第一篇：08級機(jī)電運動控制實驗報告封面

實

驗

報

告

（理工類）

課 程 名 稱: 運動控制 課 程 代 碼: 8426630 學(xué)生所在學(xué)院: 機(jī)械工程與自動化學(xué)院 年級/專業(yè)/班: 學(xué) 生 姓 名: 學(xué) 號: 實驗總成績: 任 課 教 師: 開 課 學(xué) 院: 機(jī)械工程與自動化學(xué)院 實驗中心名稱: 機(jī)械工程專業(yè)實驗中心

第二篇：機(jī)電控制實驗報告

機(jī)電控制實驗報告

一、實驗?zāi)康倪\用PLC和電箱實現(xiàn)電熱壺中水的恒溫控制。

二、實驗方法

電箱外接220V電源；PLC和電熱水壺都分別與電箱連接，由電箱供電；熱敏電阻的鐵棒部分伸入熱水壺中，另一端與電箱相連，熱敏電阻的阻值隨著水溫變化而變化，通過電箱中的電路，輸出了變化的0-20mA的電流量。在輸出端串聯(lián)電阻，使得電流量變?yōu)殡妷毫枯斎氲絇LC，通過AD轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后通過編程達(dá)到控制溫度的目的。PLC輸出端接電箱，可以控制電箱中某個接觸器的閉合或斷開，而這個接觸器控制了電熱水壺的供電。

三、編程思路

目標(biāo)是將水溫控制在70℃。由于加熱時會有熱慣性，因此加熱至一定溫度就應(yīng)停止加熱，等到水溫上升并回落到一定溫度后，再加熱水一定時間然后停止加熱，如此反復(fù)，使水溫控制在一定的范圍內(nèi)波動。

總體思路是：1.只要水溫低于某一溫度A，無條件加熱。

2.若水溫低于溫度B（B>A），且水溫處于下降階段，加熱固定時間后停止。采樣和濾波：采樣周期是11秒，其中1秒是采樣時間。在這一秒內(nèi)AIW端口的數(shù)字量是不停跳動的，若把每個數(shù)據(jù)都收集下來不僅有許多無用的數(shù)據(jù)，而且也會對水溫是上升還是下降做出錯誤的判斷，因此這1秒內(nèi)只記錄數(shù)據(jù)的平均值，即每采集到一個數(shù)據(jù)就把這個數(shù)據(jù)與之前記錄的數(shù)據(jù)求平均值。這樣的求均值的方法中，1秒內(nèi)前一時刻的數(shù)據(jù)的權(quán)重小于后一時刻數(shù)據(jù)的權(quán)重，不同時刻數(shù)據(jù)的權(quán)重不相同，但也能達(dá)到濾波的效果。同時，在11秒鐘內(nèi)的10秒時間中，把前一周期加權(quán)得到的數(shù)據(jù)保存到另外一個寄存器中。

兩個寄存器：寄存器VW80和VW90記錄了2個時刻的溫度。其中VW80記錄的是當(dāng)前周期的溫度，VW90是前一周期記錄的溫度。通過比較VW80和VW90的數(shù)值，可以判斷目前水溫是處于上升階段還是下降階段。將采樣周期的時間設(shè)置的長一些（11秒）的原因之一就是為了能夠正確判斷，而不會因為采集到的數(shù)據(jù)的隨機(jī)跳動影響判斷。

加熱控制：在達(dá)到70℃前提前停止加熱，這個動作可以根據(jù)2種方法進(jìn)行控制。一是加熱到一定的溫度，然后停止加熱；二是加熱一定的時間，然后停止加熱。實驗中我們選擇的是第二種方案，每次加熱都是只加熱3秒鐘。沒有選擇方法一的原因是，采樣得到的溫度并非實時的，而是每11秒得到一個溫度數(shù)據(jù)；另外，在1秒內(nèi)采樣得到的數(shù)據(jù)是有波動的，可能發(fā)生水的實際溫度已超過設(shè)定值，而加權(quán)平均得到的數(shù)據(jù)卻小于這個值的情況，這會使得水溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所要控制的溫度范圍。

四、實驗結(jié)果

溫度可以控制在正負(fù)1℃內(nèi)，最好的情況是控制在正負(fù)0.5℃內(nèi)。

五、結(jié)果分析

在編程中，我們設(shè)定了在溫度下降階段，若小于一定溫度，則加熱3秒，并且限定了是在計時器T3X開啟后，才能進(jìn)行加熱。采樣周期是11秒，因此每11秒最多加熱3秒。即加熱的判定條件有3條：1.采樣時打開了總開關(guān) 2.溫度處于下降階段3.溫度小于一定值。

而熱敏電阻所測的溫度并非是水的底部，而是中部某點的溫度。因此，水的中部一邊在接受底部傳來的熱量，一邊又在向水面外的方向散熱。當(dāng)加熱水3秒后，只有水的底部溫度上升，而中部的溫度還是保持原樣，有時可能反而又下降了。若在11秒內(nèi)，底部的水將熱量傳導(dǎo)到了中部的水，且溫度上升，那么在接下來的一段時間里，中部的水溫是上升階段，不滿足加熱的條件2，可以順利地控制溫度。若在11秒內(nèi)底部的熱量未傳導(dǎo)到中部，或傳導(dǎo)的熱量不足，使得下一周期測得的中部水溫反而比之前低（符合條件2），且溫度小于設(shè)定值（符合條件3），那么程序可能會判定符合加熱條件，又一次加熱3秒，這樣，在接下來的時間里水的中部溫度會大幅上升。最初設(shè)置的采樣時間為5秒，因此容易出現(xiàn)連續(xù)加熱的情況出現(xiàn)。

在編程時，我們一直在調(diào)整加熱時間，設(shè)定的溫度以及采樣周期這三個參數(shù)。加熱時間越短，使每次水溫上升得越?。皇乖O(shè)定的溫度值接近控制的溫度70℃，以使溫度控制在更小的范圍內(nèi)；若采樣周期長，則這一個采樣周期內(nèi)，底部的熱量已經(jīng)傳導(dǎo)到中部并使溫度上升，這樣就不會造成錯誤判斷，但采樣周期過長會導(dǎo)致在一周期內(nèi)水溫已經(jīng)下降過多，降低了溫度控制的下限。

因此，最理想的情況是：最初水從常溫加熱至某一溫度，停止加熱，然后由于熱慣性作用，水溫上升并回落到規(guī)定的溫度值，在某一周期的采樣時，測得本周期水溫低于前一周期溫度，加熱固定時間，并在一個周期的時間內(nèi)水溫經(jīng)歷了上升并回落至規(guī)定的溫度的過程，然后繼續(xù)加熱。即最后水溫的變化周期即等于采樣周期。

這3個控制參數(shù)中，加熱時間的控制有其局限性。因為電箱中是由接觸器控制電熱水壺，若加熱時間過短，可能來不及響應(yīng)，且響應(yīng)太快可能也會損壞接觸器。因此我覺得使用我們這個方法控制溫度的精度取決于接觸器本身。

最終我們選擇的參數(shù)是采樣周期11秒，設(shè)定的溫度69.5℃，加熱時間3秒。結(jié)果是最

好的情況是溫度保持在69.5至70℃間，最差時是69.5至71℃間。造成這一問題的原因即是以上所說的，與熱量的傳導(dǎo)有關(guān)。

六、改進(jìn)與思考

現(xiàn)在的控制精度還不是十分理想。在這個方法下，能做的就是不斷調(diào)整三個參數(shù)，避免發(fā)生底部熱量還未傳導(dǎo)到中部但卻再次加熱的情況。但這個方法有其局限性，雖然在程序中我們可以調(diào)整的是三個參數(shù)，但實際上還有許多隱藏的參數(shù)。比如水量，熱敏電阻的鐵棒所處的位置等。

若是實際應(yīng)用在電熱水壺的溫控裝置，則應(yīng)該有更多考慮。在本次實驗中我們調(diào)整參數(shù)是在水量不變，熱敏電阻鐵棒位置不變的情況下進(jìn)行的，但實際應(yīng)用水量是不可能保證不變的。因此，采用每次加熱固定時間的方式可能不恰當(dāng)。而加熱至某設(shè)定溫度然后停止加熱也不合適，原因也是與熱量在水中的傳導(dǎo)有關(guān)。比較合理的方法是每次加熱的時間不是固定的，而是根據(jù)之前采集的各個時間點的溫度，以及之前各次的加熱時間，來計算出本次合適的加熱時間。采用PID控制可以實現(xiàn)這樣的功能，但是程序會變得更加復(fù)雜。并且，由于熱水壺本身的特性未知，控制中的參數(shù)也需要進(jìn)行標(biāo)定。

七、實驗感想

首先我覺得這次的機(jī)電實驗非常有趣。之前在電工實驗中，也有一次PLC的實驗，但所實現(xiàn)的功能都是比較簡單的，控制燈的亮暗之類的，實現(xiàn)的方法比較單一。但是這次實驗中要實現(xiàn)控溫，可以有多種方案，具體如何實施，不是看教課書上如何講而是靠自己進(jìn)行判斷的。

之前做過各種實驗，化學(xué)實驗，物理實驗，電工實驗，力學(xué)以及熱學(xué)的實驗，每種實驗都是事先按照已經(jīng)規(guī)定的方法進(jìn)行的。有的實驗甚至只需要按幾下按鈕，采集一下數(shù)據(jù)就結(jié)束了。而這次實驗操作性很強(qiáng)，并且的確能夠?qū)W到東西。比如實驗中，需要特定溫度所對應(yīng)的數(shù)字量時，剛開始我考慮的是根據(jù)溫度，電阻，電流輸出量以及外接的電阻計算所對應(yīng)的數(shù)字量，但之后發(fā)現(xiàn)這樣并不精確。各個器材本身是存在誤差的，即使理論上是線性對應(yīng)的，但是實際并非如此。理論值的計算只能是個參考，要確定各個溫度所對應(yīng)數(shù)字量只能實際進(jìn)行測量。

本次實驗的特點就是操作性和開放性。不過在這次實驗中主要的工作是溫控方案以及梯形圖的編寫上。如果在接線上也是開放性的就更好了。

第三篇：運動控制上機(jī)實驗報告

基于SIMULINK的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真

張磊

（江南大學(xué) 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院, 江蘇 無錫 214122)摘要：本文首先介紹了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其特性，接著建立了其動態(tài)數(shù)學(xué)模型，分析了其動態(tài)性能，并通過SIMULINK仿真技術(shù)研究了其抗負(fù)載擾動能力。實驗結(jié)果表明，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的抗負(fù)載擾動特性。

關(guān)鍵詞:抗負(fù)載擾動 動態(tài)數(shù)學(xué)模型 動態(tài)性能 SIMULINK The double-loop DC speed control system simulation

Based on SIMULINK

Zhang Lei(School of Internet of Things Engineering, Jiangnan University, Wuxi Jiangsu 214122, China)Abstract:This paper introduces the double-loop DC speed system components and their characteristics, and then built its dynamic mathematical model to analyze its dynamic performance, and through SIMULINK simulation technology for its anti-load disturbances.Experimental results show that the double-loop DC speed control system has a good anti-load disturbance characteristics.Keywords: Anti-load disturbance Dynamic mathematical model Dynamic Performance SIMULINK

1引言

轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍寬、平穩(wěn)性好、穩(wěn)速精度高以及具有良好的動態(tài)性能，廣泛應(yīng)用于冶金、建材、印刷、電纜、機(jī)床和礦山等行業(yè)，在拖動領(lǐng)域中發(fā)揮著極其重要的作用，具有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點。采用PI調(diào)節(jié)的單個轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動，突加負(fù)載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要，可以采用轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，以獲得近似理想的過渡過程。

圖1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般采用PI調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖，如圖2所示。圖中標(biāo)出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓Uc為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運算放大器的倒相作用。圖中還表示了兩個調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓Um*決定了電流給定電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。

2雙閉環(huán)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其特性

2.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成

為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實行嵌套連接，如圖1所示。即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。

圖2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路

原理圖 2.2穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性

雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性的關(guān)鍵是掌握PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)穩(wěn)態(tài)特征，一般存在兩種狀況：飽和——輸出達(dá)到限幅值；不飽和——輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器推出飽和，此時飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)與使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時，PI作用使輸入偏差電壓?U在穩(wěn)太時總是為零。

實際上，在正常運行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)飽和與不飽和的兩種情況。

圖3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的

穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖

3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

3.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型

雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的主要形式仍然是以傳遞函數(shù)或零極點模型為基礎(chǔ)的系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示，圖中WASR(s)和WACR(s)分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反饋，在電動機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流Id顯露出來。

圖4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的

動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖

3.2起動過程分析

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓Un*由靜止?fàn)顟B(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程如圖5所示。在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程分成圖中標(biāo)明的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個階段。

圖5 雙閉環(huán)直流調(diào)速起動過程的

轉(zhuǎn)速和電流波形

第I階段（0—t1）電流上升的階段。突加給定

電壓 Un*后，Id上升，當(dāng)Id小于負(fù)載電流IdL時，電

機(jī)還不能轉(zhuǎn)動。當(dāng)Id≥IdL后，電機(jī)開始起動，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR輸入偏差電壓仍較大，ASR很快進(jìn)入飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。直到Id≈Idm，Ui≈Uim*。在這一階段中，ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，ACR一直不飽和。

第II階段（t1--t2）恒流升速階段。ASR始終

是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)為在恒值電流Uim*給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流Id恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長，直到n=n*。電機(jī)的反電動勢E也按線性增長，對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，E是一個線性漸增的擾動量，為了克服它的擾動，Ud0和Uc也必須基本上按線性增長，才能保持Id恒定。當(dāng)ACR采用PI調(diào)節(jié)器時，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說，Id應(yīng)略低于Idm。在這一階段，ASR處于飽和狀態(tài)，電流無靜差系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速線性上升，Id略小于Idm。

第Ⅲ階段（t2 以后）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。ASR

和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)作用，ACR力圖使

Id盡快地跟隨Ui*，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。當(dāng)n=n*時，ASR輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值Uim*，所以電機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。ASR輸入偏差電壓變負(fù)，開始退出飽和，Ui*和Id很快下降。但是，只要Id仍大于負(fù)載電流IdL，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到Id=IdL時，轉(zhuǎn)矩Te=TL，則dn/dt=0，轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值（t=t3時）。此后，電動機(jī)在負(fù)載的阻力下減速，在一小段時間內(nèi)（t3-t4），Id

綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：（1）飽和非線性控制；（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)；（3）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。

4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的抗負(fù)載擾動仿真

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)一般來說具有比較滿意的動態(tài)性能。對于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動態(tài)性能是抗干擾性。主要是抗負(fù)載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動的性能。本文研究了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的抗負(fù)載擾動性能。

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的抗負(fù)載擾動結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，負(fù)載擾動作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來產(chǎn)生抗負(fù)載擾動的作用。

圖5 雙閉環(huán)調(diào)速抗負(fù)載擾動作用

本文研究了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的抗負(fù)載擾動性能，基于MATLAB/SIMULINK接線圖如圖6所示，無擾動信號、階躍擾動信號、正弦擾動信號作用下輸出轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果如圖7的（a）（b）（c）所示。

圖6雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的抗負(fù)載擾動接線圖

(a)無擾動信號

（b）階躍擾動信號

（c）正弦擾動信號

實驗結(jié)果表明，IdL改變時，負(fù)載擾動能較快的反映到被調(diào)量n上，從而得到調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)具有很好的抗負(fù)載擾動性能。小結(jié)

由雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抗負(fù)載擾動作用的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以看出，負(fù)載擾動作用在電流環(huán)之外，轉(zhuǎn)速環(huán)之內(nèi)，所以雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在抗擾動方面和單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)只能依靠轉(zhuǎn)速環(huán)來進(jìn)行抗擾調(diào)節(jié)。通過以上的仿真實驗，轉(zhuǎn)速環(huán)有效地抑制并消除了負(fù)載擾動的影響。

參考文獻(xiàn)：

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第四篇：實驗報告封面格式

現(xiàn)代產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計

實驗報告

班級：_________ 姓名：_________ 學(xué)號：_________ 成績：_________

第五篇：實驗報告封面格式

浙江科技學(xué)院 課程名稱：學(xué)

院：專 業(yè) 班：姓

名：學(xué)

號：指導(dǎo)教師：實驗報告

有機(jī)化學(xué)實驗

生物與化學(xué)工程學(xué)院

化工專升本131

戴世城

3130422044 俞遠(yuǎn)志

2013 年 月

日

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一溴丁烷的制備

-苯甲酸的合成乙酸乙酯的制備