实验指导书(7)-步进电机控制
实验八步进电机控制
一、实验目的
1、掌握PLC功能指令的用法
2、掌握用PLC控制步进电机的方法
二、实验器材
1. DICE-PLC01型可编程序控制器实验台/箱l台
2. 编程电缆l根
3. 连接导线若干
三、实验内容及步骤
1、步进电机的工作原理
步进电也称为脉冲电机，它可以直接接收来自计算机的数字脉冲，使电机旋转过
相应的角度。步进电机在要求快速启停，精确定位的场合做为执行部件，得到了广泛采
用。
四相步进电机的工作方式：
*单相四拍工作方式，其电机控制绕组A、B、C、D相的正转通电顺序为：
A→B→C→D→A；反转通电顺序为：A→D→C→B→A。
*四相八拍工作方式，正转的绕组通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CD→D→
DA→A；反向的通电顺序为：A→AD→D→DC→C→CB→B→BA→A。
*双四拍工作方式，正转的绕组通电顺序为：AB→BC→CD→DA→AB；反向的通
电顺序为：AB→AD→DC→CB→BA。
步进电机有如下特点：给步进脉冲电机就转，不给步进脉冲电机就不转；步进脉
冲的频率越高，步进电机转得越快；改变各相的通电方式，可以改变电机的运行方式；
改变通电顺序，可以控制电机的正、反转。
2、设计要求
（1）控制模块中的步进电机工作方式为四相八拍，电机的四相线圈分别用A、B、C、D表示，公共端已接地。
当电机正转时，其工作方式如下：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A。
当电机反转时，其工作方式如下：A→-AD→D→DC→C→CB→B→BA→A。
设计程序，要求能控制步进电机正反转，并能控制它的转速。
（2）设置以下控制按钮：启动、停止按钮；正、反转控制按钮；快速、慢速控制
按钮。步进电机的脉冲可用逐位移位指令循环移位来实现，其脉冲频率可通过控制逐位
移位指令的移位脉冲来调节，而移位脉冲可用两个定时器组合来完成，要改变脉冲频率，
只要改变定时器设定值即可。
（3）程序运行后，首先选择正、反转按钮，然后选择快、慢速按钮，最后按下“启
动”按钮，电机便会按照按钮的选择控制来工作。步进电机在工作过程中可实时改变电
机的转速、正反转，也可按下停止按钮结束电机的工作。
3、程序修改和讨论
（1）修改程序，改变步进电机的工作方式，上机调试通过；讨论步进电机的几种
工作方式有何区别？
（2）通过修改程序，改变步进电机工作的脉冲频率，即改变步进电机的转速，并
观察步进电机的工作情况？
（3）仔细阅读源程序，掌握如何控制步进电机的正反转，即改变各相的通电顺序，
在程序中如何实现？
3、确定输入、输出端口、并编写程序
4、编译程序，无误后下载至PLC主机的存储器中，并运行程序。
5、调试程序，直至符合设计要求。
6、参考程序（步进电机控制）及接线表
2
《模糊控制》实验指导书
《模糊控制》实验指导书李士勇沈毅周荻邱华洲袁丽英 实验名称： 实验地点： 指导教师： 联系电话： Harbin Institute of Technology 2005.3
模糊控制实验指导书 一、 实验目的 利用Matlab 软件实现模糊控制系统仿真实验，了解模糊控制的查询表方法和在线推理方法的基本原理及实现过程，并比较模糊控制和传统PID 控制的性能的差异。 二、 实验要求 设计一个二维模糊控制器分别控制一个一阶被控对象1 1 )(11+=s T s G 和二阶被控对象) 1)(1(1 )(212++= s T s T s G 。先用模糊控制器进行控制，然后改变控制对 象参数的大小，观察模糊控制的鲁棒性。为了进行对比，再设计PID 控制器，同样改变控制对象参数的大小，观察PID 控制的鲁棒性。也可以用其他语言编制模糊控制仿真程序。 三、 实验内容 （一）查询表式模糊控制器实验设计 查询表法是模糊控制中的最基本的方法，用这种方法实现模糊控制决策过程最终转化为一个根据模糊控制系统的误差和误差变化（模糊量）来查询控制量（模糊量）的方法。本实验利用了Matlab 仿真模块——直接查询表（Direct look-up table ）模块（在Simulink 下的Functions and Tables 模块下去查找），将模糊控制表中的数据输入给 Direct look-up table ，如图1所示。设定采样时间（例如选用0.01s ），在仿真中，通过逐步调整误差量化因子Ke ，误差变化的量化因子Kec 以及控制量比例因子Ku 的大小，来提高和改善模糊控制器的性能。
永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真实验指导书.doc
题目 1：永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真 一．实验目的 1．加深理解永磁同步电机矢量控制系统的工作原理 2．掌握永磁同步电机驱动系统仿真分析方法 二．实验要求： 1.永磁同步电机双闭环控制系统建模 2.电流控制器设计 3.电流环动态跟随性能仿真实验 4.转速控制器设计 5.转速环抗负载扰动性能仿真实验 6.给出仿真实验结果与理论分析结果的对比及结论 三．预习内容 注：以下所有找不到的器件均可以通过搜索框搜索 Simulink的启动在MATLAB中键入>>Simulink，进入Simulink library，2014 版本的可直接点击MATLAB界面上的 Simulink library，在Simulink界面上选择 File->New->Model 。如图 1 所示： 图 1 Simulink界面 在 Simulink一级标题下点击source 将 step( 阶跃函数 ) 拖入空白文件作为
转速给定，也可用两个ramp 函数相减，使转速缓慢达到预定转速，如图2： 图2 转速给定 在 Simulink一级标题下点击Ports & Subsystems 选择Subsystem 放入空白文件并双击，删除In1 和 Out1 的连线，如图 3： 图3 子函数模块 选择 Simulink>Continuous下的integrator、Simulink>discontinuous下的 Saturation、Simulink>math operation下的gain和Add，连好线后保存并返回，作为 PI 调节器，其中 saturation可设置上下限为100和-100，如图4：
步进电机控制技术综合实验-指导书2013-10
机械设计制造及其自动化专业实验 ——机电控制实验 步进电机控制技术综合实验 ————可编程控制器控制滑台的速度、位置 实验指导书 重庆理工大学 重庆汽车学院 实践教学及技能培训中心 2012年10月
学生实验守则 1．学生应按照实验教学计划和约定的时间，准时上实验课，不得迟到早退。 2．实验前认真阅读实验指导书，明确实验目的、步骤、原理，预习有关的理论知识，并接受实验教师的提问和检查。 3．进入实验室必须遵守实验室的规章制度。不得高声喧哗和打闹，不准抽烟、随地吐痰和乱丢杂物。 4．做实验时必须严格遵守仪器设备的操作规程，爱护仪器设备，服从实验教师和技术人员指导。未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其它物品。 5．实验中要细心观察，认真记录各种试验数据。不准敷衍，不准抄袭别组数据，不得擅自离开操作岗位。 6．实验时必须注意安全，防止人身和设备事故的发生。若出现事故，应立即切断电源，及时向指导教师报告，并保护现场，不得自行处理。 7．实验完毕，应主动清理实验现场。经指导教师检查仪器设备、工具、材料和实验记录后方可离开。 8．实验后要认真完成实验报告，包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表。在规定时间内交指导教师批改。 9．在实验过程中，由于不慎造成仪器设备、器皿、工具损坏者，应写出损坏情况报告，并接受检查，由领导根据情况进行处理。 10．凡违反操作规程，擅自动用与本实验无关的仪器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的，肇事者必须写出书面检查，视情节轻重和认识程度，按学院有关规定予以赔偿。 重庆理工大学
说明 1.同学可以登录学校的“实验选课系统”（从学校首页登陆：https://www.360docs.net/doc/3a13065903.html,或从数字 校园登录），自己进行实验项目的选择。希望同学们能在每个实验项目开放的时间内尽早进行实验预约（预约时间必须比实验上课时间提前3天），因为学生数量比较多，如果某实验项目开放的时间内同学未能进行实验预约，则错过该实验项目的实验机会，补做就要在该实验项目下一次开放时进行。 2.如有什么问题，同学可以拨打电话62563127联系张君老师。
智能控制系统matlab仿真
智能控制系统实验报告 ARMA 模型 ARMA(p,q)是一个线性时间序列预测模型，适用于平稳的时间序列，即对于任何时刻t ，都有()t E Z μ=,E(a t )=0.协方差矩阵(')t t E a a ∑=,对于任意0l ≠有(')0t t l E a a +=。 AR 模型 11t t p t p t Z Z Z νφφε--=++++ (0.1) 当误差项t ε自相关时，可以被有限阶滑动平均表示 11t t t q t q a a a ε--=+Θ++Θ (0.2) 这里t a 是零均白噪声，协方差矩阵a ∑非奇异。结合AR 过程和MA 误差项，得到ARMA 过程： 111111t t p t p t t p t p t t q t q Z Z Z Z Z a a a νφφενφφ------=++++=+++++Θ++Θ (0.3) 对于一个很大的阶数n ，AR(n)接近ARMA(p,q) 1 ()()n t t i t i i Z n Z a n -==+∑∏ (0.4) 从(0.4)得到残差的估计值 1??()()n t t i t i i a n Z n Z -==-∏∑ (0.5) 其中?()i n ∏利用多变量最小二乘法求解，然后使用估计值?()t a n 建立多变量回归模型 1111??t t p t p t t q t q Z Z Z a a a φφ----=++++Θ++Θ (0.6) 1111[,,:,.]()?()?()t t p t p q t t t q Z Z Z a n a n a n φφ----?? ?????? =ΘΘ+??????????? ? (0.7) (1:)0[,]T Z Y A =ΦΘ+ (0.8) 01[,,]T A a a = (0.9) 000'???()a A A n T ∑= (0.10) 最小二乘法求解公式，以AR(p)为例。
智能控制实验指导书
智能控制理论及应用 (实验指导书) 实验一模糊控制的理论基础实验 实验目的： 学习隶属函数编程；模糊矩阵合成运算编程；模糊推理运算编程。 1隶属函数编程 学习P39 例2-12 （以下为例程） 完成思考题P80 2-2 写出W及V两个模糊集的隶属函数，并绘出“非常老，很老，比较老，有点老”的四个隶属度函数仿真后的曲线。 %Membership function for old People clear all; close all; for k=1:1:1001 x(k)=(k-1)*0.10; if x(k)>=0&x(k)<50 y(k)=0; else y(k)=1/(1+(1/((x(k)-50)/5)^2)); end end plot(x,y,'k'); xlabel('X Years');ylabel('Degree of membership'); 2 模糊矩阵合成仿真程序 学习P31例2-10，仿真程序如下。 完成思考题P81 2-5，并对比手算结果。 clear all; close all; A=[0.2,0.8; 0.6,0.1]; B=[0.5,0.7; 0.1,0]; %Compound of A and B for i=1:2 for j=1:2 AB(i,j)=max(min(A(i,:),B(:,j)')) end end
3 模糊推理仿真程序 学习P47 例2-16，仿真程序如下。 完成思考题2-9，并对比手算结果。 clear all close all a=[1;0.5] b=[0.1;0.5;1] c=[0.2;1] for i=1:2 for j=1:3 ab(i,j)=min(a(i),b(j));%求出D end end t1=[]; for i=1:2 t1=[t1;ab(i,:)']; end %准备好DT; for i=1:6 for j=1:2 r(i,j)=min(t1(i),c(j)); end end %求出R a1=[0.8;0.1] b1=[0.5;0.2;0] for i=1:2 for j=1:3 ab1(i,j)=min(a1(i),b1(j)); %求出D1 end end t2=[]; for i=1:2 t2=[t2;ab1(i,:)']; end for i=1:6 for j=1:2 d(i,j)=min(t2(i),r(i,j)); c1(j)=max(d(:,j))； end end
电力电子技术及电机控制实验装置实验指导书(doc 61页)
电力电子技术及电机控制实验装置实验指导书(doc 61页)
电力电子技术实验指导书武夷学院机电工程学院
目录 第一章DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置简介 (1) 1-1 控制屏介绍及操作说明 (1) 1-2 DJK01电源控制屏 (1) 1-3 各挂件功能介绍 (4) 第二章电力电子及电机控制实验的基本要求和安全操作说明 (80) 1-1 实验的特点和要求 (81) 1-2 实验前的准备 (82) 1-3 实验实施 (83) 1-4 实验总结 (85) 1-5 实验安全操作规程 (87) 第三章电力电子技术实验 (89) 实验一 SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性实验 (89) 实验二锯齿波同步移相触发电路实验 (95) 实验三单相桥式半控整流电路实验 (100) 实验四直流斩波电路原理实验 (108) 实验五单相交流调压电路实验 (116) 实验六三相半波可控整流电路实验 (124) 1
第一章DJDK-1 型电力电子技术及电机控制实验装置简介 1-1 控制屏介绍及操作说明 一、特点 (1)实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合，故结构紧凑、使用方便、功能齐全、综合性能好，能在一套装置上完成《电力电子技术》、《自动控制系统》、《直流调速系统》、《交流调速系统》、《电机控制》及《控制理论》等课程所开设的主要实验项目。 (2)实验装置占地面积小，节约实验室用地，无需设置电源控制屏、电缆沟、水泥墩等，可减少基建投资；实验装置只需三相四线的电源即可投入使用，实验室建设周期短、见效快。 (3)实验机组容量小，耗电小，配置齐全；装置使用的电机经过特殊设计,其参数特性能模拟3KW 左右的通用实验机组。 (4)装置布局合理，外形美观，面板示意图明确、清晰、直观；实验连接线采用强、弱电分开的手枪式插头，两者不能互插，避免强电接入弱电设备， 1
伺服实训指导书
实训项目一：步进控制系统 一、实训目的： 练习步进驱动器、步进电机的应用，学会应用PLC去控制步进电机转动。 二、实训任务： 利用PLC作为上位机，控制步进电动机按一定的角度旋转。 控制要求：利用PLC控制步进电动机顺时针转2周，停5秒，逆时针转1周，停2秒，如此循环进行，按下停止按钮，电机马上停止。 三、相关知识： 了解步进电机的原理。 了解步进驱动器的原理。 四、实训设备： kinco（2M530）步进驱动器2套，步进电机2台，FX2N-60MT PLC1个，万用表、DC24V电源。PLC编程软件，计算机。螺丝刀，导线。 五、实训过程： 1、画出PLC、步进驱动器、步进电机之间的接线图，并安图接线。 图1-1 步进控制系统的接线原理图
- + 340欧姆 图1-2 控制信号输入电路 注意：如果控制信号电源电压为24V ，那么要串联2K Ω的限流电阻。 2、设置步进电机的细分数。在本实训中我们设置4细分。 DIP开关的正视图如下： 图1-3 DIP 开关分布图 在驱动器的顶部有一个红色的八位DIP 功能设定开关，可用来设定驱动器的工作方式和工作参数，使用前请务必注意。 表1-1 DIP 开关的功能
细分设定表如下： 表1-2 细分设置表 3、设置驱动器的输出电流。 输出相电流如表所示。因为驱动器可以输出多种电流等级，我们必须设置步进电机的额定电流大约等于步进电机的额定电流。在本次实训中设置驱动器的输出的电流为2A。 表1-3 驱动器输出电流设置表
4、写出PLC控制步进电机的控制程序。 控制要求：按下启动时，电机顺时针转2周，停5秒，然后逆时针转1周，停5秒，循环进行，按下停止按钮，电机马上停止。写出控制程序并进行调试。程序调试，观察步进电机是否按所设定的角度运行。 六、注意事项： 1、由于实训设备不够，要分组进行，所以第一组接好线后，后面的不要重新接线，只是检查线是否接对，但控制程序可以更改。 2、由于没有成套设备，要现场接线，所以每组进行时要注意用电安全。 七、评分标准。 八、思考题： 1、如电机在运行的过程中，如产生误差，因如何消除？
智能控制技术实验报告
《智能控制技术》实验报告书 学院： 专业： 学号： 姓名：
实验一：模糊控制与传统PID控制的性能比较 一、实验目的 通过本实验的学习，使学生了解传统PID控制、模糊控制等基本知识，掌握传统PID控制器设计、模糊控制器设计等知识，训练学生设计控制器的能力，培养他们利用MATLAB进行仿真的技能，为今后继续模糊控制理论研究以及控制仿真等学习奠定基础。 二、实验内容 本实验主要是设计一个典型环节的传统PID控制器以及模糊控制器，并对他们的控制性能进行比较。主要涉及自控原理、计算机仿真、智能控制、模糊控制等知识。 通常的工业过程可以等效成二阶系统加上一些典型的非线性环节，如死区、饱和、纯延迟等。这里，我们假设系统为：H(s)=20e0.02s/(1.6s2+4.4s+1) 控制执行机构具有0.07的死区和0.7的饱和区，取样时间间隔T=0.01。 设计系统的模糊控制，并与传统的PID控制的性能进行比较。 三、实验原理、方法和手段 1.实验原理： 1)对典型二阶环节，根据传统PID控制，设计PID控制器，选择合适的PID 控制器参数k p、k i、k d； 2)根据模糊控制规则，编写模糊控制器。 2.实验方法和手段： 1)在PID控制仿真中，经过仔细选择，我们取k p=5，k i=0.1，k d=0.001； 2)在模糊控制仿真中，我们取k e=60，k i=0.01，k d=2.5，k u=0.8； 3)模糊控制器的输出为：u= k u×fuzzy(k e×e, k d×e’)－k i×∫edt 其中积分项用于消除控制系统的稳态误差。 4)模糊控制规则如表1-1所示： 在MATLAB程序中，Nd用于表示系统的纯延迟（Nd=t d/T）,umin用于表示控制的死区电平，umax用于表示饱和电平。当Nd=0时，表示系统不存在纯延迟。 5)根据上述给定内容，编写PID控制器、模糊控制器的MATLAB仿真程序，
电机控制实验指导书
电机控制实验指导书 广东工业大学信息工程学院 2013.1
实验安全操作规程 为了顺利完成电力电子技术及电机控制实验，确保实验时人身安全与设备可靠运行要严格遵守如下安全操作规程： (1)在实验过程时，绝对不允许实验人员双手同时接到隔离变压器的两个输出端，将人体作为负载使用。 (2)为了提高学生的安全用电常识，任何接线和拆线都必须在切断主电源后方可进行。 (3)为了提高实验过程中的效率，学生独立完成接线或改接线路后，应仔细再次核对线路，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。 (4)如果在实验过程中发生过流告警，应仔细检查线路以及电位器的调节参数，确定无误后方能重新进行实验。 (5)在实验中应注意所接仪表的最大量程，选择合适的负载完成实验，以免损坏仪表、电源或负载。 (6)电源控制屏以及各挂件所用保险丝规格和型号是经我们反复实验选定的，不得私自改变其规格和型号，否则可能会引起不可预料的后果。 (7)在完成电流、转速闭环实验前一定要确保反馈极性是否正确，应构成负反馈，避免出现正反馈，造成过流。 (8)除作阶跃起动试验外，系统起动前负载电阻必须放在最大阻值，给定电位器必须退回至零位后，才允许合闸起动并慢慢增加给定，以免元件和设备过载损坏。 (9)在直流电机启动时，要先开励磁电源，后加电枢电压。在完成实验时，要先关电枢电压，再关励磁电源。
目录 实验安全操作规程........................................................................ 错误!未定义书签。目录............................................................................................ 错误!未定义书签。实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验.... 错误!未定义书签。实验二晶闸管直流调速系统主要单元的调试........................ 错误!未定义书签。实验三单闭环不可逆直流调速系统实验................................ 错误!未定义书签。实验四双闭环不可逆直流调速系统实验.............................. 错误!未定义书签。实验五逻辑无环流可逆直流调速系统实验.......................... 错误!未定义书签。实验六双闭环三相异步电机调压调速系统实验.................... 错误!未定义书签。实验七双闭环三相异步电机串级调速系统实验.................... 错误!未定义书签。
电机传动与控制实验指导书
实验一步进电机基本原理实验 一、实验目的 1、了解步进电动机的基本结构和工作原理。 2、掌握步进电机驱动程序的设计方法。 二、实验原理 步进电动机又称为脉冲电机，是工业过程控制和仪表中一种能够快速启动、反转和 制动的执行元件。其功能是将电脉冲转换为相应的角位移或直线位移。步进电动机的运 转是由电脉冲信号控制的，步进电动机的角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每给一 个脉冲，步进电机就转动一个角度（步距角）或前进/倒退一步。步进电机旋转的角度由 输入的电脉冲数确定，所以，也有人称步进电动机为一个数字/角度转换器。 当某一相绕阻通电时，对应的磁极产生磁场，并与转子形成磁路，这时，如果定子 和转子的小齿没有对齐，在磁场的作用下，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点， 转子将转动一定的角度，使转子与定子的齿相互对齐，由此可见，错齿是促使电机旋转 的原因。 四相步进电动机以四相单四拍、四相双四拍、四相八拍方式工作时的脉冲分配表如 表1，表2和表3 表1 四相单四拍脉冲分配表表2 四相双四拍脉冲分配表 时，若用手旋转它，感觉很难转动。
三、实验步骤： 1.将DRYDC-A型运动控制台的电源线和串行通信接口线连接好。 2.打开DRMU-ME-B综合实验台的电源总开关，开关电源的开关，采集仪开关。 启动硬件设备。 3.打开计算机，从桌面或程序组运行DRLink主程序，然后点击DRLink快捷 工具条上的“联机注册”图标，选择“DRLink采集主卡检测”进行注册。 没有使用信号采集主卡的用户可选择：“局域网服务器”进行注册，此时，必需在对话框中填入DRLink服务器的主机IP地址。 4.点击DRLink快捷工具条上“文件夹”图标，出现文件选择对话框，在实验 目录中选择“步进电机基本原理”实验，并启动该实验。 5.点击该实验脚本中的“开关”按钮，向运动控制卡下载实验程序。 6.本实验中先做步进电机的驱动实验：选择运行方式为“连续驱动”，依次选 择步进电机的工作方式为：四相单四拍、四相双四拍、四相八拍；方向可以是任意的；脉冲间隔参数可用5～10ms。点“电机驱动”按钮，驱动电机工作。观察电机的工作情况。（对于四相八拍的工作方式，脉冲间隔最小可以到2ms）终止电机运行请在运行方式中选择“停止保持”或“停止不保持”。 7.步进电机的自锁实验：运行方式选择“停止保持”，其它参数不变，点“电 机驱动”按钮。可以使步进电机某相通电，处于“自锁”状态。此时，用手转动电机的皮带轮，可以感到转动比较困难。 8.步进电机的步距角演示：运行方式选择“单步驱动”，点“电机驱动”按钮。 每点击一次“电机驱动”按钮，步进电机旋转一个角度，这个角度就是步距角。对于本实验台步距角为1.8o。 除了可以使用DRLink平台下的实验脚本进行本实验外，还可以使用C-51的C语言程序进行本实验。本运动控制平台在内部使用了DRMC-A型运动控制卡，其CPU是ADUC842，关于ADUC842的硬件的详细信息，请参考我们提供的pdf 文档。在DRMC-A型运动控制台，步进电机的端口地址：0x8000，用低4位表示电机的4相，1表示发送脉冲，0表示空。根据步进电机的工作方式的脉冲分配表（表1～3），逐步向端口的低4位写入0和1就可以了。具体的程序请参考StepMotor1.c～StepMotor5.c。在生成执行代码后，按运动控制台的“PRG”+“RST”按钮后，使用Windows Serial Downloader将执行程序下载到单片机内。 四、实验报告要求 1.简述步进电机的工作原理。 2.简述步进电机的四相八拍工作方式的优、缺点。 五、思考题 根据四相双四拍脉冲分配表（表2），参考StepMotor1.c，设计四相双四拍工作
智能控制实验
智能控制实验 姓名： 学号： 专业:控制理论与控制工程 代课老师： 日期：
实验目的： 1、通过实验进一步了解MATLAB软件的编程环境，学习编程技巧。 2、学习搜索相关论文，提高分析论文，找寻切入点的能力。 3、学习并掌握与计算机控制系统相关的控制算法。 实验内容： 1、专家PID控制系统Matlab仿真 2、模糊PID控制系统Matlab仿真 3、神经网络PID控制系统MATLAB仿真 前言 PID控制是最早发展起来的控制策略之一，在经典控制论证扮演重要角色，尽管当下各种智能控制层出不穷，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业控制过程，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。而实际工业生产过程中往往具有非线性，时变不确定性，因而难以建立精确的数学模型，应用常规PID控制器不能达到到理想的控制效果，在实际生产过程中，由于受到参数整定方法繁杂的困扰，常规PID控制器参数往往整定不良，性能欠佳，对运行工况的适应性很差。因此常规PID控制的应用受到很大的限制和挑战。人们对PID应用的同时，也对其进行各种改进，主要体现在两个方面：一是对常规PID本身结构的改进，即变结构PID控制。另一方面，与模糊控制、神经网络控制和专家控制相结合，扬长避短，发挥各自的优势，形成所谓智能PID控制。使其具有不依赖系统精确数学模型的特点，对系统参数变化具有较好的鲁棒性。主要算法有:
基于规则的智能PID 自学习控制算法、加辨识信号的智能自整定PID 控制算法、专家式智能自整定PID 控制算法、模糊PID 控制算法、基于神经网络的PID 控制算法、自适应PID 预测智能控制算法和单神经元自适应PID 智能控制等多种控制算法。 结合具体实例，借助MATLAB 软件将专家PID 、模糊PID 以及神经网络PID 的设计程序M 文件自定义为一个函数，然后设计一个GUI 图形用户界面分别调用各自函数便于对比比较，易于操作。观察各自控制效果，并作分析。 假设一个速度控制器的传递函数为： 32523500 ()87.3510470G s s s s = ++ 输入信号为阶跃信号，取采样时间为1ms ，分别采用专家PID 、模糊PID 、神经网络PID 算法绘制阶跃响应曲线以及误差响应曲线。 一、实验原理： （一）、专家控制(Expert Control)的实质是基于受控对象和控制规律的各种知识，并以智能的方式利用这些知识来设计控制器。利用专家经验来设计PID 参数便构成专家PID 控制。基于模式识别的专家式PID 参数自整定控制器，不必要精确的辨识被控对象的数学模型，也不必要对被控过程加任何的激励信号就可以对PID 参数进行自整定。由它构成的控制系统运行稳定、有效、可靠。一般地，专家系统由专家知识库、数据库和逻辑推理机三个部分构成。专家知识库中己经把熟练操作工和专家的经验和知识，构成PID 参数选择手册，它记录了各种工况下被控对象特性所对应的P 、I 、D 参数，数据库根据被控对象的
过程控制系统实验指导书
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
控制电机实验指导书
安徽工程大学 《控制电机》课程实验指导书 专业：自动化 安徽工程大学电气工程学院 2013年12月
目录 步进电动机使用说明 (2) 实验一步进电动机（2学时） (5) 实验二交流伺服机电动机（2学时） (10)
步进电动机说明 步进电动机又称脉冲电机，是数字控制系统中的一种重要的执行元件，它是将电脉冲信号变换成转角或转速的执行电动机，其角位移量与输入电脉冲数成正比；其转速与电脉冲的频率成正比。在负载能力范围内，这些关系将不受电源电压、负载、环境、温度等因素的影响，还可在很宽的范围内实现调速，快速启动、制动和反转。随着数字技术和电子计算机的发展，使步进电机的控制更加简便、灵活和智能化。现已广泛用于各种数控机床、绘图机、自动化仪表、计算机外设，数、模变换等数字控制系统中作为元件。 一、使用说明 D54步进电机实验装置由步进电机智能控制箱和实验装置两部分构成。 （一）步进电机智能控制箱 本控制箱用以控制步进电机的各种运行方式，它的控制功能是由单片机来实现的。通过键盘的操作和不同的显示方式来确定步进电机的运行状况。 本控制箱可适用于三相、四相、五相步进电动机各种运行方式的控制。 因实验装置仅提供三相反应式步进电动机，故控制箱只提供三相步进电动机的驱动电源，面板上也只装有三相步进电动机的绕组接口。 1、面板示意图（见附录） 2、技术指标 功能：能实现单步运行、连续运行和预置数运行；能实现单拍、双拍及电机的可逆运行。 电脉冲频率：5Hz～1KHz 工作条件：供电电源AC220V±10%，50Hz 环境温度-5℃～40℃ 相对湿度≥80% 重量：6kg 尺寸：390×200×230mm3 3、使用说明 (1)开启电源开关，面板上的三位数字频率计将显示“000”；由六位LED数码管组成的步 进电机运行状态显示器自动进入 “9999→8888→7777→6666→5555→4444→3333→2222→1111→0000”动态自检过程，而 后停显在系统的初态“┤.3”。 (2)控制键盘功能说明 设置键：手动单步运行方式和连续运行各方式的选择。
沈阳SCARA机器人实验指导书
SCARA机器人实验指导书哈尔滨科利达智能控制技术有限公司
SCAR/教学机器人简介 KLD—400教学机器人有3个旋转关节，其轴线相互平 行，在平面内进行定位和定向。另一个关节是移动关节，用于完 成末端件在垂直平面的运动。手腕参考点的位置由两旋转关节的 角位移①1和①2,及移动关节的位移Z决定的，即P= f（①1,①2, Z）, SCARA教学机器人为平面关节型机器人，本机器人采用 伺服电机和步进电机驱动，控制简单，编程方便， KLD—400 教学机器人是专为满足高等院校机电一体化、自动控制等专业 进行机电及控制课程教学实验需要和相关工业机器人应用培训 需要而最新开发的四自由度机器人，它是一个多输入多输出的动 力学复杂系统，是进行控制系统设计的理想平台；它具有高度的 能动性和灵活性，具有广阔的可达空间，是进行运动规划和编程系统设计的理想对象。除教学和培训外，KLD—400还可用于细小零件的搬运和电子元件的装配等工业作业。 系统特点 ?机构采用平面关节型（SCAR）结构，按工业标准要求设计，速度快、柔性好； ?采用交流伺服电机和谐波减速器等，模块化结构，简单、紧凑，完全满足实验的要求； ； ?控制系统采用Windows系列操作系统，二次开发方便、快捷，适于教学实验 ?提供通用机器人语言编程系统，可通过图形示教自动生成机器人语言等程序； ?提供实验教材，内容涵盖机器人运动学、动力学、控制系统的设计、机器人轨迹规划等。用户可以从中选择相关内容满足不同层次的教学实验需要。 ?性价比高；适于在高等院校大范围推广。 系统配置 ?硬件平台：KLD—400系列伺服运动控制器和微机平台（PC用户自备,带 ISA插槽） ?软件平台：1）Windows操作系统；2）KLD—400机器人图形示教软件 技术参数 结构形式平面关节式（SCARAB） 负载能力1kg 运动精度（脉冲当量/转）关节112800 关节212800 关节3800pulse/mm 关节41600 未端重复定位精度± 0.1mm 每轴最大运动范围关节10~270° 关节20~200° 关节30~60mm 关节40~345°
实验指导书(7)-步进电机控制
实验七步进电机控制 一、实验目的 1、掌握PLC功能指令的用法 2、掌握用PLC控制步进电机的方法 二、实验器材 1. DICE-PLC01型可编程序控制器实验台/箱l台 2. 编程电缆l根 3. 连接导线若干 三、实验内容及步骤 1、步进电机的工作原理 步进电也称为脉冲电机，它可以直接接收来自计算机的数字脉冲，使电机旋转过 相应的角度。步进电机在要求快速启停，精确定位的场合做为执行部件，得到了广泛采 用。 四相步进电机的工作方式： *单相四拍工作方式，其电机控制绕组A、B、C、D相的正转通电顺序为： A→B→C→D→A；反转通电顺序为：A→D→C→B→A。 *四相八拍工作方式，正转的绕组通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CD→D→ DA→A；反向的通电顺序为：A→AD→D→DC→C→CB→B→BA→A。 *双四拍工作方式，正转的绕组通电顺序为：AB→BC→CD→DA→AB；反向的通 电顺序为：AB→AD→DC→CB→BA。 步进电机有如下特点：给步进脉冲电机就转，不给步进脉冲电机就不转；步进脉 冲的频率越高，步进电机转得越快；改变各相的通电方式，可以改变电机的运行方式； 改变通电顺序，可以控制电机的正、反转。 2、设计要求 （1）控制模块中的步进电机工作方式为四相八拍，电机的四相线圈分别用A、B、C、D表示，公共端已接地。 当电机正转时，其工作方式如下：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A。 当电机反转时，其工作方式如下：A→-AD→D→DC→C→CB→B→BA→A。 设计程序，要求能控制步进电机正反转，并能控制它的转速。 （2）设置以下控制按钮：启动、停止按钮；正、反转控制按钮；快速、慢速控制 按钮。步进电机的脉冲可用逐位移位指令循环移位来实现，其脉冲频率可通过控制逐位 移位指令的移位脉冲来调节，而移位脉冲可用两个定时器组合来完成，要改变脉冲频率， 只要改变定时器设定值即可。 （3）程序运行后，首先选择正、反转按钮，然后选择快、慢速按钮，最后按下“启 动”按钮，电机便会按照按钮的选择控制来工作。步进电机在工作过程中可实时改变电 机的转速、正反转，也可按下停止按钮结束电机的工作。 3、程序修改和讨论 （1）修改程序，改变步进电机的工作方式，上机调试通过；讨论步进电机的几种 工作方式有何区别？ （2）通过修改程序，改变步进电机工作的脉冲频率，即改变步进电机的转速，并 观察步进电机的工作情况？ （3）仔细阅读源程序，掌握如何控制步进电机的正反转，即改变各相的通电顺序， 在程序中如何实现？
同济智能控制实验报告 基于BP神经网络的自整定PID控制仿真
同济大学电子与信息工程学院实验报告 姓名：学号： 学院：专业： 实验课程名称： 任课教师： 实验项目名称：基于BP神经网络的自整定PID控制仿真实验日期：
一、实验内容： 1.熟悉神经网络的特征、结构及学习算法。 2.通过实验掌握神经网络自整定PID的工作原理。 3.了解神经网络的结构对控制结果的影响。 4.掌握用MATLAB实现实现神经网络控制系统仿真的方法。 二、实验步骤及结果演示 1.实验步骤： （1）被控对象为一时变非线性对象，数学模型可表示为 式中系数a(k)是慢时变的， （2）如图5所示确定BP网络的结构，选4-5-3型的BP网络，各层加权系数的初值取区间[-0.5,0.5]上的随机数，选定学习率η=0.25和惯性系数α=0.05. （3）在MATLAB下依据整定原理编写仿真程序并调试。 （4）给定输入为阶跃信号，运行程序，记录实验数据和控制曲线。 （5）修改神经网络参数，如学习速率、隐含层神经元个数等，重复步骤（4）。 （6）分析数据和控制曲线。 图5 BP神经网络结构
2.结果展示： （1）实验代码： xite=0.25; alfa=0.02; IN=4; H=10; Out=3; wi=[ 0.4634 -0.4173 0.3190 0.4563; 0.1839 0.3021 0.1112 0.3395; -0.3182 0.0470 0.0850 -0.0722; -0.6266 0.0846 0.3751 -0.6900; -0.3224 0.1440 -0.2873 -0.0193; -0.0232 -0.0992 0.2636 0.2011; -0.4502 -0.2928 0.0062 -0.5640; -0.1975 -0.1332 0.1981 0.0422; 0.0521 0.0673 -0.5546 -0.4830; -0.6016 -0.4097 0.0338 -0.1503]; wi_1=wi;wi_2=wi;wi_3=wi; wo=[ -0.1620 0.3674 0.1959; -0.0337 -0.1563 -0.1454; 0.0898 0.7239 0.7605; 0.3349 0.7683 0.4714; 0.0215 0.5896 0.7143; -0.0914 0.4666 0.0771; 0.4270 0.2436 0.7026; 0.0215 0.4400 0.1121; 0.2566 0.2486 0.4857; 0.0198 0.4970 0.6450 ]'; wo_1=wo;wo_2=wo;wo_3=wo; x=[0,0,0]; u_1=0;u_2=0;u_3=0;u_4=0;u_5=0; y_1=0;y_2=0;y_3=0; oh=zeros(H,1); I=oh; error_2=0; error_1=0; ts=0.001; for k=1:1:6000 time(k)=k*ts; rin(k)=1; a(k)=1.2*(1-0.8*exp(-0.1*k));
自动化过程控制实验指导书
一、过程控制仪表认识实验 一、实验目的 1、熟悉装置的具体结构、明确各部件的作用。 2、掌握常用传感器的工作原理及使用方法。 二、实验内容 1、水箱 本装置包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱，上、中、下三个水箱都有三个槽，分别是缓冲槽、工作槽和溢流槽。实验时，水流首先进入缓冲槽（可减小水流对工作槽的冲击），当缓冲槽中注满水时，水流便溢出到工作槽。 整个装置的管道都采用铝塑管，以防止阀门生锈。 打开储水箱后的小球阀可排出水箱中的水，另外还可排出空气，以防抽不上水。 2、微型锅炉、纯滞后系统、热电阻 本装置采用锅炉进行温度实验，锅炉用不锈钢材料制作，共有四层，从内向外依次是加热层、冷却层、溢流层和纯滞后管道层（盘管长达20米）。 热电阻为Pt100，三线制工作。 温度变送器内部已有内置电源，不能再接外加电源。 系统用2Kw的加热丝进行加热，并采用可控硅移相触发模块（移相触发角与输入电流成正比），本模块输入为4—20mA的标准电流，输出为380V的交流电。 3、液位传感器 本装置采用扩散硅压力变送器（不锈钢隔离膜片），标准二线制进行传输，因此工作时需要串接24V电源。 压力变送器通电15分钟后，方可调整零点和量程。使用的原则是：没通电，不加压；先卸压，再断电。 零点调整：在水箱液位为零时，调整输出电流表的读数为4mA。 满量程调整：在水箱加满水时，调整输出电流表的读数为20mA。
调整的原则是：先调零点，再调满量程，要反复多次调整（满量程调整后会影响零点）。 4、电动调节阀 采用德国PS公司生产的PSL 202型智能电动调节阀。调节阀由220V50HZ电源供电。工作环境温度为-20—70摄氏度，输入信号为4—20mA的控制信号，输出信号为4—20mA 的阀位信号。 5、变频器 采用日本三菱FR-S520变频器，内控为0—50HZ，外控为4—20mA，可通过控制屏上的双掷开关进行切换。 内控：上电时，EXT灯先亮，开关打到内控，Run灯亮，开始内控变频控制水泵。 外控：开关打到外控，按PU/EXT键，使EXT灯亮，按Run运行，按Stop停运。 内外控切换时，要注意按键和开关配合使用。 6、水泵 采用丹麦格兰富水泵，扬程高达10米，噪音很低。 7、流量计 流量计由流量传感器和转换器组成。 采用LDS-10S型电磁流量传感器，其流量为0—0.3立方米/秒，压力为1.6Mpa，4—20mA 标准输出，可与显示、记录仪表、积算器配套，避免了涡轮流量计非线性与死区大的缺点。 转换器采用LDZ-4型电磁流量转换器。 它为内置电源。 8、调节器 采用上海万迅公司的AI全通用人工智能调节器。708型为模糊控制器，818型为PID 控制器。 输入为1、2端子，输入为1—5V。 输出为7、8端子，输出为4—20mA。 主要功能是：接受反馈信号Vi，与给定Vs进行比较，得到偏差，并对偏差进行PID连续运算，通过改变PID参数，可改变控制作用。
《电机与拖动基础》实验指导书
电机系统教学实验台使用说明 概述 ＭEL—Ⅰ型电机系统教学实验台总体外观结构如图1所示。图中序号5为涡流测功机及其导轨,序号8为安装在电机工作台上得被试电机。被试电机可以根据不同得实验内容进行更换。为了实验时机组安装方便与快速得要求,实验台得各类电机均设计成相同得中心高。同时,各电机得底脚采用了与普通电机不同得特殊结构形式。在机组安装时，将各电机之间通过联轴器同轴联结,被试电机得底脚安放在电机工作台得导轨上,只要旋紧两只底脚螺钉，不需做任何调整,就能准确保证各电机之间同心度，达到快速安装得目得。当测量被试电动机输出转矩时,可从序号4得测功机力矩显示窗中直接读取。被试电机得转速就是通过与测功机同轴联接得直流测速发电机来测量得。转速高低可以从图4得转速表直接读取。 图１电机系统教学实验台总体外观 序号2为电源控制屏,通过调压器输出单相或三相连续可调得交流电源。 序号1为仪表屏,根据用户得需要配置指针式与数字式表。
序号3为实验桌,内可放置各种组件及电机,桌面上放置测功机及导轨。 序号６为实验时所需得仪表,可调电阻器,可调电抗器与开关箱等组件。这些组件在 实验台上可任意移动。组件内容可以根据实验要求进行搭配。 第一章主要结构部件 2.电压表。可指示实验台输入得电压与交流电源输出得线电压,通过指针表旁边得开关切换。 3.三相主电源U、Ｖ、W输出。 4．保险丝座。３只3A保险丝分别就是u、v、w三相电源输出得保险丝，进行电源得短路保护,一旦电网电压对称输入,而电源输出不对称,则有可能烧毁保险丝。 5.调压器。 三相调压器得容量为１、5KVＡ,线电压0～４３０V连续可调,为了保证实验者得实验,电网与三相调压器之间接有隔离变压器或漏电保护器。三相调压器可调节单相或三相电压输出。当沿逆时针旋到底输出电压最小，改变旋钮位置,即可调节输出交流电源电压得大小。 6．主电源控制开关。当按下此开关时，红灯灭绿灯亮，主电路接触器闭合,U、V、W输出交流电。
机电传动控制实验指导书(最新)
机电传动控制实验指导书 实验一、继电—接触器控制三相异步电动机 一、实验目的 1．熟悉继电—接触器断续控制系统的电路原理图、元件布局图和接线图的读图方式；2．掌握三相异步电动机主回路和控制回路的接线方法； 3．了解继电—接触器断续控制电路的组成 二、实验使用仪器、设备 1．DB电工实验台； 2．三相异步电动机二台； 3．万用表一台； 4．专用连接线一套。 三、实验要求 实现三相异步电动机的正、反转、点动、互锁、连锁控制。满足以下具体要求： (1) M1可以正、反向点动调整控制； (2) M1正向起动之后，才能起动M2； (3) 停车时，M2停止后，才能停M1； (4) 具有短路和过载保护； (5) 画出主电路和控制电路。 四、实验参考电路
五、实验步骤 1．按布局图要求将各元器件定位； 2．按接线图要求，以正确的规格电线连接各器件；3．按接线图要求，连接电动机的定子线圈； 4．自查并互查连接线； 5．合上电源，调试电路； 6．观察电动机的运行情况。 六、实验注意事项 1．操作前切断总电源； 2．接线完毕，必须检查接线情况，并做好记录；3．在指导老师认可后，方能接通电源。 七、思考题 1．熔断器与热继电器可否省去其中任何一个？为什么？2．熔断器与热继电器的规格可否随意选择？为什么？3．连接电线的规格可否随意选择？为什么？ 4．交流接触器可否带直流负载？为什么？
实验二、PLC控制三相异步电动机 一、实验目的 1．了解PLC——AC电动机断续控制系统的电路原理图、元件布局图和接线图的读图方式；2．掌握继电—接触器逻辑电路与PLC梯形图的转换方式； 3．熟悉PLC控制系统的接线方法； 3．了解PLC断续控制电路的组成。 二、实验使用仪器、设备 1．PLC模拟实验台； 2．三相异步电动机二台； 3．万用表一台； 4．专用连接线一套。 三、实验要求 实现PLC对三相异步电动机的正、反转、点动、互锁、连锁控制。满足以下具体要求： (1) M1可以正、反向点动调整控制； (2) M1正向起动之后，延时5分钟再可起动M2； (3) 停车时，M2停止后，延时2分钟再可停M1； (4) 主电路同实验一。 四、实验参考电路与梯形图 1．电路