实 验 报 告-信号与控制综合实验报告 (1)

轨道交通信号与控制实验报告
班级姓名成绩
一、实验目的
通过实验，观察列车分别进入复线、单线自动闭塞区段的各闭塞分区时，各通过信号机的颜色变换、掌握单线、复线自动闭塞的基本原理。

二、实验设备
仿真计算机联锁车站3个站，一个单线、二个复线自动闭塞区段。

三、实验内容
（一）双线自动闭塞区段
分别向双线自动闭塞区段的上行方向和下行方向各发一趟车，在进站信号机处于关闭状态、列车停在接近区段时，观察各闭塞分区通过信号机的显示、填出各信号机颜色。

（二）单线自动闭塞区段
1、列车在下行方向运行时，填出各信号机颜色。

2、改变运行方向，列车在上行方向运行，填出各信号机颜色。

实验三十三电机速度开环控制和闭环控制（自动控制理论—检测技术综合实验）一、实验原理1．直流电机速度的控制直流电机的速度控制可以采用电枢回路电压控制、励磁回路电流控制和电枢回路串电阻控制三种基本方法。

三种控制方式中，电枢电压控制方法应用最广，它用于额定转速以下的调速，而且效率较高。

本实验采用电枢控制方式，如图33-1 所示。

本实验装置为一套小功率直流电机机组装置。

连接于被控制电机的输出轴的是一台发电机，发电机输出端接电阻负载，调节电阻负载即可调节被控制电机的输出负载。

发电机输出电压E图33-1 直流电机速度的电枢控制方式兼作被控电机速度反馈电压。

2．开环控制和闭环控制由自动控制理论分析可知，负载的存在相当于在控制系统中加入了扰动。

扰动会导致输出（电机速度）偏离希望值。

闭环控制能有效地抑制扰动，稳定控制系统的输出。

闭环控制原理方框图如图33-2。

当积分环节串联在扰动作用的反馈通道（即扰动作用点之前）时，即成为针对阶跃扰动时的I 型系统，能消除阶跃信号扰动。

图33-2 直流电机速度的闭环控制原理方框图采用积分环节虽然能一定程度上消除系统的稳态误差，但是却对系统的动态性能（超调量、响应时间）和稳定性产生不利影响。

因此需要配合进行控制器的设计和校正（采用根轨迹设计方法或频域设计方法）。

此外，在扰动可以测量的情况下，采用顺馈控制也能有效地对扰动引起的跟踪误差 进行补偿，减轻反馈系统的负担，见图 33-3。

cDREG 1 G C图 33-3 反馈＋顺馈控制方式消除扰动引起的误差式中： G 1= G 1 (s ) 为控制器传递函数，也是扰动输入时的反馈通道传递函数；G 2 = G 2 (s ) 为被控对象（本实验中即被控直流电机）的传递函数； G c = G c (s ) 为顺馈控制通道传递函数； R 为指令输入，即希望的电机速度；C 为输出被控量，即被控电机的输出速度； E 为系统的稳态误差；D 为系统的扰动输入，即电机的负载。

目录实验一常用信号的观察 (4)实验二零输入、零状态及完全响应 (7)实验五无源与有源滤波器 (8)实验六低通、高通、带通、带阻滤波器间的变换 (14)实验七信号的采样与恢复实验 (19)实验八调制与解调实验 (31)实验体会 (35)实验一常用信号的观察一、任务与目标1。

了解常用信号的波形和特点。

2。

了解相应信号的参数。

3。

学习函数发生器和示波器的使用。

二、实验过程1．接通函数发生器的电源。

2．调节函数发生器选择不同的频率的正弦波、方波、三角波、锯齿波及组合函数波形,用示波器观察输出波形的变化。

三、实验报告（x为时间，y为幅值)100Hz 4V 正弦波y=2sin（628x—π/2）100Hz 4V 方波y=2 t=(2n-1）x*0.0025~(2n+1）x*0.0025 x为奇y=-2 t=（2n-1)x＊0。

0025~(2n+1)x＊0.0025 x为偶100Hz 4V 锯齿波100Hz 4V 三角波由50Hz的正弦波和100Hz正弦波组合的波形y=0.2sin（628x)+0.1sin（314x）实验二零输入、零状态及完全响应一、实验目标1．通过实验，进一步了解系统的零输入响应、零状态响应和完全响应的原理。

2．学习实验电路方案的设计方法——本实验中采用用模拟电路实现线性系统零输入响应、零状态响应和完全响应的实验方案.二、原理分析实验指导书P4三、实验过程1、接通电源；2、闭合K2，给电容充电，断开K2闭合K3,观察零输入响应曲线；3、电容放电完成后，断开K3，闭合K1,观察零状态响应曲线；4、断开K1,闭合K3，再次让电容放电，放电完成后断开K3闭合K2，在电容电压稳定于5V后断开K2，闭合K1,观察完全响应曲线.四、实验报告上图为零输入响应、零状态响应和完全响应曲线。

五、实验思考题系统零输入响应的稳定性与零状态响应的稳定性是否相同？为什么?答：相同。

因为系统零输入响应和零状态响应稳定的充分必要条件都是系统传递函数的全部极点si（i=1,2，3，…，n)，完全位于s平面的左半平面。

十字路口交通信号灯控制系统设计专业：应用电子技术班级：09应电五班*名：**0906020129*名：***0906020115指导教师：***2011.6.11目录摘要…………………………………………………….……….3.一、绪论 (4)二、PLC 的概述 (5)2.1、概述 (5)2.2、PLC的特点 (5)2.3、PLC的功能 (5)三、交通灯控制系统设计 (6)3.1、控制要求 (6)3.2、交通灯示意图 (6)3.3、交通灯时序图 (7)3.4、交通灯流程图 (7)3.5、I/0口分配 (8)3.6、定时器在1个循环中的明细表 (8)3.7、程序梯形图 (10)四、设计总结 (12)参考文献 (12)摘要PLC可编程控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。

它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。

据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。

专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。

由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时具内部定时器资源十分丰富，可对目前普通的使用的“渐进式”信号灯进行精确的控制，特别对多岔路口的控制可方便的实现。

因此现在越来越多的将PLC应用于交通灯系统中。

同时，PLC本身还具有通讯联网的功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。

一、绪论当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车俩最常见和最有效的手段。

但这一技术在19世纪就已经出现。

1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。

这是世界上最早的交通信号灯。

1868年英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前得广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。

华中科技大学信号与控制综合实验报告专业：电气工程及其自动化班级：电气0612班日期：2008/10/7实验组别：第一组第一次实验指导老师：
学生姓名：王璠学号： 012006019801 分数：
图1.正弦波幅度调制与解调
图35的基本连接
为信号输入端，为信号输出端，W 和Z 之间的电阻网络起微调电2.AD8W
图4.低通滤波器的频率响应
四、实验步骤及波形记录
调节函数信号发生器，输出频率为500Hz，幅值为1V的正弦波，作为调制信号，接至实验电路的调制信号输入端；运行AD9851驱动程序，使之输出频率为的正弦波，作为载波信号，
接至实验电路的载波信号输入端（两路）
3.电路后级输出有比较大的直流分量。

最初确定的实验方案中，信号输入部分和各级之调节反馈电阻或输出端串电阻等方式使电路达到最佳性能。

AD835内部的基本电路单元也datasheet 中没有给出其带容性负载定合适电容值的方法，在两级AD835之间尝试了104，334，106，2200u 等电容值，发现第直接耦合方式，导致后级有较大的直流分量输出。

此问题有待进一步研究。

间均有设计有隔直电容。

但实际调试时发现高速运放带容性负载时性能比较特殊，需要通过是高速运放，但的特性，由于经验不足，找不到一个确二级AD835的输入端均被拉低，随容值的增大，被拉低的电平有减小趋势。

最终电路采用
附录
附图1.调制与解调电路原理图
附图2.AD9851原理图
附图3.调制与解调电路
附图4.AD9851号产生电路
信。

实验三十五 PWM 控制芯片认识及外围电路设计实验（电力电子学—自动控制理论综合实验）一、 实验原理 1．PWM 控制电力电子电路控制中广泛应用着脉冲宽度调制技术（Pulse Width Modulation, 简称PWM ），将宽度变化而频率不变的脉冲作为电力电子变换电路中功率开关管的驱动信号，控制开关管的通断，从而控制电力电子电路的输出电压以满足对电能变换的需要。

由于开关频率不变，输出电压中的谐波频率固定，滤波器设计比较容易。

PWM 控制的原理可以简单通过图35-1理解。

图中，V 1为变换器输出的反馈电压与一个三角波信号V tri 进行比较，比较电路产生的输出电压为固定幅值、宽度随反馈电压的增大而减小的PWM 脉冲方波，如图中阴影部分所示。

若将该PWM 方波作为如图35-2所示的直流降压变换器的开关管的驱动信号，当输出电压升高时，输出电压方波宽度变窄，滤波后输出直流电压降低，达到稳定到某一恒定值的目的。

由PWM 控制的原理可知，实现PWM 控制应该具备以下条件：图35-1 PWM 控制原理V triV 1V 图35-2 直流－直流降压变换电路(Buck 电路)(1) 有三角波或阶梯波这样具有斜坡边的信号，作为调节宽度的调制基础信号；从图35-1可以知道，三角波的频率就是使图35-2中开关管通断的开关频率。

(2) 有比较器以便将调制基础信号和反馈电压信号进行比较产生PWM 信号；(3) 对反馈电压幅度的限制门槛电压，以使反馈电压不至于超过三角波最高幅值或低于三角波最低值。

一旦超出其最高值或低于最低值，2个信号没有交点，将出现失控情况；(4) 若同时需要控制多个开关管，尤其是桥式电路的上下桥臂上的一对开关管时，应具有死区电路。

死区即上下桥臂的两个开关管都没有开通脉冲、都不导通的时间，以便待刚关断的开关管经历恢复时间完全关断后，再让另一开关管开通； (5) 有反馈控制环节（即恒定的电压给定、误差放大器及调节器（或校正环节）、功率放大电路）；(6) 按照一定逻辑关系开放脉冲的逻辑控制电路。

实验十 典型环节的模拟一、实验原理1． 线性控制系统的数学模型可以用传递函数来表示。

而传递函数按照数学方法可分解成若干个1阶或2阶函数（典型环节）的乘积，即高阶系统可看成是由典型环节（比例、积分、惯性环节、二阶振荡环节和二阶微分环节等）按一定的关系连接而成的组合体：∏∏∏∏∏∏∏∏========++⋅++⋅+⋅+⋅=++++++==+==221121211221221112211221)12()12(1)1()1(11)12()1()12()1()()()()(1)()()()(m j j j j n i i i im j j n i inn i i i i n i in m j j j j m j j s s s T s Ts s T sK s T s Ts T ss s s K s N s M s G s G s G s R s C s τζτζτζτζττφ；式中：比例环节传递函数为：K s G =)(1ss G 1)(2=积分环节的传递函数为：11)(3+=s T s G i 惯性环节传递函数为：)10(121)(224<<++=ζζs T s T s G i i i 2阶振荡环节传递函数为：其余类推。

线性控制系统按照传递函数划分可能是低阶的（1阶或2阶），也可能是高阶的（3阶及以上）。

系统响应性能是由闭环极点决定的，而高阶系统的极点中，距虚轴最近的极点决定了系统的响应，称为系统的主导极点。

主导极点通常为1阶极点（实数极点）或2阶极点（实数极点或共轭复数极点），因此高阶系统通常可以根据这些主导极点简化成1阶或2阶系统。

例如：1])21[(81)4)(42)(5(10)()(222+≈++++=s s s s s s R s C 2j s ±=其响应为无阻尼振荡的，因为距虚轴最近的极点是，是主导极点，因此该系统可等效成2阶无阻尼系统。

因此，熟悉这些低阶系统（典型环节）对阶跃输入的响应，对分析线性系统十分有益。

无线控制网络综合实验实验报告姓名：学号：分组编号：小组成员：指导老师：2016年3月实验3.1 LED灯控制实验一、实验目的1、熟悉UP-CUP IOT-6410-II实验系统的硬件组成及使用方法，熟悉Zigbee模块的硬件接口；2、熟悉和掌握使用IAR集成开发环境，编写程序实现利用CC2530的IO口控制LED闪烁的功能。

二、实验原理1、硬件原理CC2530控制LED 的电路原理图如图3-1-1所示。

CC2530核心板上预留了两个LED，采用共阳极驱动方式，分别由CC2530的P1.0和P1.0控制，通过控制这两个IO口输出低电平即可点亮对应LED。

图3-1-1 LED硬件原理图IO口的控制是通过对CC2530相关寄存器的操作实现的，其中部分IO相关寄存器如图3-1-2所示。

具体操作过程见软件设计部分。

图3-1-2部分IO相关寄存器2、软件原理(1)、首先设置P1SEL寄存器，选择IO口的通用IO功能；(2)、设置P1DIR寄存器，选择P1.0和P1.1口的输入输出方向为输出方向；(3)、通过设置P1寄存器的第0位和第1位即可控制LED的亮灭，其中P1寄存器是可位寻址的，即可直接使用P1_x操作。

程序主函数如下。

void main(void){Initial(); //调用初始化函数，初始化P1.0和P1.1口，包括对寄存//器P1SEL和P1DIR的操作LED1=0; //LED1点亮LED2=0; //LED2点亮while(1){LED2 = !LED2; //LED2闪烁Delay(50000);}}三、实验步骤1、调整硬件：使用配套USB线连接PC机和UP-CUP IOT-6410-II型设备，设备上电，确保打开Zigbee模块开关供电，并使用CCD_SETKEY选择要使用的Zigbee 模块；2、创建工程：打开IAR Embedded Workbench for MCS-51嵌入式开发环境，按下列步骤建立新工程；(1)．选择file→new→Workspace新建一个工作空间；(2)．选择Project→Greate New Project...弹出图3-1-3建立新工程对话框，然后确认Tool chain栏已经选择8051，在Project templates:栏选择Empty project，点击下方OK按钮；图3-1-3建立新工程(3)．选择工程的保存位置，如图3-1-4；图3-1-4保存工程(4)．保存Workspace工作空间并选择保存位置，如图3-1-5；图3-1-5保存Workspace3、配置工程选项按照《物联网综合实验系统实验指导书V1.3》的说明对工程进行配置，其中部分配置的说明如下：(1)．Codemodel和Datamodel可以调节程序寻址范围的大小，要根据实际程序的大小进行调节；(2)．Stack/Heap标签：用于调整堆栈的大小；(3)．Linker选项,Output标签：用于输出编译生成的文件，用于下载到芯片运行，可以输出.hex、.bin或.txt等多种格式；(4)．Debugger：用于选择软件调试的方式和使用的仿真器类型。

北京科技大学《信号系统与信号处理综合实验》实验报告专业班级：学生姓名：学号：指导教师：实验成绩：年月日计算机与通信工程学院目录一、SEED-DTK6446 CCS 平台实验 (2)1、DDR2 SDRAM 实验 (2)2、Audio 音频实验 (6)3、RS232实验 (5)4、结论及思考 (8)二、Linux 平台实验 (10)1、入门实验 (10)2、OSD图像叠加实验 (14)3、视频采集回放实验........................................................................... 错误！未定义书签。

4、结论及思考 (15)三、自主设计实验 (16)四、总结与收获 (25)五、教师评语 (25)一、SEED-DTK6446 CCS 平台实验1、DDR2 SDRAM 实验实验目的1. 了解SEED-DVS6446 外部存储器DDR2 SDRAM；2. 了解TMS320DM6446 芯片DDR2 存储器控制器的特点；3. 熟悉DDR2 SDRAM 的读取操作。

实验内容1. 系统初始化；2. 外部接口的初始化；3. DDR2 SDRAM 的读写操作。

实验报告要求1. 将ddr 工程运行结果截图。

2. 分别在ddr_test.c 中的第20 行、21 行设置断点，将memory browser 窗口截屏，地址栏为0x80000000。

3. 分析第ddr_test.c 中的20 行、21 行代码的作用，将memory browser 窗口截屏。

第20行代码：retcode |= memaddr32（ddr_base, ddr_size ）;作用：memaddr32函数分为读操作和写操作两个部分，/* Write Pattern */for ( i = start; i < end; i += 4 ) {*( volatile Uint32* )i = i; }写入部分操作是将操作数i存入寄存器中。

实验三十八 移相全桥零电压开关电路实验（电力电子学—检测技术综合实验）一、实验原理1．移相全桥零电压开关电路结构移相全桥电路是一种软开关电路。

移相全桥电路的基本电路如图38-1所示。

该变换器由四个开关管组成全桥电路，特点是利用变压器原边漏感（或原边串联电感Lr）和开关管的寄生电容来实现零电压开关ZVS，从而有效地降低了电路的开关损耗和开关噪声，减少了器件开关过程中产生的电磁干扰。

RL图38-1 移相全桥零电压开关变换器结构其中的S1，S2称为领先桥臂，其导通利用变压器漏感和滤波电感的能量，滤波电感一般臂变压器漏感大得多，较容易实现零电压开关。

S3和S4组成滞后桥臂，其开通仅能利用变压器漏感和谐振电感获得能量。

电路中开关器件的控制波形采用恒频移相控制方式，每对桥臂的两个开关器件成180°互补导通，而通过改变不同桥臂之间对角开关管的驱动信号移相角α的大小来实现输出电压的调节。

当α＝180°时，S1和S3或S 2和S4 同时导通，输出电压为零；当α＝0°时，S1 和S4或S2 和S3 同时导通，输出电压达到最大值。

图38-2 移相全桥零电压开关电路的控制驱动信号2. 控制电路核心——UC3875芯片的工作原理简介(1)芯片电路图和引脚图38-3 UC3875的内部结构图UC3875芯片是美国UNITRODE公司生产的移相式PWM控制集成电路, 其核心是相位调制器，其A输出信号与B输出信号反相，C输出信号与D输出信号反相，A、C输出信号的相位移和B 、D 输出信号相位移相同。

该电路中具有独立的过电流保护，欠电压封锁电路。

A/B 、C/D 两对半桥都有可以单独调整死区时间。

集成电路还内置带宽超过7MHz 的误差放大器，一个5V 基准源，软启动，斜坡电压发生器和斜率补偿电路。

图38-4 移相控制器UC3875引脚图(2) UC3875引脚和控制电路设计说明1脚：5V 参考电压输出；2脚：内部误差放大器的输出端，该引脚输出低于1V 时，驱动信号的移相脚强制设置为；0o3脚：运放反向输入端(-),接变换器输出电压作为反馈， 2脚与3脚之间接电容和电阻,形成闭环PI 调节器，稳定输出电压；4脚：运放同向输入端(+) ,接入给定电压信号,以控制输出电压大小；5脚：电流检测,可实现过电流保护，芯片内部有一个电流比较器该引脚输入电压超过2.5V ,UC3875自动封锁所有输出引脚，四路输出全部输出低电平;6脚：软起动，芯片内部在上电后用9uA 恒流源给其充电，可接入一个电容，开机自动充电到4.8V ，实现变换器的软启动;7脚：C/D 两功率管的延迟，设置滞后桥臂的死区时间，并联接入电容电阻到地：/(62.512)th delay DS R T V e =−15脚：A/B 两功率管的延迟信号, 设置滞后桥臂的死区时间，用法同7号脚； 16脚：开关频率设置端，并联接入电容、电阻到地，开关频率公式f = 4/RC 。

2012级《信号与控制综合实验》课程实验报告(基本实验一:信号与系统基本实验)姓名学号U2012专业班号电气12同组者1学号U2012专业班号电气12指导教师日期实验成绩评阅人实验评分表目录1实验一、常用信号的观察 (1)2实验二、零输入相应、零状态响应及完全响应 (4)3实验五、无源滤波器与有源滤波器 (9)4实验六、LPF、HPF、BPF、BEF间的变换 (18)5实验七、信号的采样与恢复 (25)6实验八、调制与解调 (30)7思考与体会 (31)8参考文献 (39)1 实验一常见信号的观察1.1任务和目标了解常见信号的波形和特点。

了解常见信号有关参数的测量，学会观察常见信号组合函数的波形。

学会使用函数发生器和示波器，了解所用仪器原理与所观察信号的关系。

掌握基本的误差观赏和分析方法。

1.2原理分析描述信号的方法有很多种，可以用数学表达式（时间的函数），也可以用函数图形（信号的波形）。

信号可以分为周期信号和非周期信号两种。

普通示波器可以观察周期信号，具有暂态拍摄功能的示波器可以观察到非周期信号的波形。

目前，常用的数字示波器可以非常方便地观察周期信号及非周期信号的波形。

1.3实验方案（1）观察常用的正弦波、方波、三角波、锯齿波等信号及一些组合函数的波形。

（2）用示波器测量信号，读取信号的幅值和频率。

1.4具体实现（1）接通函数发生器电源。

（2）调节函数发生器选择不同频率、不同波形输出。

（3）用数字示波器观察各发生器输出函数波形、幅值、频率等特性。

1.5实验结果（1）正弦信号观察与测量，波形如图1-1所示。

图1-1 正弦波示波器测量显示，该正弦波的幅值为A=V p-p/2=2.08V/2=1.04V 频率为f=1.000kHz 函数可表示为：y=1.04sin(2kπt) V（2）方波的观察与测量，波形如图1-2所示。

图1-2方波的幅值为A=Vp-p/2=2.08V/2=1.04V 频率f=1.000kHz函数可以表示为U(t)=4Um(sinωt+13sin3ωt+15sin5ωt−⋯)π其中，Um=A=1.04V ω=2πf=2kπ3、三角波的观察与测量，波形如图1-3所示。

2012 级《信号与控制综合实验》课程实验报告(基本实验一:信号与系统基本实验)姓名学号U2012 专业班号电气12同组者1 学号U2012 专业班号电气12指导教师日期实验成绩评阅人1实验评分表2目录1实验一、常用信号的观察 (1)2实验二、零输入相应、零状态响应及完全响应 (4)3实验五、无源滤波器与有源滤波器 (9)4实验六、LPF、HPF、BPF、BEF间的变换 (18)5实验七、信号的采样与恢复 (25)6实验八、调制与解调 (30)7思考与体会 (31)8参考文献 (39)31 实验一常见信号的观察1.1任务和目标了解常见信号的波形和特点。

了解常见信号有关参数的测量，学会观察常见信号组合函数的波形。

学会使用函数发生器和示波器，了解所用仪器原理与所观察信号的关系。

掌握基本的误差观赏和分析方法。

1.2原理分析描述信号的方法有很多种，可以用数学表达式（时间的函数），也可以用函数图形（信号的波形）。

信号可以分为周期信号和非周期信号两种。

普通示波器可以观察周期信号，具有暂态拍摄功能的示波器可以观察到非周期信号的波形。

目前，常用的数字示波器可以非常方便地观察周期信号及非周期信号的波形。

1.3实验方案（1）观察常用的正弦波、方波、三角波、锯齿波等信号及一些组合函数的波形。

（2）用示波器测量信号，读取信号的幅值和频率。

1.4具体实现4（1）接通函数发生器电源。

（2）调节函数发生器选择不同频率、不同波形输出。

（3）用数字示波器观察各发生器输出函数波形、幅值、频率等特性。

1.5实验结果（1）正弦信号观察与测量，波形如图1-1所示。

图1-1 正弦波示波器测量显示，该正弦波的幅值为A=V p-p/2=2.08V/2=1.04V频率为f=1.000kHz 函数可表示为：y=1.04sin(2kπt) V（2）方波的观察与测量，波形如图1-2所示。

5图1-2方波的幅值为A=V p-p/2=2.08V/2=1.04V 频率f=1.000kHz函数可以表示为U(t)=4Um(sin ωt+13sin3ωt+15sin5ωt−⋯)π其中，Um=A=1.04V ω=2πf=2kπ3、三角波的观察与测量，波形如图1-3所示。

一、实验目的本次实验旨在了解工业控制网络的基本原理、组成与工作方式，掌握工业控制网络的构建方法，并验证其稳定性和可靠性。

通过实验，提高学生对工业控制网络技术的理解和应用能力。

二、实验原理工业控制网络是一种用于工业现场数据采集、传输、处理和控制的网络系统。

它具有实时性、可靠性和抗干扰性等特点。

常见的工业控制网络有现场总线、工业以太网等。

本次实验以现场总线为例，介绍其基本原理。

三、实验内容1. 实验器材：- 工业控制网络实验箱- 现场总线模块- 控制器模块- 数据采集模块- 电源模块- 连接线2. 实验步骤：（1）搭建现场总线网络：1. 将现场总线模块连接到控制器模块上；2. 将控制器模块连接到数据采集模块上；3. 将电源模块连接到整个实验箱上。

（2）配置现场总线网络参数：1. 设置现场总线模块的通信协议、波特率、数据位、停止位等参数；2. 设置控制器模块的数据采集周期、报警阈值等参数；3. 设置数据采集模块的采集点、报警类型等参数。

（3）运行实验：1. 启动实验箱，观察现场总线网络运行状态；2. 输入模拟信号，观察数据采集模块的采集结果；3. 观察控制器模块的报警情况。

（4）分析实验结果：1. 检查采集到的数据是否符合预期；2. 分析控制器模块的报警原因；3. 评估现场总线网络的稳定性和可靠性。

四、实验结果与分析1. 实验结果：（1）现场总线网络搭建成功，数据采集模块能够实时采集模拟信号；（2）控制器模块能够根据采集到的数据进行报警；（3）现场总线网络稳定运行，抗干扰性能良好。

2. 实验分析：（1）本次实验成功验证了现场总线网络在工业控制中的应用，其实时性、可靠性和抗干扰性等特点在实际生产中具有重要意义；（2）实验过程中，需要注意现场总线网络参数的配置，确保数据采集的准确性和实时性；（3）现场总线网络在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的通信协议和模块，以提高网络的稳定性和可靠性。

五、实验结论本次实验成功搭建了现场总线网络，并验证了其在工业控制中的应用。

实验三十四 温度控制系统的开环控制和闭环控制（自动控制理论—检测技术综合实验）一、 实验原理1．温度控制问题温度是一个极易受环境、负载变化而变化的物理量。

温度控制应用很广，从温室的温度、冶炼时的炉温、化工产品生产制造工艺过程对恒温的需要，到家用电器的温度控制（如电磁炉温度控制）、等等，都需保持温度为恒定值，或按照一定规律变化。

扰动导致的输出（温度）偏离希望值可以通过闭环控制得到抑制。

温度控制系统除了受到负载扰动（如电加热炉的水温控制中，热水因供水需要不断减少和不断补充加入的冷水）的影响外，与其它物理量（如转速、电压、电流等）的控制不同的是，被控的温度容易受到环境温度的影响；此外，温度控制对象（如电炉）具有滞后的特性，即除了一般系统的惯性)1(1+Ts 外，还有一个明显滞后的环节，构成了具有滞后特性的一阶(或二阶)环节：s e τ−1)(+=−Ts e K s G sp τ (34-1) 其中τ远大于T 。

由开环系统的Nyquist 图分析可知，当被控对象不存在滞后特性，即控制系统的开环传递函数为)1()(+=Ts K s G p 时，其Nyquist 图（图34－1）不包围（-1，j0）点，无论增益K 为多大，对应的闭环系统总是稳定的。

而对象具有滞后特性（式（34-1））时，对应的Nyquist 图如图34-2，由于纯滞后环节的相频特性加上τωτωj e j −=∠−)1(+Ts K 的滞后相频特性，相位比仅有)1(+Ts K 环节时更加滞后，Nyquist 图与负实轴有无穷多个穿越点。

当增益K 增大到一定程度时，Nyquist 图顺时针包围（-1，j0）点，系统不稳定。

图34-2 具有滞后特性的惯性环节的Nyquist 图Re Im 图34-1 惯性环节的Nyquist 图因此，温度的控制控制，不能简单地采用普通的PI 控制，或PID 控制，或其它的超前－迟后控制。

从闭环特征方程0)()(1=+s G s G p c 上看，特征方程所对应的相位延迟很大；而控制器（校正环节）的传递函数∏∏==−−=1111)()()(n i ic m j j c c c p s zs K s G (34－2) 中，校正环节中的PI 控制特性或校正网络极点仍具有迟后特性，会导致系统的不稳定性更严重；而其中的超前环节（零点）相对于滞后环节而言时间常数太短（电子元件构成的校正环节不可能产生足以补偿温度对象这样的纯滞后环节的时间常数），因此对系统存在的不稳定性无任何改善作用。

关于频闪光源取代常亮光源的实验实验背景：LED光源有寿命长,容易设计成各种结构和形状,光的波长和亮度容易选择和控制等优点, 所以LED光源成为机器视觉的主要光源. 但机器视觉在使用光源上又有其独特的要求,否则不容易得到理想的拍摄效果：1.需要高亮度光源.主要有2个方面的原因,一是提高性噪比,光源亮度越高,环境亮度对拍摄影响越小，例如利用路灯拍摄和闪光灯拍摄的区别.另外一点,光源亮度越高,相机曝光时间越短,可以节约拍摄时间。

同时,还可以减少镜头光圈。

减少镜头光圈的好处是,相机的拍摄景深增加,也就是增加了垂直高度的拍摄清晰范围.2.需要稳定的亮度.虽然机器视觉软件都可以在亮度和对比度上进行自调整,以消除或减少亮度变化的影响, 但这种后处理的能力也是有限的,这是造成测试结果不稳定的一个主要因素. 简单地将,光源不稳定, 拍摄的图片先天不足,后天努力只有一定程度的改善。

LED灯的亮度与其电流是基本正比的,电流越大,亮度越高. LED灯的使用寿命比较长,但这是在额定电流范围内才有的效果.如果为了增加LED亮度,强行超过额定电流,LED灯的亮度很快衰减,寿命很快降低,或是直接烧掉.另外,LED的一个特点是,发热大。

据有关实验显示,LED光源每增加1摄氏度,亮度将衰减1%,而且这种衰减是持续的。

这就说明,如果没有很好的控制机制,LED 的光源温度会持续增加,亮度会持续下降。

为了满足机器视觉对光源的要求,同时克服LED的一些问题,人们在实验中发现了LED的的一个特点:利用大电流瞬间点亮的方式(不超过10ms),可以将LED的亮度提高的正常亮度的10倍以上,这种方式, 不会造成寿命减少,不会造成光衰,理论上讲,用这种方式使用的LED,其寿命是无限的!而且因为瞬间点亮,产生的热量会通过相关散热结构散除,不会造成温度累计,这样就保证正常稳定的工作温度和环境。

基于以上背景，频闪光源取代常亮光源具有以下优势：1、频闪光源极大提高光源亮度，从而减少曝光时间与镜头光圈，使图像拍摄效果更好。