系统，对二次扰动而言，副回路是恒值控制系统。 串级控制的主要优点可概括如下: 1) 由于副回路的存在，改善了对象的部分特性，使系统的工作频率提高，加快了调节过程。 2) 由于副回路的存在，串级控制系统对二次扰动具有较强的克服能力。 3) 串级控制系统提高了克服一次扰动的能力和回路参数变化的自适应能力。 串级控制系统副回路的设计原则： 1) 副回路应尽量包含生产过程中主要的、变化剧烈、频繁和幅度大的扰动。在可能的情况下力求包含尽可能多的扰动。 2) 当对象具有较大纯滞后时，在设计时应使副回路尽量少包括或不包括纯滞后。 3) 当对象具有非线性环节时，在设计时应使非线性环节于副环之中。 4) 副回路设计时应考虑主、副对象时间常数的匹配，以防共振。 5) 所设计的副回路需考虑到方案的经济性和工艺的合理性。 串级控制系统常用的控制器参数整定方法有逐步逼近法、两步法、一步法等。 ? 逐步逼近法 1) 在主回路断开的情况下，求取副控制器的整定参数； 2) 将副控制器的参数设置在所求的数值上，使串级控制系统主回路闭合，以求取主调节器的整定参数值； 3) 将主调节器参数设置在所求值上，再次整定副控制器的参数值。 4) 如控制品质未达到指标，返回2)继续。 三、实验内容 某系统的主、副对象传递函数分别为： 122 11 (),()301(101)(1)P P G s G s s s s = = +++
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
班级：学号：姓名：指导老师：
实验一不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究一．实验目的 1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。 2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。 3．学习反馈控制系统的调试技术。 二．预习要求 1．了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。 2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。 三．实验线路及原理 见图4-7。 四．实验设备及仪表 1．MCL系列教学实验台主控制屏。 2．MCL—31A组件（适合MCL—Ⅲ）。 3．MCL—33(A)组件 4．MEL-11挂箱 5．MEL—03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。 6．电机导轨及测速发电机、直流发电机M01（或电机导轨及测功机、MEL—13组件）。 7．直流电动机M03。 8．双踪示波器。 五．注意事项 1．直流电动机工作前，必须先加上直流励磁。 2．接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。 3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。 4．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。 5．电源开关闭合时，过流保护发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1即可正常工作。 6．系统开环连接时，不允许突加给定信号U g起动电机。 7．起动电机时，需把MEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。 8．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。 9．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。