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一、实验目的本次实验旨在通过一系列基础控制技术的实践操作，使学生掌握以下内容：1. 控制系统的基本组成与工作原理；2. 控制系统的基本分析方法；3. 控制系统的设计与调试方法；4. 掌握控制工程实验仪器的使用方法。
二、实验原理控制技术是研究如何使系统按照预期目标进行工作的科学。
控制系统的基本组成包括：被控对象、控制器、执行机构和反馈环节。
控制器根据反馈信号与设定值的偏差，对执行机构进行控制，使被控对象的输出值稳定在设定值附近。
控制系统的分析方法主要包括时域分析、频域分析和根轨迹分析。
时域分析主要研究系统的稳定性、动态性能和稳态性能；频域分析主要研究系统的频率响应特性；根轨迹分析主要研究系统参数变化对系统性能的影响。
控制系统设计的主要方法有：PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
PID控制是最常用的控制方法，通过调节比例、积分和微分三个参数来控制系统的动态性能和稳态性能。
三、实验仪器与设备1. 控制工程实验仪；2. 计算机；3. 信号发生器；4. 数据采集卡；5. 实验指导书。
四、实验内容1. 控制系统时域分析实验目的：研究二阶系统特征参数对系统的动态性能和稳定性的影响。
实验步骤：（1）搭建实验电路，包括被控对象、控制器和反馈环节；（2）通过信号发生器输入阶跃信号，采集系统的输出信号；（3）利用计算机软件分析系统的动态性能和稳态性能。
2. 控制系统频域分析实验目的：研究系统的频率响应特性。
实验步骤：（1）搭建实验电路，包括被控对象、控制器和反馈环节；（2）利用信号发生器输入不同频率的正弦信号，采集系统的输出信号；（3）利用计算机软件分析系统的频率响应特性。
3. PID控制实验目的：掌握PID控制原理，并通过实验验证其性能。
实验步骤：（1）搭建实验电路，包括被控对象、控制器和反馈环节；（2）利用计算机软件设置PID参数，实现系统的控制；（3）观察系统输出信号，分析PID控制的效果。
4. 模糊控制实验目的：掌握模糊控制原理，并通过实验验证其性能。
控制原理实验报告控制原理实验报告引言：控制原理是现代工程领域中非常重要的一个学科，它研究如何通过对系统的输入进行调节，使系统能够按照预定的要求进行运行。
在本次实验中，我们将通过实际操作和数据分析，探索控制原理的基本概念和应用。
一、实验目的本次实验的目的是通过搭建一个简单的控制系统，了解控制原理的基本概念和应用。
具体目标包括：1. 理解控制系统的基本组成和工作原理；2. 学会使用传感器和执行器进行信号采集和输出；3. 掌握PID控制器的调节方法和参数优化。
二、实验装置和方法1. 实验装置：本次实验所使用的装置包括传感器、执行器、控制器和计算机等。
传感器用于采集系统的反馈信号，执行器用于输出控制信号，控制器则负责对输入信号进行处理和调节。
2. 实验方法：首先，我们需要搭建一个简单的控制系统，包括传感器、执行器和控制器。
然后，通过调节控制器的参数，使系统能够按照预定的要求进行运行。
最后，通过实验数据的采集和分析，对控制系统的性能进行评估和优化。
三、实验结果与分析在实验过程中，我们采集了系统的反馈信号和控制信号，并进行了数据分析和性能评估。
通过对实验数据的分析，我们可以得出以下结论：1. 控制器的参数对系统的性能有着重要的影响。
在实验中，我们通过调节控制器的参数，发现不同的参数设置会导致系统的响应速度、稳定性和抗干扰能力等方面的变化。
2. PID控制器是一种常用的控制器类型，它通过比例、积分和微分三个部分对输入信号进行调节。
在实验中，我们对PID控制器的参数进行了优化，使系统的性能得到了进一步提升。
3. 实际控制系统中，还存在着各种干扰和噪声。
在实验中，我们通过添加干扰信号和噪声信号，测试了系统的抗干扰和抗噪声能力。
通过对实验数据的分析，我们可以评估系统的鲁棒性和稳定性。
四、实验总结通过本次实验，我们深入了解了控制原理的基本概念和应用。
通过实际操作和数据分析，我们对控制系统的组成和工作原理有了更深入的理解。
第一章计算机控制系统概述§1．1概述随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。
近几年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感技术、CRT显示技术、通信与网络技术、微电子技术的高速发展，促进了计算机控制技术水平的提高。
本章主要介绍计算机控制系统及其组成、工业控制机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势。
1．1．1计算机控制技术研究的内容及特点1、研究的内容：主要研究控制理论、计算机技术（软、硬件技术）、网络通信技术、测量技术、信号处理技术等在微机控制中的应用、以及微机的控制方法及其应用。
2、主要的特点：1）理论性强：应用各种控制理论、信号处理理论等2）综合性强：应用有控制理论、计算机硬件技术、编程技术、网络技术、测量技术、信号处理技术、电子技术等3）实践性强：所有设计、计算必须要反复进行实验；在实践中积累了大量的经验方法、经验数据等4）理论与实践相结合5）实用性强6）应用广泛等1．1．2计算机控制技术这门课所应用到的技术：计算机技术、自动控制技术、微电子技术、信息处理技术、检测与传感技术、通信与网络技术、CRT显示技术等等1．1．3计算机控制技术的现状与发展趋势计算机控制技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分1．1．4目前，计算机控制技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。
一、以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流二、PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展三、面向测控管一体化设计的DCS系统四、控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展六、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展七、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展八、工业控制软件正向先进控制方向发展► 1.2. 计算机控制系统的组成► 1.3 计算机控制系统分类► 1.4 计算机控制系统中的计算机► 1.5 微型计算机控制系统的发展趋势§1.2 计算机控制系统的组成★自动控制：在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
一、实验目的1. 了解控制系统的基本组成和原理。
2. 掌握控制系统调试和性能测试方法。
3. 培养动手能力和团队协作精神。
4. 熟悉相关实验设备和软件的使用。
二、实验原理控制系统是指通过某种方式对某个系统进行控制，使其按照预定的要求进行运行。
控制系统主要由控制器、被控对象和反馈环节组成。
控制器根据被控对象的输出信号，通过调节输入信号，实现对被控对象的控制。
本实验主要研究PID控制系统的原理和应用。
三、实验仪器与设备1. 实验箱：用于搭建控制系统实验电路。
2. 数据采集卡：用于采集实验数据。
3. 计算机：用于运行实验软件和数据处理。
4. 实验软件：用于控制系统仿真和调试。
四、实验内容1. 控制系统搭建：根据实验要求，搭建PID控制系统实验电路，包括控制器、被控对象和反馈环节。
2. 控制系统调试：对搭建好的控制系统进行调试，包括控制器参数的整定、系统稳定性和响应速度的调整等。
3. 控制系统性能测试：对调试好的控制系统进行性能测试，包括系统稳定性、响应速度、超调量等指标。
4. 控制系统仿真：利用实验软件对控制系统进行仿真，分析系统在不同参数下的性能。
五、实验步骤1. 控制系统搭建：按照实验要求，连接控制器、被控对象和反馈环节，搭建PID控制系统实验电路。
2. 控制系统调试：根据实验要求，调整控制器参数，使系统达到预定的性能指标。
3. 控制系统性能测试：对调试好的控制系统进行性能测试，记录测试数据。
4. 控制系统仿真：利用实验软件对控制系统进行仿真，分析系统在不同参数下的性能。
六、实验结果与分析1. 控制系统搭建：成功搭建了PID控制系统实验电路。
2. 控制系统调试：通过调整控制器参数，使系统达到预定的性能指标。
3. 控制系统性能测试：系统稳定性、响应速度、超调量等指标均达到预期效果。
4. 控制系统仿真：仿真结果表明，系统在不同参数下具有良好的性能。
七、实验总结1. 通过本次实验，了解了控制系统的基本组成和原理。
一、实习目的通过本次控制系统实习，使学生了解控制系统的基本原理、组成和设计方法，掌握控制系统的调试和故障排除技巧，提高学生的实践能力和工程素养。
二、实习时间2021年10月1日至2021年10月15日三、实习地点XX大学电气工程与自动化学院实验室四、实习内容1. 控制系统基本原理及组成（1）控制系统概述控制系统是指根据给定的输入信号，通过控制器对被控对象进行调节，使被控对象输出满足要求的信号。
控制系统在工业、农业、军事、交通等领域有着广泛的应用。
（2）控制系统的组成控制系统主要由以下部分组成：1）被控对象：被控对象是控制系统的核心，其性能直接影响控制系统的性能。
2）控制器：控制器是控制系统的核心部件，根据输入信号和预设的控制策略，对被控对象进行调节。
3）执行器：执行器将控制器的输出信号转换为被控对象的物理量，实现对被控对象的调节。
4）传感器：传感器将被控对象的物理量转换为电信号，传递给控制器。
5）控制器与执行器之间的信号传输线路。
2. 控制系统设计方法（1）PID控制PID控制（比例-积分-微分控制）是一种常用的控制方法，具有结构简单、参数调整方便等优点。
（2）模糊控制模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，具有鲁棒性强、适应性好等优点。
（3）自适应控制自适应控制是一种根据被控对象的变化自动调整控制器参数的控制方法，具有较好的自适应性和鲁棒性。
3. 控制系统调试与故障排除（1）控制系统调试控制系统调试是控制系统设计过程中的重要环节，主要包括以下步骤：1）检查电路连接是否正确；2）检查传感器、执行器等设备是否正常；3）设置控制器参数；4）观察系统响应，调整参数，使系统满足设计要求。
（2）控制系统故障排除控制系统故障排除是控制系统运行过程中遇到的问题，主要包括以下方法：1）排除硬件故障；2）排除软件故障；3）调整控制器参数。
五、实习过程1. 实习前期准备（1）查阅相关资料，了解控制系统基本原理、组成和设计方法；（2）了解实验室设备情况，熟悉实验流程；（3）制定实习计划，明确实习目标和任务。
自动控制系统实验教案一、实验目的1. 理解自动控制系统的原理和组成；2. 掌握自动控制系统的分析和设计方法；3. 熟悉自动控制系统的实验操作和调试技巧；4. 培养学生动手能力和团队协作精神。
二、实验原理1. 自动控制系统的基本概念：系统、输入、输出、反馈、控制目标等；2. 自动控制系统的分类：线性系统、非线性系统、时间不变系统、时变系统等；3. 自动控制系统的数学模型：差分方程、微分方程、传递函数、状态空间表示等；4. 自动控制器的设计方法：PID控制、模糊控制、自适应控制等。
三、实验设备与器材1. 实验台：自动控制系统实验台；2. 控制器：可编程逻辑控制器（PLC）、微控制器（MCU）等；3. 传感器：温度传感器、压力传感器、流量传感器等；4. 执行器：电动机、电磁阀、伺服阀等；5. 信号发生器：函数发生器、任意波形发生器等；6. 示波器、频率分析仪等测试仪器。
四、实验内容与步骤1. 实验一：自动控制系统的基本原理与组成（1）了解自动控制系统实验台的基本结构；（2）学习自动控制系统的原理和组成；（3）分析实验台上的控制系统。
2. 实验二：线性系统的时域分析（1）根据实验要求，搭建线性系统实验电路；（2）利用信号发生器和示波器进行实验数据的采集；（3）分析实验数据，得出系统特性。
3. 实验三：线性系统的频域分析（1）搭建线性系统实验电路，并连接频率分析仪；（2）进行频域实验，采集频率响应数据；（3）分析频率响应数据，得出系统特性。
4. 实验四：PID控制器的设计与调试（1）学习PID控制原理；（2）根据系统特性，设计PID控制器参数；（3）搭建PID控制实验电路，并进行调试。
5. 实验五：模糊控制器的设计与调试（1）学习模糊控制原理；（2）根据系统特性，设计模糊控制器参数；（3）搭建模糊控制实验电路，并进行调试。
五、实验要求与评价2. 实验操作：熟悉实验设备的操作，正确进行实验；3. 数据处理：能够正确采集、处理实验数据；4. 分析与总结：对实验结果进行分析，得出合理结论；5. 课堂讨论：积极参与课堂讨论，分享实验心得。
控制系统设计实验报告本实验旨在设计并验证一个基本控制系统，通过对系统的各种参数进行调整，以实现对被控对象的控制。
在本实验中，我们将尝试使用PID控制器来控制一个由电机驱动的转动物体的角度。
通过调整PID控制器的参数，我们将研究不同参数对系统性能的影响，以及如何优化控制系统以实现更精确的控制。
1. 实验设备与原理我们使用的控制系统由以下几个部分组成：电机驱动的转动物体、编码器、PID控制器、电机驱动器以及PC这几个基础模块。
电机驱动的转动物体作为被控对象，编码器用于检测物体的实际角度，PID控制器根据检测到的角度与期望角度之间的误差来调整控制信号，电机驱动器根据PID控制器输出的信号驱动电机进行运动，PC用于设置期望角度、监控系统运行情况以及调整PID控制器的参数。
2. 实验步骤首先，我们需要连接各个模块，确保他们能够正常工作。
然后，在PC上设置期望角度，并将PID控制器初始参数设为0，0，0。
启动系统后，我们可以观察到被控对象的实际角度逐渐接近期望角度。
接下来，我们开始调整PID控制器的参数，首先逐步增大比例系数Kp，观察系统响应速度以及超调量的变化。
然后，我们继续增大积分系数Ki，观察系统的稳定性和静差的变化。
最后，我们调整微分系数Kd，观察系统对干扰的抑制能力。
通过这一系列操作，我们可以找到最佳的PID控制器参数组合，使系统表现出最优的性能。
3. 实验结果与分析经过多次实验，我们得到了一组最佳的PID控制器参数：Kp=1.2，Ki=0.5，Kd=0.1。
使用这组参数，系统能够在较短的时间内将被控对象的实际角度调整到期望角度，且幅度较小的超调量。
同时，系统对干扰的抑制也表现出较好的效果，能够快速回到期望角度。
4. 结论与展望通过本实验，我们成功设计并验证了一个基本的控制系统，并找到了最佳的PID控制器参数组合。
在今后的研究中，我们可以进一步优化控制系统，尝试其他类型的控制器，如模糊控制器、神经网络控制器等，以实现更加精确和高效的控制。
绪论 (2)第一章控制系统的组成及认识实验 (3)第一节、现场总线控制系统（FCS）的组成与认识实验 (3)第二节、下位机软件中的硬件配置和程序结构 (9)第三节、上位机组态软件简介 (15)第二章被控对象特性测试 (36)第一节、单容水箱特性测试 (36)第二节、双容水箱特性测试 (45)第三章单回路控制系统实验 (52)第一节、单回路控制系统的概述 (52)第二节、上水箱液位PID整定实验 (58)第三节、串接双容水箱液位PID整定实验 (64)第四节、三容水箱液位定值控制系统 (67)第五节、锅炉内胆水温PID控制实验 (71)第六节、锅炉夹套水温PID控制实验 (77)第七节、单闭环流量PID控制实验 (82)第四章温度位式控制系统实验 (86)第五章串级控制系统实验 (91)第一节、串级控制系统概述 (91)第二节、水箱液位串级控制实验 (95)第三节、三闭环液位控制系统 (101)第四节、锅炉夹套与内胆水温串级控制系统 (106)第五节、锅炉内胆水温与水流量串级控制实验 (110)第六节、上水箱液位与进水流量串级控制系统 (115)第六章比值控制系统实验 (120)第七章前馈-反馈控制系统实验 (126)第一节、下水箱液位前馈-反馈控制实验 (126)第二节、锅炉内胆水温前馈-反馈控制系统 (133)第八章滞后控制系统实验 (137)第一节、盘管出水口温度滞后控制实验 (137)第二节、盘管出水口流量纯滞后控制系统 (142)第九章解耦控制系统实验 (145)第一节、锅炉夹套与内胆水温解耦控制系统 (147)第二节、上水箱液位与出口水温解耦控制实验 (153)绪论现场总线技术是当今自动化领域技术发展热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网，它的出现标志着自动化控制技术又一个新时代的开始。
现场总线是连接设置在控制现场的仪表与设置在控制室内的控制设备的数字化、串行、多站通信的网络。
其关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通信。
通用技术《控制系统的组成和描述》说课教案第一章：控制系统的概念1.1 引言引入控制系统的概念，解释其在工程和技术领域的重要性。
激发学生对控制系统的好奇心和兴趣。
1.2 控制系统的定义解释控制系统的定义，包括输入、输出和控制器的概念。
通过实例说明控制系统的应用，如温度控制器、汽车制动系统等。
1.3 控制系统的目标讨论控制系统的目标，包括稳定性、快速性和准确性。
解释控制系统在不同领域的具体应用目标。
第二章：控制系统的组成2.1 控制系统的基本组成部分介绍控制系统的基本组成部分，包括被控对象、控制器、传感器和执行器。
解释各部分的作用和相互关系。
2.2 被控对象讨论被控对象的特点和分类，如线性、非线性和时变系统。
解释被控对象对控制系统性能的影响。
2.3 控制器介绍控制器的类型和功能，如PID控制器、模糊控制器等。
讨论控制器的设计方法和选择原则。
第三章：控制系统的描述3.1 数学模型描述介绍控制系统数学模型的概念和重要性。
解释数学模型中的传递函数、状态空间表示等。
3.2 物理意义描述讨论控制系统物理意义的描述方法，如系统动力学模型。
解释不同物理意义描述方法的应用和优缺点。
3.3 仿真模型描述介绍控制系统仿真模型的概念和作用。
解释仿真软件的使用方法和仿真结果的分析。
第四章：控制系统的设计方法4.1 控制系统设计的基本原则讨论控制系统设计的基本原则，如稳定性、快速性和准确性。
解释不同设计方法的目标和限制。
4.2 经典控制系统设计方法介绍经典控制系统设计方法，如PID控制器设计。
解释设计方法的原理和步骤。
4.3 现代控制系统设计方法介绍现代控制系统设计方法，如模糊控制器和神经网络控制器设计。
解释设计方法的原理和应用。
第五章：控制系统应用案例分析5.1 案例一：温度控制系统分析温度控制系统的组成和描述方法。
讨论温度控制系统的设计方法和应用。
5.2 案例二：自动驾驶控制系统分析自动驾驶控制系统的组成和描述方法。
讨论自动驾驶控制系统的设计方法和应用。
一、实验目的1. 理解控制理论的基本概念，掌握控制系统的基本组成和分类。
2. 掌握控制系统稳定性分析的方法，如奈奎斯特稳定判据、劳斯稳定判据等。
3. 学会应用MATLAB软件进行控制系统仿真，分析系统的性能指标。
4. 培养动手能力和实际操作技能，提高对控制理论的理解和应用能力。
二、实验原理控制理论是研究系统在输入信号作用下，输出信号与期望信号之间关系的一门学科。
控制系统一般由控制器、被控对象和反馈环节组成。
本实验主要研究线性定常系统的稳定性分析和性能指标分析。
三、实验器材1. MATLAB软件2. 控制系统仿真模块3. 控制系统仿真数据四、实验步骤1. 稳定性分析（1）根据实验要求，设计一个控制系统，并绘制系统的开环传递函数。
（2）利用奈奎斯特稳定判据，判断系统的稳定性。
具体步骤如下：①绘制系统的开环传递函数的幅相特性曲线。
②计算系统的开环增益K和相位裕度。
③在复平面上绘制K的轨迹，判断系统是否稳定。
（3）利用劳斯稳定判据，判断系统的稳定性。
具体步骤如下：①将系统的开环传递函数写成标准形式。
②根据劳斯稳定判据，计算系统的特征根。
③判断系统的稳定性。
2. 性能指标分析（1）根据实验要求，设计一个控制系统，并绘制系统的闭环传递函数。
（2）利用MATLAB软件进行控制系统仿真，获取系统的性能指标。
（3）分析系统的性能指标，如上升时间、超调量、稳态误差等。
3. 结果分析（1）根据奈奎斯特稳定判据和劳斯稳定判据，判断系统的稳定性。
（2）分析系统的性能指标，如上升时间、超调量、稳态误差等。
五、实验结果与分析1. 稳定性分析根据奈奎斯特稳定判据和劳斯稳定判据，本实验所设计的控制系统均为稳定系统。
2. 性能指标分析（1）上升时间：系统从初始状态到达期望状态所需的时间。
（2）超调量：系统输出信号超过期望信号的最大幅度。
（3）稳态误差：系统输出信号在稳态时与期望信号之间的差值。
根据实验结果，本实验所设计的控制系统具有较快的上升时间、较小的超调量和较小的稳态误差，满足实验要求。
一、教材分析《控制系统的组成和描述》是通用技术课程中的一节重要内容，主要介绍了控制系统的概念、组成及描述方法。
通过本节内容的学习，学生能够了解控制系统的的基本原理，掌握控制系统的基本组成部分，以及运用数学语言描述控制系统的方法。
二、教学目标1. 知识与技能：（1）了解控制系统的概念及重要性；（2）掌握控制系统的基本组成部分；（3）学会用数学语言描述控制系统。
2. 过程与方法：（1）通过实例分析，引导学生认识控制系统；（2）通过小组讨论，探究控制系统的组成；（3）利用数学工具，对控制系统进行描述。
3. 情感态度与价值观：（1）培养学生对通用技术的兴趣；（2）培养学生团队合作精神；（3）培养学生运用数学语言解决实际问题的能力。
三、教学重点与难点1. 教学重点：（1）控制系统的概念及重要性；（2）控制系统的基本组成部分；（3）用数学语言描述控制系统的方法。
2. 教学难点：（1）控制系统的基本组成部分的理解；（2）数学语言描述控制系统的运用。
四、教学方法1. 实例导入：通过生活中的实例，引导学生认识控制系统，激发学生学习兴趣；2. 小组讨论：组织学生分组讨论，共同探究控制系统的组成，培养团队合作精神；3. 讲解演示：教师对控制系统的基本组成进行讲解，引导学生理解并掌握相关概念；4. 练习巩固：学生运用所学知识，用数学语言描述控制系统，巩固所学内容。
五、教学过程1. 导入：通过生活中的实例，如汽车行驶过程中的制动系统，引出控制系统概念，激发学生学习兴趣；2. 探究：组织学生分组讨论，共同探究控制系统的组成，如控制器、被控对象、反馈元件等；3. 讲解：教师对控制系统的基本组成进行讲解，引导学生理解并掌握相关概念；4. 练习：学生运用所学知识，用数学语言描述给出的控制系统实例；5. 总结：对本节课的内容进行总结，强调控制系统的基本组成及描述方法的重要性。
六、教学评估1. 课堂问答：通过提问学生，了解他们对控制系统概念和组成的理解程度。
一、实习背景随着科技的不断发展，控制系统在各个领域中的应用越来越广泛。
为了更好地掌握控制系统的基本原理和实际应用，我们选择了控制系统实习作为本次实习的主要内容。
本次实习旨在通过实际操作，加深对控制系统理论知识的理解，提高动手能力和实际应用能力。
二、实习目的1. 熟悉控制系统的基本组成和原理；2. 掌握常用控制器的使用方法；3. 学会控制系统的调试和故障排除；4. 培养团队协作和动手实践能力。
三、实习内容本次实习主要分为以下几个部分：1. 控制系统基础知识首先，我们学习了控制系统的基本概念、分类、组成和特点。
通过学习，我们了解到控制系统主要由控制器、执行机构和被控对象组成。
控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统，它们在结构、原理和应用上有所不同。
2. 常用控制器实习过程中，我们学习了常用控制器的原理和使用方法。
包括模拟控制器和数字控制器两大类。
模拟控制器主要有PID控制器、模糊控制器等；数字控制器主要有PLC、单片机等。
通过学习，我们掌握了这些控制器的参数设置和调试方法。
3. 控制系统设计在了解了控制系统的基本原理和常用控制器后，我们进行了控制系统设计。
根据实际需求，我们设计了一个简单的控制系统，包括传感器、控制器、执行机构和被控对象。
通过设计，我们学会了如何根据实际需求选择合适的控制器和执行机构。
4. 控制系统调试控制系统设计完成后，我们进行了调试。
在调试过程中，我们学会了如何观察系统的动态特性，调整控制器参数，使系统达到预期的控制效果。
5. 控制系统故障排除在实习过程中，我们遇到了一些控制系统故障。
通过分析故障原因，我们学会了如何排除这些故障。
四、实习过程1. 实习前期，我们学习了控制系统的基本理论知识，为实习打下了基础。
2. 实习中期，我们进行了控制系统设计和调试，掌握了实际操作技能。
3. 实习后期，我们遇到了一些故障，通过分析和排除，提高了问题解决能力。
五、实习成果通过本次实习，我们取得了以下成果：1. 掌握了控制系统的基本原理和常用控制器；2. 学会了控制系统设计和调试方法；3. 提高了动手能力和实际应用能力；4. 培养了团队协作精神。
一、教材分析《控制系统的组成和描述》是通用技术课程中的一节重要内容，主要介绍控制系统的基本概念、组成和描述方法。
通过本节课的学习，学生能够了解控制系统的定义、分类及基本组成元素，掌握系统描述的方法和技巧，为后续控制系统设计和分析打下基础。
二、学情分析学生在学习本节课之前，已经掌握了电路分析、信号与系统等基本知识。
但控制系统作为一个新的领域，对学生来说仍然具有一定的挑战性。
在教学过程中，需要注重概念的引入、实例的讲解和动手实践，帮助学生理解和掌握控制系统的基本概念和描述方法。
三、教学目标1. 知识与技能：（1）了解控制系统的定义、分类及基本组成元素；（2）掌握系统描述的方法和技巧；（3）能够运用控制系统的基本概念和描述方法解决实际问题。
2. 过程与方法：（1）通过实例分析，培养学生分析问题和解决问题的能力；（2）通过小组讨论，培养学生合作学习和交流表达的能力；（3）通过动手实践，培养学生实际操作和动手能力。
3. 情感态度与价值观：（1）培养学生对控制系统的兴趣和好奇心；（2）培养学生勇于探索、积极进取的精神；（3）培养学生理论联系实际、学以致用的意识。
四、教学重难点1. 教学重点：控制系统的定义、分类及基本组成元素；系统描述的方法和技巧。
2. 教学难点：控制系统数学模型的建立和分析。
五、教学过程1. 导入新课：通过播放一个简单的控制系统实例视频，引发学生对控制系统的兴趣，激发学生的学习热情。
2. 知识讲解：（1）介绍控制系统的定义、分类及基本组成元素；（2）讲解控制系统数学模型的建立方法和步骤；（3）阐述系统描述的方法和技巧。
3. 实例分析：分析一个实际的控制系统实例，让学生了解控制系统在实际中的应用，加深学生对知识的理解。
4. 小组讨论：让学生分组讨论，分析不同的控制系统实例，培养学生合作学习和交流表达的能力。
5. 动手实践：让学生利用实验设备，进行控制系统的设计和调试，培养学生的实际操作和动手能力。
PLC实验设备实验指导书目录第一章系统简介一、实验设备构成二、系统面板介绍第二章PLC控制实验实验一认识实验实验二舞台灯的PLC控制实验三LED数码管显示控制实验四交通信号灯的自动控制实验五驱动步进电机的PLC控制实验六电机的星/三角启动控制实验七机械手的PLC自动控制实验八四层电梯的PLC控制实验九刀库捷径方向选择控制实验十物料混合控制实验十一水塔水位控制实验十二邮件分拣控制实验十三四级传送带的控制第一章系统简介SIMITIC S7 300系列可编程控制器是德国西门子公司推出的中小型PLC。
采用了模块化无排风扇结构，且易于用户掌握，广泛应用于自动化领域。
本设备采用的为CPU313C-2DP ，主机采用24V直流电源供电，提供16个输入点和16个输出点，且有PROFIBUS-DP主从接口，可组成PROFIBUS网络。
提供了丰富的指令，可实现复杂的应用。
一、西门子PLC实验设备构成西门子PLC实验设备由以下部分组成：1．32台西门子S7-300 PROFIBUS 总线型PLC2．32个显示屏及操作板，显示屏上配备13种实验线路板3．32台个人计算机和CP5611 通讯卡4．PROFIBUS现场总线网络5．SIEMENS STEP 7 V6.0编程软件包如下图所示，32台西门子S7-300 型PLC及32台个人计算机分成4组，每8台西门子S7-300 型PLC及8台个人计算机通过西门子PROFIBUS DP总线连接在一起，形成4个独立的多主PLC局域网络。
每个独立的PLC局域网络上的个人计算机都配备了SIEMENS STEP 7编程软件包，既可以完成对本PLC的编程和状态监视，也可以对本局域网络上的任何PLC进行编程状态监视。
注意：1每个PLC站地址都贴在了PLC 主机上。
每次上传和下传程序时，BUS地址千万不要写错，否则将要传到别的设备上，影响他人工作。
2不要随意更改PLC DP插头上的“ON”，“OFF”开关，否则会造成网络不通。
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、综合性人材为出发点。
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辟，如PLC 控制、DCS 控制开辟等。
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辟的平台。
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 三部份组成。
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。
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。
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，可用冷却循环水匡助散热。
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。
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。
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。
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。
LWGY－6A，公称压力：6.3MPa，精度：1.0％，输出信号：4~20mA DC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。
第一章控制系统的组成及认识实验第一节、现场总线控制系统（FCS）的组成与认识实验一、系统简介本现场总线控制系统是基于PROFIBUS和工业以太网通讯协议、在传统过程控制实验装置的基础上升级而成的新一代过程控制系统。
整个实验装置分为上位控制系统和控制对象两部分，上位控制系统流程图如图1-1所示：图1-1 上位控制系统流程图控制对象总貌图如图1-2所示。
图1-2 控制对象总貌图二、系统组成本实验装置由被控对象和上位控制系统两部分组成。
系统动力支路分两路：一路由三相（380V交流）磁力驱动泵、气动调节阀、直流电磁阀、PA电磁流量计及手动调节阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计及手动调节阀组成。
1、被控对象被控对象由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接圆筒形有机玻璃水箱、4.5Kw 电加热锅炉(由不锈钢锅和锅炉夹套构成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管路组成。
水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。
上、中、下水箱采用淡蓝色圆筒型有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直能接观察到液位的变化和记录结果。
上、中水箱尺寸均为：d=25cm,h=20 cm；下水箱尺寸为：d=35cm,h=20 cm。
每个水箱有三个槽，分别是缓冲槽，工作槽，出水槽。
储水箱尺寸为：长×宽×高=68cm×52㎝×43㎝。
储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，防止两套动力支路进水时有杂物进入泵中。
模拟锅炉：此锅炉采用不锈钢制成，由加热层（内胆）和冷却层（夹套）组成。
做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。
冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度。
盘管：长37米（43圈），可做温度纯滞后实验，在盘管上有两个不同的温度检测点，因而有两个不同的滞后时间。
在实验过程中根据不同的实验需要选择不同的滞后时间。
盘管出来的水既可以回流到锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计完成流量滞后实验。
第一章控制系统的组成及认识实验第一节、现场总线控制系统（FCS）的组成与认识实验一、系统简介本现场总线控制系统是基于PROFIBUS和工业以太网通讯协议、在传统过程控制实验装置的基础上升级而成的新一代过程控制系统。
整个实验装置分为上位控制系统和控制对象两部分，上位控制系统流程图如图1-1所示：图1-1 上位控制系统流程图控制对象总貌图如图1-2所示。
图1-2 控制对象总貌图二、系统组成本实验装置由被控对象和上位控制系统两部分组成。
系统动力支路分两路：一路由三相（380V交流）磁力驱动泵、气动调节阀、直流电磁阀、PA电磁流量计及手动调节阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计及手动调节阀组成。
1、被控对象被控对象由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接圆筒形有机玻璃水箱、4.5Kw 电加热锅炉(由不锈钢锅和锅炉夹套构成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管路组成。
水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。
上、中、下水箱采用淡蓝色圆筒型有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直能接观察到液位的变化和记录结果。
上、中水箱尺寸均为：d=25cm,h=20 cm；下水箱尺寸为：d=35cm,h=20 cm。
每个水箱有三个槽，分别是缓冲槽，工作槽，出水槽。
储水箱尺寸为：长×宽×高=68cm×52㎝×43㎝。
储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，防止两套动力支路进水时有杂物进入泵中。
模拟锅炉：此锅炉采用不锈钢制成，由加热层（内胆）和冷却层（夹套）组成。
做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。
冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度。
盘管：长37米（43圈），可做温度纯滞后实验，在盘管上有两个不同的温度检测点，因而有两个不同的滞后时间。
在实验过程中根据不同的实验需要选择不同的滞后时间。
盘管出来的水既可以回流到锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计完成流量滞后实验。
管道：整个系统管道采用敷塑不锈钢管组成，所有的水阀采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。
有效提高了实验装置的使用年限。
其中储水箱底有一个出水阀，当水箱需要更换水时，将球阀打开让水直接排出。
2、检测装置压力传感器、变送器：采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的压力传感器和工业用的扩散硅压力变送器，扩散硅压力变送器含不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。
压力传感器用来对上、中、下水箱的液位进行检测，其精度为0.5级，因为为二线制，故工作时需串接24V直流电源。
温度传感器：本装置采用六个Pt100传感器，分别用来检测上水箱出口、锅炉内胆、锅炉夹套以及盘管的水温。
六个Pt100传感器的检测信号中检测锅炉内胆温度的一路到SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的温度变送器，直接转化成数字信号；另外五路经过常规温度变送器，可将温度信号转换成4～ 20mADC电流信号。
Pt100传感器精度高，热补偿性能较好。
流量传感器、转换器：流量传感器分别用来对调节阀支路、变频支路及盘管出口支路的流量进行测量。
涡轮流量计型号：LWGY-10，流量范围：0～1.2m3/h，精度：1.0%。
输出：4～20mA标准信号。
本装置采用两套流量传感器、变送器分别对变频支路及盘管出口支路的流量进行测量，调节阀支路的流量检测采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯接口的检测和变送一体的电磁式流量计。
3．执行机构调节阀：采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的气动调节阀，用来进行控制回路流量的调节。
它具有精度高、体积小、重量轻、推动力大、耗气量少、可靠性高、操作方便等优点。
由CPU直接发送的数字信号控制阀门的开度，本气动调节阀自动进行零点校正，使用和校正都非常方便。
变频器：本装置采用SIEMENS带PROFIBUS-DP通讯接口模块的变频器，其输入电压为单相AC220V，输出为三相AC220V。
水泵：本装置采用磁力驱动泵，型号为16CQ-8P，流量为32升/分，扬程为8米，功率为180W。
泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。
其中一只为三相380V恒压驱动，另一只为三相变频220V输出驱动。
可移相SCR调压装置：采用可控硅移相触发装置，输入控制信号为4～20mA 标准电流信号。
输出电压用来控制加热器加热，从而控制锅炉的温度。
电磁阀：在本装置中作为气动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。
电磁阀型号为：2W-160-25 ；工作压力：最小压力为0Kg/㎝2，最大压力为7Kg/㎝ 2 ；工作温度：－5～80℃。
4．控制器控制器采用SIEMENS公司的S7300 CPU，型号为315-2DP，本CPU既具有能进行多点通讯功能的MPI接口，又具有PROFIBUS-DP通讯功能的DP通讯接口。
5、空气压缩机用于给气动调节阀提供气源，电动机的动力通过三角胶带传带动空压机曲轴旋转，经连杆带动活塞做往复运动，使汽缸、活塞、阀组所组成的密闭空间容积产生周期变化，完成吸气、压缩、排气的空气压缩过程，压缩空气经绕有冷却翅片的排气铜管、单向阀进入储气罐。
空压机设有气量自动调节系统，当储气罐内的气压超过额定排气压力时，压力开关会自动切断电源使空压机自动停止工作，当储气罐内的气体压力因外部设备的使用而下降到额定排压以下0.2-0.3Mpa时，气压开关自动复位，空压机又重新工作，使储气罐内压缩空气压力保持在一定范围内。
三、电源控制台（仅早期控制系统需依赖电源控制台，升级后的现场总线控制系统本身已集成电源控制部分）电源控制屏面板：充分考虑人身安全保护，带有漏电保护空气开关、电压型漏电保护器、电流型漏电保护器。
仪表综合控制台包含了原有的常规控制系统，由于它预留了升级接口，因此它在总线控制系统中的作用就是为上位控制系统提供信号。
四、总线控制柜总线控制柜有以下几部分构成：1、控制系统供电板：该板的主要作用是把工频AC220V转换为DC24V，给主控单元和DP从站供电。
2、控制站：控制站主要包含CPU、以太网通讯模块、DP链路、分布式I/O DP 从站和变频器DP从站构成。
3、温度变送器： PA温度变送器把PT100的检测信号转化为数字量后传送给DP链路。
五、系统特点●被控参数全面,涵盖了连续性工业生产过程中的液位、压力、流量及温度等典型参数。
●本装置由控制对象、综合上位控制系统、上位监控计算机三部分组成。
●真实性、直观性、综合性强，控制对象组件全部来源于工业现场。
●执行器中既有气动调节阀，又有变频器、可控硅移相调压装置，调节系统除了有设定值阶跃扰动外，还可以通过对象中电磁阀和手动操作阀制造各种扰动。
●一个被调参数可在不同动力源、不同执行器、不同的工艺管路下演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣。
●系统设计时使2个信号在本对象中存在着相互耦合，二者同时需要对原独立调节系统的被调参数进行整定，或进行解耦实验，以符合工业实际的性能要求。
●能进行单变量到多变量控制系统及复杂过程控制系统实验。
●各种控制算法和调节规律在开放的实验软件平台上都可以实现。
六、系统软件系统软件分为上位机软件和下位机软件两部分，下位机软件采用SIEMENS 的STEP7，上位机软件采用SIEMENS的WINCC，上、下位机软件在后面的实验中将分别叙述。
七、装置的安全保护体系（仅早期控制系统有此电源控制部分，升级后的现场总线控制系统本身已集成电源控制部分）1、三相四线制总电源输入经带漏电保护器装置的三相四线制断路器进入系统电源后又分为三相电源支路和不同的单相支路，每一支路给各自的负载供电。
总电源设有通电指示灯和三相指示表。
2、控制屏电源由接触器通过起、停按钮进行控制。
屏上装有一套电压型漏电保护装置和一套电流型漏电保护装置。
控制屏内或强电的输出（包括实验中的连线）若有漏电现象，即告警并切断总电源，以确保实验安全。
3、控制屏设有服务管理器（即定时器兼报警记录仪），为指导老师对学生实验技能的考核提供一个统一的标准。
4、各种电源及各种仪表均有可靠的保护功能。
5、实验强电接线插头采用封闭式结构，防止触电事故的发生。
6、强、弱电连线插头采用不同的结构插头，以防止强弱电用电插头的混淆。
第一节、单容水箱特性测试一、实验目的1. 掌握单容水箱阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线。
2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。
二、实验设备1. THJ-FCS型高级过程控制系统实验装置。
2. 计算机及相关软件。
3. 万用电表一只。
三、实验原理图2-1单容水箱特性测试结构图由图2-1可知，对象的被控制量为水箱的液位h ，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q 1，手动阀V 1和V 2的开度都为定值，Q 2为水箱中流出的流量。
根据物料平衡关系，在平衡状态时Q 10-Q 20=0 （2-1） 动态时，则有Q 1-Q 2=dtdV（2-2）式中V 为水箱的贮水容积，dtdV为水贮存量的变化率，它与h 的关系为Adh dV ， 即dtdV = A dt dh （2-3）A 为水箱的底面积。
把式（2-3）代入式（2-2）得Q 1-Q 2=A dt dh（2-4）基于Q 2=SR h，R S 为阀V 2的液阻，则上式可改写为Q1-S R h = A dtdh 即AR Sdtdh+h=KQ 1 或写作)()(1s Q s H =1+TS K（2-5） 式中T=AR S ，它与水箱的底面积A 和V 2的R S 有关；K=R S 。
式（2-5）就是单容水箱的传递函数。
若令Q 1（S ）=SR 0，R 0=常数，则式（2-5）可改为H （S ）=T S TK 1/+×S R 0=K S R 0-TS KR 10+对上式取拉氏反变换得h(t)=KR 0(1-e -t/T ) （2-6） 当t —>∞时，h （∞）=KR 0，因而有 K=h （∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入 当t=T 时，则有h(T)=KR 0(1-e -1)=0.632KR 0=0.632h(∞)式（2-6）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2-2所示。
图2-2 单容水箱的单调上升指数曲线当由实验求得图2-2所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间，就是水箱的时间常数T 。
该时间常数T 也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T ，由响应曲线求得K 和T 后，就能求得单容水箱的传递函数如式（2-5）所示。
图2-3 单容水箱的阶跃响应曲线如果对象的阶跃响应曲线为图2-3，则在此曲线的拐点D 处作一切线，它与时间轴交于B 点，与响应稳态值的渐近线交于A 点。
