运动控制系统课程设计实验指导书
李永晨 编
自动化工程学院
2014年
实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定
一、实验目的
1、了解IPS-1实验装置的基本结构。
2、掌握SCR-D系统的基本原理及有关参数的测定。
3、对SCR-D直流调速系统的设计及相关计算确定实践依据。
二、实验内容
1、测定晶闸管直流调速系统主回路总电阻R。
2、测定晶闸管直流调速系统主回路总电感L。
3、测定直流电动机--直流发电机--测速发电机机组的飞轮惯量GD2。
4、测定晶闸管整流装置的放大倍数Ks。
三、实验系统组成和工作原理
本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug引出作为触发器的移相控制电压Uct，改变Ug的大小即可改变控制角α，从而获得可调的直流电压或直流电动机转速，以满足实验要求。
四、所使用的实验挂箱、仪器设备
1、LY101、LY105-1、LY121、LY123、LY124。
2、直流电动机--直流发电机--测速发电机组。
3、其它仪器设备：UT804万用表1台、DS1052双踪示波器1台、交直流电流表1个、变阻器1个、LCR表1个、单相交流调压器1台。
五、实验步骤
1、晶闸管直流调速系统主回路总电阻R的测定。
主回路的总电阻R包括直流电动机的电枢电阻Ra、LY123挂箱上“电感1”的直流电阻RL、整流器的内阻Rr，主回路电阻R=Ra+RL+Rr。
1)Ra与RL的测量：
在IPS-1实验装置不通电的状态下，将UT804万用表旋转到测量电阻值的档位上，使用UT804万用表的表针测量直流电动机上标记“电枢”两个插孔间的电阻，记录其电阻值Ra；测量“LY123”挂箱上“电感1”的“0mH”及“350mH”两个插孔间的电阻，记录其电阻值RL。
Ra与RL也可使用直流伏安比较法测量，方法与下文中“Rr的测量”方法相类似，这里不再描述。
2)Rr的测量：
整流器的内阻无法使用万用表直接测量，可采用直流伏安比较法来计算出其等效电阻值，方法如下：
图1-1 使用伏安法测试整流器内阻的连线图
实验操作步骤如下：
a)按图1—1连线，查线；
b)UT804万用表上电，旋转到测量“直流电压”的档位上，将表针插入“LY123”之整流器的
直流输出端口；
c)闭合“LY121”之“交流三相输入控制总开关”，“LY124”之“直流电源控制总开关”，确
认“LY121”之“直流调速主电源开关”、处于断开位置，确认“滑线变阻器”的滑动端已
滑动至电阻最大端，确认“LY105-1-2”之“脉冲选择”拨动开关处在下拨位置（双窄脉冲），确认“LY101”挂箱的“输出1”电压幅值为0V；
d)闭合“LY121”之“直流调速主电源开关”，观察“电流表”示数，缓慢增大“LY101”挂
箱的“输出1”电压幅值，使“电流表”示数约为0.2A；
e)记录此时的万用表读数（整流器输出电压）、电流表读数（整流器输出电流）；
f)小心滑动“滑线变阻器”的滑动端，使“电流表”示数约为0.4A，记录此时的万用表读数
（整流器输出电压）、电流表读数（整流器输出电流）；
g)小心滑动“滑线变阻器”的滑动端，使“电流表”示数约为0.6A，记录此时的万用表读数
（整流器输出电压）、电流表读数（整流器输出电流）；
h)小心滑动“滑线变阻器”的滑动端，使“电流表”示数约为0.8A，记录此时的万用表读数
（整流器输出电压）、电流表读数（整流器输出电流）；
i)整流器内阻Rr=δU/δI，以上数据可计算出3组数值，计算其平均值作为整流器内阻Rr
的测量值。
至此，晶闸管直流调速系统主回路总电阻R的测定完毕。
2、晶闸管直流调速系统主回路总电感L的测定。
晶闸管直流调速系统主回路总电感L包括直流电动机电枢回路的电感La、“LY123”挂箱上“电
感1”的电感LL，主回路总电感L=La+LL
这两个电感值直接用LCR表的电感测量档位测量获得。
实验操作步骤如下：
在IPS-1实验装置不通电的状态下，将LCR表旋转到测量电感值的档位上，测试频率选择200HZ，测试电压可选择500mV，将表针插到直流电动机上标记“电枢”两个插孔内，记录其电感值La；将表针插到“LY123”挂箱上“电感1”的“0mH”及“350mH”两个插孔内，记录其电感值LL。
La与LL也可使用交流伏安比较法测量，方法如下：
测速发电机图1-2 使用伏安法测试电感1电感量、直流电动机电枢电感量的连线图
实验操作步骤如下： a) 按图1—2连线，查线；
b) UT804万用表上电，旋转到测量“交流电压”的档位上；
c) 闭合“LY121”之“交流三相输入控制总开关”，“LY124”之“直流电源控制总开关”，确
认“LY121”之“直流调速主电源开关”、处于断开位置，确认“滑线变阻器”的滑动端已滑动至电阻最大端，确认“单相交流调压器”已旋转至输出电压最小端；
d) 闭合“LY121”之“直流调速主电源开关”，观察“电流表”示数，缓慢旋转“单相交流调
压器”手柄，缓慢增大其输出电压，使“电流表”示数约为0.2A ；
e) 记录此时的电流表读数，此读数即是流过“LY123”挂箱上“电感1”、直流电动机电枢的
交流电流值I1； f)
将UT804的表针插入“LY123” “LY123”挂箱上“电感1”的“0mH”及“350mH”两个插孔内，记录其交流电压值UL1；将UT804的表针插入直流电动机上标记“电枢”两个插孔内，记录其交流电压值Ua1；
g) 小心滑动“滑线变阻器”的滑动端，使“电流表”示数约为0.4A ，记录此时的电流表读数
I1，“电感1”的交流电压值UL2，直流电动机“电枢”的交流电压值Ua2；
h) 小心滑动“滑线变阻器”的滑动端，使“电流表”示数约为0.6A ，记录此时的电流表读数
I3，“电感1”的交流电压值UL3，直流电动机“电枢”的交流电压值Ua3； i) 小心滑动“滑线变阻器”的滑动端，使“电流表”示数约为0.8A ，记录此时的电流表读数I4，“电感1”的交流电压值UL4，直流电动机“电枢”的交流电压值Ua4；；
j)
“电感1”的电感量LL=δUL /δI ，以上数据可计算出3组数值，计算其平均值作为“电感1”电感量的测量值。
k) 直流电动机电枢的电感量La=δUa /δI ，
以上数据可计算出3组数值，计算其平均值作为“直流电动机电枢”电感量的测量值。
3、 直流电动机、发电机、测速发电机组的飞轮惯量GD 2
的测定。 根据电力拖动系统的运动方程式
M–Mfz =375
2GD .dt
dn
其中，M 为电动机的电磁转矩，Mfz 为负载转矩，单位均为N.m； 本次实验中，电机为空载，即M=0，Mfz 即为空载转矩Mk； Mk=
n
Pk
9550 Pk 为电机的空载损耗，为空载时电枢电流与电压的乘积。
即： GD 2
=
||375dt
dn Mk
图1-3 测量直流电动机组自由停车时间的连线图
实验操作步骤如下：
a)按图1—3连线，查线；
b)准备秒表或具有计时功能的手机、电子表；
c)闭合“LY121”之“交流三相输入控制总开关”，“LY124”之“直流电源控制总开关”，确
认“LY121”之“直流调速主电源开关”、处于断开位置，确认“LY105-1-2”之“脉冲选择”
拨动开关处在下拨位置（双窄脉冲），确认“LY101”挂箱的“输出1”电压幅值为0V；
d)闭合“LY121”之“直流调速主电源开关”，观察“转速表”示数，缓慢增大“LY101”挂
箱的“输出1”电压幅值，使“LY122”的“转速表”示数约为400转；
e)断开“LY121”之“直流调速主电源开关”，使用计时装置记录直流电动机组自400转至完
全停止转动所用的时间。
f)将“LY101”挂箱的“输出1”电压幅值降低为0V，闭合“LY121”之“直流调速主电源开
关”，观察“电流表”示数，缓慢增大“LY101”挂箱的“输出1”电压幅值，使“LY122”
的“转速表”示数约为600转，断开“LY121”之“直流调速主电源开关”，使用计时装置
记录直流电动机组自600转至完全停止转动所用的时间；
g)将“LY101”挂箱的“输出1”电压幅值降低为0V，闭合“LY121”之“直流调速主电源开
关”，观察“电流表”示数，缓慢增大“LY101”挂箱的“输出1”电压幅值，使“LY122”
的“转速表”示数约为800转，断开“LY121”之“直流调速主电源开关”，使用计时装置
记录直流电动机组自800转至完全停止转动所用的时间；
h)将“LY101”挂箱的“输出1”电压幅值降低为0V，闭合“LY121”之“直流调速主电源开
关”，观察“电流表”示数，缓慢增大“LY101”挂箱的“输出1”电压幅值，使“LY122”
的“转速表”示数约为1000转，断开“LY121”之“直流调速主电源开关”，使用计时装
置记录直流电动机组自1000转至完全停止转动所用的时间；
i)计算以上记录的4组数据，求得4组飞轮惯量，取其平均值，即为直流电动机、发电机、
测速发电机组的飞轮惯量GD2的测定值。
4、晶闸管整流装置的放大倍数Ks的测定。
晶闸管整流装置的放大倍数Ks，可理解为“LY123”挂箱之整流器输出的直流电压幅值与“LY105-1-2”挂箱的“控制电压Uct”的直流电压幅值之比。
实验操作步骤如下：
a)按图1—4连线，查线；
b)UT804万用表上电，旋转到测量“直流电压”的档位上，将表针插入“LY123”之整流器的
直流输出端口；
c)闭合“LY121”之“交流三相输入控制总开关”，“LY124”之“直流电源控制总开关”，确
认“LY121”之“直流调速主电源开关”、处于断开位置，确认“滑线变阻器”的滑动端已
滑动至电阻最大端，确认“LY105-1-2”之“脉冲选择”拨动开关处在下拨位置（双窄脉冲），确认“LY101”挂箱的“输出1”电压幅值为0V；
图1-4 测试晶闸管整流装置放大倍数Ks的连线图
d)闭合“LY121”之“直流调速主电源开关”，观察“万用表”示数，缓慢增大“LY101”挂
箱的“输出1”电压幅值，使“UT804万用表”示数约为100V；
e)记录此时的万用表读数（整流器输出电压Ud1）、测量“LY105-1-2”挂箱的“控制电压Uct”
的直流电压幅值（整流器控制电压Uct1），然后将万用表表针插回“LY123”之整流器的直流输出端口；
f)小心调节“LY101”挂箱的“输出1”电压幅值，使整流器输出电压约为150V，记录此时
的万用表读数（整流器输出电压Ud2）、测量“LY105-1-2”挂箱的“控制电压Uct”的直流电压幅值（整流器控制电压Uct2），然后将万用表表针插回“LY123”之整流器的直流输出端口；
g)小心调节“LY101”挂箱的“输出1”电压幅值，使整流器输出电压约为200V，记录此时
的万用表读数（整流器输出电压Ud3）、测量“LY105-1-2”挂箱的“控制电压Uct”的直流电压幅值（整流器控制电压Uct3），然后将万用表表针插回“LY123”之整流器的直流输出端口；
h)小心调节“LY101”挂箱的“输出1”电压幅值，使整流器输出电压约为240V，记录此时
的万用表读数（整流器输出电压Ud4）、测量“LY105-1-2”挂箱的“控制电压Uct”的直流电压幅值（整流器控制电压Uct4）；
i)整流装置放大倍数Ks=δUd/δUct，以上数据可计算出3组数值，计算其平均值作为整流装
置放大倍数Ks的测量值。
附：IPS-1实验装置的部分参数范围（参考值）
直流电动机的电枢电阻Ra：10Ω~30Ω；
LY123挂箱上“电感1”的直流电阻RL：2Ω~6Ω；
整流器的内阻Rr：10Ω~30Ω；
直流电动机电枢回路的电感La：30~40mH；
“LY123”挂箱上“电感1”的电感LL：350mH；
晶闸管整流装置的放大倍数Ks：60~80。
实验一完成后，各组必须完成双闭环直流电机调速系统的参数设计，包括电流环PI调节器的参数（电阻值、电容值）、电流反馈系数，转速环PI调节器的参数（电阻值、电容值）、转速反馈系数，否则无法进行实验二！！！
实验二双闭环晶闸管不可逆直流调速系统
一、 实验目的
1.了解双闭环晶闸管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.熟悉电机控制系统实验装置及各单元的结构及调试方法。
3.掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤方法和参数的整定。
二、 实验内容
1.各控制单元调试。
2.测定电流反馈系数β，转速反馈系数α，整定电流保护动作电流值。
3.测定开环机械特性及高速、低速时完整的系统闭环静特性n=f(Id)。
4.闭环控制特性n=f(Un)的测定。
5.观察、记录系统动态波形。
三、 实验系统组成
双闭环晶闸管不可逆直流调速系统由电流环和转速环综合调节，实验系统组成如图2-1所示。
图 2 – 1 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统原理图 关源
四、 实验设备及仪器
本次实验使用的挂箱有：LY101 正负给定电路、LY102速度调节器、LY103电流调节器、LY105-1-2三相脉冲移相电路、LY121配电开关箱、LY123三相整流桥主电路、LY124电源及负载电路、LY103电容器挂箱、LY122仪表挂箱、交直流电动-发电机组。
其它仪器设备：UT804万用表1台、DS1052双踪示波器1台、一字小螺丝刀1把。
五、 实验步骤
在工程中调试闭环自动控制系统时的一般原则是：
先单元后系统；
先开环后闭环；
先内环后外环。
本次试验正式按这个步骤进行的。
1.单元调试：
首先按图2-2接线。
图2-2 单元测试时的接线图
1)触发电路调试：
示波器、万用表上电，检查状态是否正常，备用；
闭合“LY121”之“交流三相输入控制总开关”，“LY124”之“直流电源控制总开关”，确认“LY121”之“直流调速主电源开关”、“励磁开关”处于断开位置，确认“LY105-1-2”之“脉冲选择”拨动开关处在下拨位置（双窄脉冲）；
触发电路波形观测：将示波器的一踪探头接地端连接至“LY124”的“0V”，衰减倍数调为“×10”；观察“LY105-1-2”“同步电压波形”之A、B、C测试孔的正弦波；另一踪探头衰减倍数调为“×1”，观察“锯齿波波形”之14、36、25测试孔的锯齿波、“宽/双脉冲观察”之123456测试孔的双窄脉冲（扫描频率调整至10mS/格）；
触发电路零位调整：将“LY101”之“输出1”的电压自0V上升，观察123456测试孔的触发脉冲及移相角是否正确，要求当Uct=0V时，α=120°,如不对调整“LY124”的“偏置电压up调节”电位器。随着给定电压Uct的增加, 触发脉冲前移，至α=30°处。
2)调节器的调试
闭合“LY121”之“交流三相输入控制总开关”，“LY124”之“直流电源控制总开关”，确认“LY121”之“直流调速主电源开关”、“励磁开关”处于断开位置。
调节器的负限幅调整：将“LY101”之“输出1”的电压调节至3V，用万用表测量“LY102”之“电流给定7”插孔的电压幅值、调节“LY102”之“负限幅”电位器，使“电流给定7”插孔的电压幅值为-5V；用万用表测量“LY103”之“控制电压Uct”插孔的电压幅值，调节“LY103”之“负限幅”电位器，使“控制电压Uct”插孔的电压幅值为-5V；
调节器的正限幅调整：将“LY101”之“输出1”的电压调节至-3V，用万用表测量“LY102”之“电流给定7”插孔的电压幅值、调节“LY102”之“正限幅”电位器，使“电流给定7”插孔的电压幅值为+5V；用万用表测量“LY103”之“控制电压Uct”插孔的电压幅值，调节“LY103”之“正限幅”电位器，使“控制电压Uct”插孔的电压幅值等于实验一“整流器及其触发电路的调试”第8）步骤之“Uct的正限幅值”；
2.开环系统调试：
首先按图2-3接线。
1)转速反馈系数α的调整，本节实验中的α各组计算所得数值；
示波器、万用表上电，检查状态是否正常，备用；
闭合“LY121”之“交流三相输入控制总开关”、“励磁开关”，“LY124”之“直流电源控制总开关”；
将“LY101”之“输出1”的电压调整为0V；
闭合“LY121”之“直流调速主电源开关”；
逐渐增加“LY101”之“输出1”的电压（给定电压Ug），使电动机起动、升速，使电动机转速n=800~1000rpm。电机的转速可通过“LY122仪表挂箱”的“转速表”直接读出；
用万用表测量“LY102”挂箱之“速度反馈Un”（编号9）插孔与“0V”插孔之间的电压，并调整“LY102”挂箱之“Rp5”，使之等于转速与α的乘积；例如：转速1000 rpm时，“速度反馈Un”插孔的电压值应为“-5V”。如果电压极性错误，可将插在“测速发电机”上两个插孔的导线颠倒顺序，电压极性也将随之翻转。
至此，转速反馈系数α调整完毕。
图2-3 开环测试时的接线图
2)电流反馈系数β的调整，本节实验中的β为各组计算所得数值；
示波器、万用表上电，检查状态是否正常，备用；
闭合“LY121”之“交流三相输入控制总开关”、“励磁开关”，“LY124”之“直流电源控制总开关”；
将“LY101”之“输出1”的电压调整为0V；
闭合“LY121”之“直流调速主电源开关”；
逐渐增加“LY101”之“输出1”的电压（给定电压Ug），使电动机起动、升速，使电动机转速n=800~1000rpm。读出“LY122仪表挂箱”的第二排第二列的“直流电流表”的示数，用万用表测量“LY103”挂箱之“电流反馈Ui”（编号13）插孔与“0V”插孔之间的电压，并调整“LY103”挂箱之“Rp5”，使之等于直流电流与β的乘积；例如：电流为1A时，“电流反馈Ui”插孔的电压值应为“0.5V”。
至此，电流反馈系数β调整完毕。
3)过流保护点的整定（选做）
注意：该项操作不慎会造成电机损坏，属选做内容，必须在指导老师监督下进行！
示波器、万用表上电，检查状态是否正常，备用；
闭合“LY121”之“交流三相输入控制总开关”、“LY124”之“直流电源控制总开关”；断开“LY121”之“励磁开关”，
将“LY101”之“输出1”的电压调整为0V；
闭合“LY121”之“直流调速主电源开关”；逐渐增加“LY101”之“输出1”的电压（给定电压Ug），使“LY122仪表挂箱”的第二排第二列的“直流电流表”的示数Id=1.2Ied（约6A），调整“LY124”之“过流设定”电位器，使“LY124”之“过流”LED指示灯点亮。
至此，过流保护点调整完毕。
3.双闭环系统调试
将连线改成图2-4的形式：拆掉“LY101”之“输出1”与“LY105-1-2”之“控制电压Uct”间的连线，将“LY101”之“输出1”连接至“LY102”之“速度给定1”，将“LY105-1-2”之“控制电压Uct”连接至“LY103”之“控制电压Uct”。
将“LY107”之“C1”调整为各组计算所得数值、“C2”调整为各组计算所得数值（按钮按下时即为并联接通）。
示波器、万用表上电，检查状态是否正常，备用；
确认“LY124-1”之“变阻器负载”的可调旋钮已逆时针旋转到头（电流值最小）。
1)闭环系统静特性测试（选做）
注意：该项操作极易拉电弧，稍不慎会造成负载损坏，属选做内容，必须由指导老师监督进行！
示波器、万用表上电，检查状态是否正常，备用；
将直流发电机的“励磁”并联连接至直流电动机的“励磁”上，直流发电机的“电枢”连接至“LY124”之“负载输出端”；
闭合“LY121”之“交流三相输入控制总开关”、“励磁开关”，“LY124”之“直流电源控制
总开关”；
图2-4 闭环测试时的接线图
将“LY101”之“输出1”的电压调整为0V；
闭合“LY121”之“直流调速主电源开关”；逐渐增加“LY101”之“输出1”的电压（给定电压Ug），使电动机起动、升速，至电动机转速n=600~800rpm，直流发电机的电枢电压160V~200 V。
顺时针旋转“LY124-1”之“变阻器负载”的可调旋钮，改变直流电动机的电枢电流值，将电动机的转速数值填写在下表内：
电动机电枢电流1A 2A 3A 4A
电动机转速
计算闭环系统的静差，判定是否符合设计要求。
该项完成后，将直流发电机的“励磁”、“电枢”的连接线缆拔下，以进行后续的实验项目。
2)电枢电流的阶跃响应测试
将示波器的探头连接在“LY103”之“电流反馈Ui 13”上，探头的衰减拨到“×1”上，扫描频率调整至1S/格。
闭合“LY121”之“交流三相输入控制总开关”、“励磁开关”，“LY124”之“直流电源控制总开关”；
将“LY101”之“输出1”的电压调整为0V；
闭合“LY121”之“直流调速主电源开关”；逐渐增加“LY101”之“输出1”的电压（给定电压Ug），使电动机起动、升速，至电动机转速n=600~800rpm。
将“LY101”之“给定开关”拨至向下，电机慢慢停转；
电机停转后，将“LY101”之“给定开关”拨至向上，观察并记录示波器上电枢电流的阶跃响应波形。
计算超调量、震荡次数，判定是否符合设计要求。
图2-5 双闭环直流调速系统的电枢电流阶跃响应理论波形
3)转速的阶跃响应测试
将示波器的探头连接在“LY102”之“速度反馈Un 9”上，探头的衰减拨到“×1”上，扫描
频率调整至1S/格。
闭合“LY121”之“交流三相输入控制总开关”、“励磁开关”，“LY124”之“直流电源控制总开关”；
将“LY101”之“输出1”的电压调整为0V；
闭合“LY121”之“直流调速主电源开关”；逐渐增加“LY101”之“输出1”的电压（给定电压Ug），使电动机起动、升速，至电动机转速n=600~800rpm。
将“LY101”之“给定开关”拨至向下，电机慢慢停转；
电机停转后，将“LY101”之“给定开关”拨至向上，观察并记录示波器上电机转速的阶跃响应波形。
计算超调量、震荡次数，判定是否符合设计要求。
图2-5 双闭环直流调速系统的转速阶跃响应理论波形
4)突加额定负载时电机电枢电流波形和转速波形（选作）
测试方法与3）类似，不再赘述。操作极易拉电弧，稍不慎会造成负载损坏，属选做内容，必须由指导老师监督进行！
5)突降负载（20%Ied～100%Ied）时电动机电枢电流和转速波形（选作）
测试方法与3）类似，不再赘述。操作极易拉电弧，稍不慎会造成负载损坏，属选做内容，必须由指导老师监督进行！
附：IPS-1实验装置的双闭环直流电机调速系统部分参数范围（参考值）
电流环PI调节器：Rc取值1KΩ~5KΩ、Cc取值10uF~20uF；
转速环PI调节器：Rs取值100Ω~1KΩ、Cs取值0.1uF~2uF；
电流反馈系数：β取值0.5~1；
转速反馈系数：α取值-0.004~-0.006。
附件一：速度调节器（LY102挂箱）的原理图
速度速度
节
节
给定U i *
速度反馈U n s 反馈U n '
速度给定为零（1）
11封锁U b
12
L Y 1速度反馈
附件二：电流调节器（LY103挂箱）的原理图
电流给电流1
6
控2
电流给1
控2
推5
电流11
12
定2电
附件三：触发电路（LY105-1-2挂箱）的原理图
来自L Y 1213P 4W 50A C
A B
C
N
锯齿波波形（宽）双脉冲观察脉冲
冲输出”
连至
L Y 105-1
实验1 了解运动控制实验系统 1．1 实验目的 1、了解运动控制系统中的步进电机，伺服电机，变频电机，及其他们的驱动，并掌握步进电机与伺服电机的区别。 2、掌握运动控制系统的基本控制原理，与方框图，知道运动控制卡是运动控制系统的核心。 3、了解电机的面板控制，在有些工业控制过程中，能在程序控制无响应的状态下用面板进行紧急停止运动。 1．2 实验设备 1、运动控制系统实验平台一台。 2、微型计算机一台。 1．3 概述 此多轴运动控制实验平台是基于“PC+运动控制卡”模式的综合性实验平台，对各类控制电机实施单轴和多轴混合运动控制。 该实验平台是学生了解和掌握现代机电控制的基本原理，熟悉现代机电一体化产品控制系统的入门工具。通过该平台的实物教学和实际编程操作，学生可以掌握现代各类控制电机基本控制原理、运动控制的基本概念、运动控制系统的集成方法，从而提高学生综合解决问题的能力。 1．4 运动控制系统组成 PC机（上位机）、运动控制器（下位机）、接口板、24V直流电源、交流伺服电机驱动器、交流伺服电机、步进电机驱动器、步进电机、变频调速电机驱动器、变频调速电机、导线及电缆。 运动控制实验台结构图如下： 图1.1系统硬件方框图
*上图中直流电源为24V，直流稳压电源，为接口卡与步进电机驱动器提供电压。 伺服电机（及其驱动器）： 伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。 交流伺服电机的工作原理：伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 步进电机（及其驱动器）： 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 变频电机（及其变频器）： 变频电机与普通交流电机并无大异。主要靠变频器来调节输入给变频电机交流信号的频率来改变电机转速。如数控机床上的主轴电机。 运动控制器（卡）： 运动控制器就是通过读取PC机把编程语言并把他们转化为控制电机的输入信号，以达到用户的控制要求的一个装置。 本系统所用控制器型号：GE-300-SV-PCI-R 1．5 系统接线： 伺服接线：伺服驱动器端L1，L2与220V交流电连接； 伺服电机端电源引线红线连U，蓝色连V，黄色连W，黄绿色连FG； 伺服电机端编码器引线与伺服驱动器端CN3端口相连； 伺服驱动器端CN2端口与运动控制器端子板CN5(CN6)连接起来。 步进接线：步进驱动器端V+/V-与直流24V电源相连； 步进电机与步进驱动器接线参考电机上的接线简图即可顺利完成； 步进驱动器端pu+端口与运动控制器端子板CN7(23口)相连，pu-端口与CN7(11口) 相连、DR+端口与CN7(9口)相连，DR-端口与CN7(22口)相连。 主轴接线：变频器R/L1，S/L2，T/L3任意两个端口与220V交流电电源连接； 交流电机三条引线与变频器U/T1，V/T2，W/T3相连（没有顺序，随意连接）；
控制工程基础实验指导书 自控原理实验室编印
（内部教材）
实验项目名称: （所属课 程: 院系: 专业班级: 姓名: 学号: 实验日期: 实验地点: 合作者: 指导教师: 本实验项目成绩: 教师签字: 日期: （以下为实验报告正文） 、实验目的 简述本实验要达到的目的。目的要明确，要注明属哪一类实验（验证型、设计型、综合型、创新型）。 二、实验仪器设备 列出本实验要用到的主要仪器、仪表、实验材料等。 三、实验内容 简述要本实验主要内容，包括实验的方案、依据的原理、采用的方法等。 四、实验步骤 简述实验操作的步骤以及操作中特别注意事项。 五、实验结果
给出实验过程中得到的原始实验数据或结果，并根据需要对原始实验数据或结果进行必要的分析、整理或计算，从而得出本实验最后的结论。 六、讨论 分析实验中出现误差、偏差、异常现象甚至实验失败的原因，实验中自己发现了什么问题，产生了哪些疑问或想法，有什么心得或建议等等。 七、参考文献 列举自己在本次准备实验、进行实验和撰写实验报告过程中用到的参考文献资 料。 格式如下 作者，书名（篇名），出版社（期刊名），出版日期（刊期），页码
实验一控制系统典型环节的模拟、实验目的 、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节的模拟方法; 、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性; 、了解典型环节中参数的变化对输出动态特性的影响。 二、实验仪器 、控制理论电子模拟实验箱一台; 、超低频慢扫描数字存储示波器一台; 、数字万用表一只;
、各种长度联接导线。 三、实验原理 运放反馈连接 基于图中点为电位虚地，略去流入运放的电流，则由图 由上式可以求得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。 、比例环节 实验模拟电路见图所示 U i R i U o 接示波器 以运算放大器为核心元件，由其不同的输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图所示。图中和为复数阻抗，它们都是构成。 Z2 Z1 Ui ,— U o 接示波器 得:
《控制系统CAD及仿真》实验指导书 自动化学院 自动化系
实验一SIMULINK 基础与应用 一、 实验目的 1、熟悉并掌握Simulink 系统的界面、菜单、工具栏按钮的操作方法； 2、掌握查找Simulink 系统功能模块的分类及其用途，熟悉Simulink 系统功能模块的操作方法； 3、掌握Simulink 常用模块的内部参数设置与修改的操作方法； 4、掌握建立子系统和封装子系统的方法。 二、 实验内容： 1. 单位负反馈系统的开环传递函数为： 1000 ()(0.11)(0.0011) G s s s s = ++ 应用Simulink 仿真系统的阶跃响应曲线。 2．PID 控制器在工程应用中的数学模型为： 1 ()(1)()d p i d T s U s K E s T s T s N =+ + 其中采用了一阶环节来近似纯微分动作，为保证有良好的微分近似效果，一般选10N ≥。试建立PID 控制器的Simulink 模型并建立子系统。 三、 预习要求： 利用所学知识，编写实验程序，并写在预习报告上。
实验二 控制系统分析 一、 实验目的 1、掌握如何使用Matlab 进行系统的时域分析 2、掌握如何使用Matlab 进行系统的频域分析 3、掌握如何使用Matlab 进行系统的根轨迹分析 4、掌握如何使用Matlab 进行系统的稳定性分析 5、掌握如何使用Matlab 进行系统的能观测性、能控性分析 二、 实验内容： 1、时域分析 （1）根据下面传递函数模型：绘制其单位阶跃响应曲线并在图上读标注出峰值，求出系统 的性能指标。 8 106) 65(5)(2 32+++++=s s s s s s G （2）已知两个线性定常连续系统的传递函数分别为1G (s)和2G (s)，绘制它们的单位脉冲响 应曲线。 4 5104 2)(2 321+++++=s s s s s s G ， 27223)(22+++=s s s s G （3）已知线性定常系统的状态空间模型和初始条件，绘制其零输入响应曲线。 ?? ??????????--=????? ???? ???212107814.07814.05572.0x x x x []?? ????=214493 .69691.1x x y ??? ???=01)0(x 2、频域分析 设线性定常连续系统的传递函数分别为1G (s)、2G (s)和3G (s)，将它们的Bode 图绘制在一张图中。 151)(1+= s s G ，4 53.0)(22++=s s s G ，16.0)(3 +=s s G 3、根轨迹分析 根据下面负反馈系统的开环传递函数，绘制系统根轨迹，并分析系统稳定 的K 值范围。 ) 2)(1()()(++= s s s K s H s G
《运动控制系统》课程设计报告 时间 2014.10 _ 学院自动化 _ 专业班级自1103 _ 姓名曹俊博 __ 学号 41151093 指导教师潘月斗 ___ 成绩 _______
摘 要 本课程设计从直流电动机原理入手，建立V-M双闭环直流调速系统，设计双闭环直流调速系统的ACR和ASR结构，其中主回路采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，触发器采用KJ004触发电路，系统无静差；符合电流超调量σi≤5%；空载启动到额定转速超调量σn≤10%。并详细分析系统各部分原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。 关键词：双闭环；直流调速；无静差；仿真 Abstract This course is designed from DC motor, establish the principles of V-M double closed loop DC speed control system design, the double closed loop dc speed control system and the structure, including ACR ASR the main loop thyristor three-phase bridge type all control the power supply and trigger the rectifier circuit KJ004 trigger circuit, the system without the static poor; Accord with current overshoots sigma I 5% or less; No-load start to the rated speed overshoot sigma n 10% or less. And detailed analysis of the system principle and the static and dynamic performance, and the system of simulink to various parameters set simulation. Key Words：double closed loop；DC speed control system；without the static poor；simulation
数控插补多轴运动控制系统解剖实验 实验学时：8 实验类型：独立授课实验 实验要求：必修 一、实验目的 1、通过本实验使学生掌握数控插补多轴控制装置的基本工作原理； 2、根据常用低压电器原理分析各运动控制电气元件的应用原理，分析数控插补运动实现的控制原理； 3、根据机电一体化产品的设计要求和设计流程进行运动控制系统的功能分析、机械结构分析、控制系统分析以及相关传感器选型等方面的设计内容。 本实验以数控插补多轴运动控制系统为具体对象，使学生掌握机电一体化产品设计和开发的技术流程和主要内容，通过运动控制系统的实现过程掌握常用电气元件识别和原理、数控插补原理、位置伺服控制系统等的设计和实现方式。 二、实验内容 1、通过数控插补多轴控制装置及其相关系统的测试和观察，分析数控插补的工作原理； 2、分析系统的功能、机械结构分析、运动关系以及相关传感器等，分析其相关的机械结构、电机及其驱动模块和传感反馈环节等； 3、根据常用低压电器原理，分析系统各运动控制电气元件的应用原理，分析数控插补运动过程实现的控制原理，并绘制相关的控制原理图和系统连接图。 三、实验设备 1、多轴运动控制系统一套（含电控箱） 2、PC机一台 3、GT-400-SG-PCI 卡一块（插在PC机内部）
四、实验原理 该数控插补多轴运动控制系统是依据开放式数控系统原理构建的，其以通用计算机（PC）的硬件和软件为基础，采用模块化、层次化的体系结构，能通过各种形式向外提供统一应用程序接口的系统。开放式数控系统可分为 3类：（1）CNC 在 PC中；（2）PC作为前端，CNC作为后端；（3）单 PC，双 CPU平台。 本实验采用第一类，把顾高公司的 GT-400-SG-PCI 多轴运动控制卡插入PC 机的插槽中，实现电机的运动控制，完成多轴运动控制系统的控制。其优点如下：（1）成本低，采用标准 PC机；（2）开放性好，用户可自定义软件；（3）界面比传统的 CNC 友好。 图1为该系统的硬件构成图，运动平台机械本体采用模块化拼装，主要由普通PC机、电控箱、运动控制卡、伺服（步进）电机及相关软件组成。其主体由两个直线运动单元（GX系列）组成。每个GX系列直线运动单元主要包括：工作台面、滚珠丝杆、导轨、轴承座、基座等部分，其结构见图2。伺服型电控箱内装有交流伺服驱动器，开关电源，断路器，接触器，运动控制器端子板，按钮开关等。步进型电控箱则装有步进电机驱动器，开关电源，运动控制器端子板，船形开关等。 图1 数控插补多轴控制系统硬件构成
实验二二阶系统的瞬态响应分析 一、实验目的 1、熟悉二阶模拟系统的组成。 2、研究二阶系统分别工作在ξ=1，0<ξ<1，和ξ> 1三种状态下的单 位阶跃响应。 3、分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量σP、峰值时间tp和调 整时间ts。 4、研究系统在不同K值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。 5、学会使用Matlab软件来仿真二阶系统，并观察结果。 二、实验仪器 1、控制理论电子模拟实验箱一台； 2、超低频慢扫描数字存储示波器一台； 3、数字万用表一只； 4、各种长度联接导线。 三、实验原理 图2-1为二阶系统的原理方框图，图2-2为其模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和反号器组成，图中K=R2/R1，T1=R2C1，T2=R3C2。 图2-1 二阶系统原理框图
图2-1 二阶系统的模拟电路 由图2-2求得二阶系统的闭环传递函 12 22 122112 /() (1)()/O i K TT U S K U S TT S T S K S T S K TT ==++++ :而二阶系统标准传递函数为 (1)(2), 对比式和式得 n ωξ== 12 T 0.2 , T 0.5 , n S S ωξ====若令则。调节开环增益K 值，不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn 和ξ的值，可以得到过阻尼(ξ>1)、 临界阻尼（ξ=1）和欠阻尼（ξ<1）三种情况下的阶跃响应曲线。 （1）当K >0.625， 0 < ξ < 1，系统处在欠阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为： 图2-3 0 < ξ < 1时的阶跃响应曲线 （2）当K =0.625时，ξ=1，系统处在临界阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为： 如图2-4为二阶系统工作临界阻尼时的单位响应曲线。 (2) +2+=222n n n S S )S (G ωξω ω1 ()1sin( ) (3) 2-3n t o d d u t t tg ξωωωω--=+=式中图为二阶系统在欠阻尼状态下的单位阶跃响应曲线 e t n o n t t u ωω-+-=)1(1)(
电气与可编程控制器实验指导书 实验课是整个教学过程的—个重要环节.实验是培养学生独立工作能力,使用所学理解决实际问题、巩固基本理论并获得实践技能的重要手段。 一 LC控制系统实验的目的和任务实验目的 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。 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。 4.直观察常用电器的结构。了解其规格和用途,学会正确选择电器的方法。 5.掌握继电器、接触器控制线路的基本环节。 6.初步掌握可编程序控制器的使用方法及程序编制与调试方法。 应以严肃认真的精神,实事求是的态度。踏实细致的作风对待实验课,并在实验课中注意培养自己的独立工作能力和创新精神 二实验方法 做一个实验大致可分为三个阶段,即实验前的准备;进行实验;实验后的数据处理、分及写出实验报告。 1.实验前的准备 实验前应认真阅读实验指导书。明确实验目的、要求、内容、步骤,并复习有关理论知识,在实验前要能记住有关线路和实验步骤。 进入实验室后,不要急于联接线路,应先检查实验所用的电器、仪表、设备是否良好,了解各种电器的结构、工作原理、型号规格,熟悉仪器设备的技术性能和使用
方法,并合理选用仪表及其量程。发现实验设备有故障时,应立即请指导教师检查处理,以保证实验顺利进行。 2. 联接实验电路 接线前合理安排电器、仪表的位置,通常以便于操作和观测读数为原则。各电器相互间距离应适当,以联线整齐美观并便于检查为准。主令控制电器应安装在便于操作的位置。联接导线的截面积应按回路电流大小合理选用,其长度要适当。每个联接点联接线不得多余两根。电器接点上垫片为“瓦片式”时,联接导线只需要去掉绝缘层,导体部分直接插入即可,当垫片为圆形时,导体部分需要顺时针方向打圆圈,然后将螺钉拧紧,下允许有松脱或接触不良的情况,以免通电后产生火花或断路现象。联接导线裸露部分不宜过长。以免相邻两相间造成短路,产生不必要的故障。 联接电路完成后,应全面检查,认为无误后,请指导老师检查后,方可通电实验。 在接线中,要掌握一般的控制规律,例如先串联后并联;先主电路后控制电路;先控制接点,后保护接点,最后接控制线圈等。 3.观察与记录 观察实验中各种现象或记录实验数据是整个实验过程中最主要的步骤,必须认真对待。 进行特性实验时,应注意仪表极性及量程。检测数据时,在特性曲线弯曲部分应多选几个点,而在线性部分时则可少取几个点。 进行控制电路实验时。应有目的地操作主令电器,观察电器的动作情况。进一理解电路工作原理。若出现不正常现象时,应立即断开电源,检查分析,排除故障后继续实验。 注意:运用万用表检查线路故障时,一般在断电情况下,采用电阻档检测故障点;在通电情况下,检测故障点时,应用电压档测量(注意电压性质和量程;此外,还要注意
电力拖动自动控制系统---- 运动控制系统 实验指导书 昆明理工大学信自学院自动化系 2012年9月 目录 实验须知 实验一双闭环不可逆直流调速系统调试 实验二双闭环不可逆直流调速系统的静特性研究 实验三双闭环不可逆直流调速系统的动特性研究 实验四逻辑无环流可逆直流调速系统实验 实验五矢量坐标变换仿真 实验六转差频率控制的交流异步电动机矢量控制系统仿真 实验七无速度传感器的矢量控制系统仿真 附录1双闭环不可逆直流调速系统原理图及所需挂件 附录2逻辑无环流直流可逆调速系统原理图及所需挂件 实验须知 实验课是教学中的重要环节之一，通过实验，是理论联系实际，加深理解和巩固所学的有关理论知识，培养、锻炼和提高对实际系统的调试和分析、解决问题的能力，同时通过实验也培养严谨的科学态度和良好的作风，以达到工程技术人员应有的本领，因此要求每个学生必须认真对待实验课，要求做到：
一、实验前预习，要求： 1、了解所有实验系统的工作原理 2、明确实验目的，各项实验内容、步骤和做法 3、拟定实验操作步骤，画出实验记录表格等。 二、实验中认真、要求： 1、熟知所有设备，认真按实验要求，有步骤地进行各项内容的实验。 2、测试前，必须熟悉仪器、仪表的使用，注意量程。 3、认真记录测试数据和波形。 4、不许带电操作，每次更换线路时，必须断点进行操作，通电前，必 须经指导老师检查，方可合闸。 5、同组同学，必须相互配合，共同完成实验任务。 三、实验后认真写实验报告 1、整理各项实验数据，列成表格，按要求绘制有关曲线，进行分析比 较。 2、记录和分析实验中的各种现象。 四、实验装置 自动控制系统实验全部在DJDK-Ⅱ型装置上进行。详见“DJDK-Ⅱ实验装置简介”。 实验一双闭环不可逆直流调速系统调试 一、实验目的 1、掌握调速系统各单元电路的调整方法，弄清他们的工作原理及其在系统中 的应用。 2、掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试方法和步骤。 二、系统组成及所需挂件 详见附录一。 三、实验内容 (一)双闭环调速系统调试原则 ①先单元、后系统，即先将单元的参数调好，然后才能组成系统。
实验一 Matlab使用方法和程序设计 一、实验目的 1、掌握Matlab软件使用的基本方法； 2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句 3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制 4、熟悉Matlab程序设计的基本方法 二、实验内容 1、帮助命令 使用help命令，查找sqrt（开方）函数的使用方法； 2、矩阵运算 （1）矩阵的乘法 已知A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8]; 求A^2*B （2）矩阵除法 已知A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]; B=[1 0 0;0 2 0;0 0 3]; A\B,A/B （3）矩阵的转置及共轭转置 已知A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i]; 求A.', A' （4）使用冒号选出指定元素 已知：A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]; 求A中第3列前2个元素；A中所有列第2，3行的元素； （5）方括号[] 用magic函数生成一个4阶魔术矩阵，删除该矩阵的第四列 3、多项式 （1）求多项式p(x) = x3 - 2x - 4的根 （2）已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ， 求矩阵A的特征多项式; 求特征多项式中未知数为20时的值； 4、基本绘图命令 （1）绘制余弦曲线y=cos(t)，t∈[0，2π] （2）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)，t∈[0，2π] 5、基本绘图控制 绘制[0，4π]区间上的x1=10sint曲线，并要求： （1）线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号； （2）坐标轴控制：显示范围、刻度线、比例、网络线 （3）标注控制：坐标轴名称、标题、相应文本； 6、基本程序设计 （1）编写命令文件：计算1+2+?+n<2000时的最大n值； （2）编写函数文件：分别用for和while循环结构编写程序，求2的0到n次幂的和。 三、预习要求 利用所学知识，编写实验内容中2到6的相应程序，并写在预习报告上。
过程控制系统实验指导书 王永昌 西安交通大学自动化系 2015.3
实验一先进智能仪表控制实验 一、实验目的 1．学习YS—170、YS—1700等仪表的使用； 2．掌握控制系统中PID参数的整定方法； 3．熟悉Smith补偿算法。 二、实验内容 1．熟悉YS-1700单回路调节器与编程器的操作方法与步骤，用图形编程器编写简单的PID仿真程序； 2．重点进行Smith补偿器法改善大滞后对象的控制仿真实验； 3．设置SV与仿真参数，对PID参数进行整定，观察仿真结果，记录数据。 4．了解单回路控制，串级控制及顺序控制的概念，组成方式。 三、实验原理 1、YS—1700介绍 YS1700 产于日本横河公司，是一款用于过程控制的指示调节器，除了具有YS170一样的功能外，还带有可编程运算功能和2回路控制模式，可用于构建小规模的控制系统。其外形图如下： YS1700 是一款带有模拟和顺序逻辑运算的智能调节器，可以使用简单的语言对过程控制进行编程（当然，也可不使用编程模式）。高清晰的LCD提供了4种模拟类型操作面板和方便的双回路显示，简单地按前面板键就可进行操作。能在一个屏幕上对串级或两个独立的回路进行操作。标准配置I/O状态显示、预置PID控制、趋势、MV后备手动输出等功能，并且可选择是否通信及直接接收热偶、热阻等现场信号。对YS1700编程可直接在PC机上完成。
SLPC内的控制模块有三种功能结构，可用来组成不同类型的控制回路：（1）基本控制模块BSC，内含1个调节单元CNT1，相当于模拟仪表中的l台PID调节器，可用来组成各种单回路调节系统。 （2）串级控制模块CSC，内含2个互相串联的调节单元CNTl、CNT2，可组成串级调节系统。 （3）选择控制模块SSC，内含2个并联的调节单元CNTl、CNT2和1个单刀三掷切换开关CNT3，可组成选择控制系统。 当YS1700处于不同类型的控制模式时，其内部模块连接关系可以表示如下：（1）、单回路控制模式
《运动控制系统》课程设计报告 时间2014.10 _ 学院自动化 _ 专业班级自1103 _ 姓名曹俊博__ 学号 指导教师潘月斗 ___ 成绩 _______
摘要 本课程设计从直流电动机原理入手，建立V-M双闭环直流调速系统，设计双闭环直流调速系统的ACR和ASR结构，其中主回路采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，触发器采用KJ004触发电路，系统无静差；符合电流超调量σi≤5%；空载启动到额定转速超调量σn≤10%。并详细分析系统各部分原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。 关键词：双闭环；直流调速；无静差；仿真 Abstract This course is designed from DC motor, establish the principles of V-M double closed loop DC speed control system design, the double closed loop dc speed control system and the structure, including ACR ASR the main loop thyristor three-phase bridge type all control the power supply and trigger the rectifier circuit KJ004 trigger circuit, the system without the static poor; Accord with current overshoots sigma I 5% or less; No-load start to the rated speed overshoot sigma n 10% or less. And detailed analysis of the system principle and the static and dynamic performance, and the system of simulink to various parameters set simulation. Key Words：double closed loop；DC speed control system；without the static poor；simulation
实验二 步进电机控制实验 [实验目的] 1.掌握使用步进电机驱动器控制步进电机的系统设计方法； 2.熟悉步进电机驱动器的用法； 3.掌握基于步进驱动器的步进电机单轴控制方法。 [实验设备] 1.计算机; 2.台达EH 系列可编程序控制器； 3.步进电机驱动器WD3-007; 4.三相步进电机VRDM 3910/50 LWA 。 [实验原理及线路] 1.德国百格拉步进电机驱动器WD3—007如图1所示，驱动器面板说明如下： 信号接口：PULSE+ 电机输入控制脉冲信号； DIR+ 电机转动方向控制信号； RESET+ 复位信号，用于封锁输入信号； READY+ 报警信号； PULSE-、DIR-、RESET-和READY-短接公共地； 状态指示：RDY 灯亮表示驱动器正常工作； TEMP 灯亮表示驱动器超温； FLT 灯亮表示驱动器故障； 功能选择：MOT.CURR 设置电机相电流； STEP1、STEP2 设置电机每转的步数； CURR.RED 设定半流功能 PULSE.SYS 可设置成“脉冲和方向”控制方式； 也可以设置成“正转和反转”控制方式； 功率接口：DC+和DC-接制动电容； U 、V 、W 接电机动力线，PE 是地； L 、N 、PE 接驱动器电源，电源电压是220VAC 输入时，最大电流是3A 。电源线横截面≥1.5平方毫米，尽量短。驱动器的L 端和N 端接供电电源，同时要串接一个6.3A 保险丝；PE 为接地。 信号说明: （1）PULSE ：脉冲信号输入端，每一个脉冲的上升沿使电机转动一步。 （2）DIR ：方向信号输入端，如“DIR ”为低电平，电机按顺时针方向旋转；“DIR ”为高电平电机按逆时针方向旋转。 （3）CW ：正转信号，每个脉冲使电机正向转动一步。 （4）CCW ：反转信号，每个脉冲使电机反向转动一步。 （5）RESET ：复位信号，如复位信号为低电平时,输入脉冲信号起作用，如果复位信号为高电平时就禁止任何有效的脉冲，输入信号无效，电机无保持扭矩。 （6）READY ：输入报警信号：READY 是继电器开关，当驱动器正常工作时继电器闭合，当驱动器工作异常时继电器断开。继电器允许最高输入电压和电流是：35VDC ，10mA ≤I ≤200mA ，电阻性负载。如用该继电器，要把他串联到CNC 的某输入端。当驱动器正常工作时继 STEP1ON 1 2 3 4PULES.SYS CURR.RED STEP2 PACER W WD3-007PE N L PE U V DC-DC+READY-READY+ RESET-RESET+ DIR-/CCW-DIR+/CCW+ PULSE-/CW-PULSE+/CW+ MOT.CURR FLT TEMP RDY C 40 F E D 2 138A 9B 7 65 图1 步进电机驱动器
计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书实验一、单容水箱液位PID整定实验 一、实验目的 1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。 3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。 二、实验设备 AE2000A型过程控制实验装置、JX-300X DCS控制系统、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、网线1根、24芯通讯电缆1根。 三、实验原理 图2-15为单回路水箱液位控制系统 单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用SUPCON JX-300X DCS控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。 一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图2-16中的曲线①、②、③所示。 图2-16 P、PI和PID调节的阶跃响应曲线
机械工程学科应用型研究生综合实验Ⅱ 实验指导书 （数控运动控制技术分册） 富宏亚主编 机电工程学院 2014年3月
目录 实验一数控系统硬件连接与电机测试实验 (1) 实验1.1 数控系统硬件连接实验 (1) 实验1.2 数控系统电机测试实验 (5) 实验二数控系统控制软件设计实验 (7) 实验2.1 单轴运动控制软件设计实验 (7) 实验2.2 直线插补运动控制软件设计实验 (13)
实验一数控系统硬件连接与电机测试实验 实验1.1 数控系统硬件连接实验 一、实验目的 1、了解数控综合实验台的组成和电路连接。 2、掌握数控系统的构成原理。 二、实验所用单元 计算机、雷泰DMC5480运动控制卡、实验台控制面板、小型3轴立式铣床。 三、实验原理 1、如图1-1所示，数控综合实验台由计算机、雷泰DMC5480运动控制卡、实验台控制面板、小型3轴立式铣床组成。运动控制卡安装在计算机的PCI插槽中；实验台控制面板上安装了电机驱动器、电源、继电器、空气开关、急停和接线板等元器件，小型3轴立铣床包括3个运动轴X、Y、Z和1个主轴。 图1-1硬件系统总体实物图 2、以X轴运动控制电路为例，X轴伺服电机驱动器1与运动控制卡的电路如图1-2所示，各连线引脚定义如表1-1和表1-2所示。Y轴伺服电机驱动器2、Z 轴伺服电机驱动器3与运动控制卡之间的电路可参考X轴运动控制电路进行接线。
图1-2 X轴电机驱动器与运动控制卡连接电路图 3、DMC5480运动控制卡为每个轴配有两个限位信号、1个原点信号。每路信号都加有滤波器可以过滤高频噪声，保证动作可靠。各传感器与运动控制卡接线电路图如图1-3所示： 图1-3 运动控制卡X1引脚与传感器的连接电路图
《控制工程基础》实验指导书常熟理工学院机械工程学院 2009.9
目录 1.MATLAB时域分析实验 (2) 2.MATLAB频域分析实验 (4) 3.Matlab校正环节仿真实验 (8) 4.附录：Matlab基础知识 (14)
实验1 MATLAB 时域分析实验 一、实验目的 1． 利用MATLAB 进行时域分析和仿真。 要求：(1)计算连续系统的时域响应（单位脉冲输入，单位阶跃输入，任意输入）。 2．掌握Matlab 系统分析函数impulse 、step 、lsim 、roots 、pzmap 的应用。 二、实验内容 1．已知某高阶系统的传递函数为 ()265432 220501584223309240100 s s G s s s s s s s ++=++++++，试求该系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应、单位速度响应和单位加速度响应。 MATLAB 计算程序 num=[2 20 50]; den=[1 15 84 223 309 240 100]; t= (0: 0.1: 20); figure (1); impulse (num,den,t); %Impulse Response figure (2); step(num,den,t);%Step Response figure (3); u1=(t); %Ramp.Input hold on; plot(t,u1); lsim(num,den,u1,t); %Ramp. Response gtext(‘t’); figure (4); u2=(t.*t/2);%Acce.Input u2=(0.5*(t.*t)) hold on; plot(t,u2); lsim(num,den,u2,t);%Acce. Response
单回路控制系统实验 单回路控制系统概述 实验三单容水箱液位定值控制实验 实验四双容水箱液位定值控制实验 实验五锅炉内胆静（动）态水温定值控制实验 实验三 实验项目名称：单容液位定值控制系统 实验项目性质：综合型实验 所属课程名称：过程控制系统 实验计划学时：2学时 一、实验目的 1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。 2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。 3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。 4．了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。 5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。 二、实验内容和（原理）要求 本实验系统结构图和方框图如图3-4所示。被控量为中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制中水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃
给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。 三、实验主要仪器设备和材料 1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个； 2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根； 3．SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。 四、实验方法、步骤及结果测试 本实验选择中水箱作为被控对象。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度，其余阀门均关闭。 具体实验内容与步骤按二种方案分别叙述。 （一）、智能仪表控制 1．按照图3-5连接实验系统。将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。 图3-4 中水箱单容液位定值控制系统
运动控制系统 实验指导书 赵黎明、王雁编 广东海洋大学信息学院自动化系
直流调速 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6-7。 四．实验设备及仪表 1．MCL系列教学实验台主控制屏。 2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。 3．MCL—33(A)组件或MCL—53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，必须先加上直流激磁。 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。 六．实验内容 1．移相触发电路的调试（主电路未通电） （a）用示波器观察MCL—33（或MCL—53，以下同）的双脉冲观察孔，应有双脉冲，且间隔均匀，幅值相同；观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1V～2V 的双脉冲。 （b）触发电路输出脉冲应在30°～90°范围内可调。可通过对偏移电压调节单位器及ASR输出电压的调整实现。例如：使ASR输出为0V，调节偏移电压，实现α=90°；再保持偏移电压不变，调节ASR的限幅电位器RP1，使α=30°。 2．求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性。 a．断开ASR的“3”至U ct的连接线，G（给定）直接加至U ct，且Ug调至零，直流电机励磁电源开关闭合。 b．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输出，使U uv、Uvw、Uwu=200V。 注：如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同。 c．调节给定电压U g，使直流电机空载转速n0=1500转/分，调节测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻），在空载至额定负载的范围内测取7～8点，读取整流装置输出电压U d 3．带转速负反馈有静差工作的系统静特性 a．断开G（给定）和U ct的连接线，ASR的输出接至U ct，把ASR的“5”、“6”点短接。 b．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节U uv，U vw，U wu为200伏。 c．调节给定电压U g至2V，调整转速变换器RP电位器，使被测电动机空载转速n0=1500转/分，调节ASR的调节电容以及反馈电位器RP3，使电机稳定运行。 调节测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻），在空载至额定负载范围内测取7～8
运动控制实验指导书 华南农业大学工程学院 2009.2 实验的基本要求 本实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所
需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下列基本要求。
一、实验前的准备 实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题(有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等)，并按照实验项目准备记录抄表等。 实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。 认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。 二、实验的进行 1、建立小组，合理分工 每次实验都以小组为单位进行,每组由3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。 2、选择组件和仪表 实验前先熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。 3、按图接线 根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。 4、起动电机，观察仪表 在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后按一定规范起动电机，观察所有仪表是否正常(如指针正、反向是否超满量程等)。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。 5、测取数据 预习时对实验方法及所测数据的大小作到心中有数。正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。 6、认真负责，实验有始有终 实验完毕，须将数据交指导教师审阅。经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。 三、实验报告 实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。 实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。