数字加速控制设计实验
加速器磁铁电源数字化逻辑控制电路的设计
第28卷 第3期核电子学与探测技术V ol.28 N o.32008年 5月Nuclear Electr onics &Detection T echnolo gyM a y. 2008加速器磁铁电源数字化逻辑控制电路的设计龙锋利,胡 伟,程 健(中国科学院高能物理研究所中国科学院研究生院,北京 100049)摘要:加速器磁铁电源的逻辑保护和控制一般通过可编程逻辑控制器PL C 实现。
随着现代加速器技术的发展,电源的控制趋于全数字化,电源的逻辑控制可以综合至其数字控制芯片中得以实现,例如现场可编程门阵列F PGA 。
文章介绍了两种加速器磁铁电源数字化逻辑控制电路的设计方法,以F P -G A 作为控制器件,实现电源的逻辑保护和控制功能。
关键词:加速器磁铁电源,逻辑保护和控制,现场可编程门阵列中图分类号: T L50315 文献标识码: A 文章编号: 0258-0934(2008)03-0567-04收稿日期:2008-03-07作者简介:龙锋利(1977)),女,博士,主要从事加速器磁铁电源技术的研究北京正负电子对撞机(BEPC)的主磁铁电源采用了继电器进行逻辑保护和控制。
电源辅助回路和主回路的开/关控制及连锁保护等功能通过继电器逻辑实现。
由于继电器的抗干扰性、灵活性及使用寿命等多方面限制,BEPC 电源系统由于继电逻辑保护的故障维修占用了大量机时。
因此在BEPC 的重大改造工程BEP -CII 的主磁铁电源系统中,采用PLC 实现电源内部的逻辑控制及连锁保护。
PLC 的抗干扰能力强,且编程简单,控制灵活,广泛应用于加速器领域。
在BEPCII 的运行中,电源系统的内部逻辑控制功能运行完好,极大减少了电源运行的故障率。
随着现代加速器技术的发展,用全数字控制替代传统的模拟控制成为加速器电源技术的发展趋势。
近些年现场可编程门阵列(FPGA)的面貌正日新月异:逻辑单元不断增加,单位成本和功耗不断降低,设计的灵活性和快速转换能力不断提高;在单个FPGA 中,集成电源的调节器、控制接口及逻辑控制和连锁保护功能成为可行的解决方案[1]。
数字控制实验报告
一、实验目的1. 了解数字控制系统的基本原理和组成；2. 掌握数字控制系统的调试方法；3. 培养实际操作能力和分析问题、解决问题的能力。
二、实验原理数字控制系统是一种利用数字信号进行控制的系统，主要由控制器、执行器、被控对象和反馈环节组成。
本实验采用数字控制系统的基本原理，通过仿真软件进行系统设计、仿真和调试。
三、实验设备1. 电脑一台，装有仿真软件；2. 数字信号发生器一台；3. 数据采集器一台；4. 执行器一台。
四、实验内容1. 数字控制系统设计（1）确定控制系统的控制目标，如速度控制、位置控制等；（2）选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控制等；（3）设计控制器的参数，如比例、积分、微分等；（4）搭建数字控制系统模型。
2. 数字控制系统仿真（1）在仿真软件中搭建数字控制系统模型；（2）输入被控对象的数学模型和控制器参数；（3）设置仿真时间、步长等参数；（4）启动仿真，观察系统动态响应。
3. 数字控制系统调试（1）根据仿真结果，分析系统性能，如稳定性、快速性、超调量等；（2）调整控制器参数，优化系统性能；（3）重复仿真和调试过程，直至系统性能满足要求。
五、实验步骤1. 打开仿真软件，创建一个新的数字控制系统项目；2. 搭建数字控制系统模型，包括被控对象、控制器和反馈环节；3. 输入被控对象的数学模型和控制器参数；4. 设置仿真时间、步长等参数；5. 启动仿真，观察系统动态响应；6. 根据仿真结果，分析系统性能；7. 调整控制器参数，优化系统性能；8. 重复仿真和调试过程，直至系统性能满足要求；9. 完成实验报告。
六、实验结果与分析1. 系统动态响应在仿真过程中，观察到系统在输入信号作用下，输出信号逐渐稳定，无振荡现象，满足速度控制要求。
2. 系统性能分析根据仿真结果，系统稳定性良好，超调量较小，响应速度较快，满足位置控制要求。
3. 控制器参数优化通过调整控制器参数，优化系统性能。
在实验过程中，观察到比例、积分、微分参数对系统性能有显著影响，通过合理调整，使系统性能达到最佳。
数字pid控制算法的研究实验报告
数字pid控制算法的研究实验报告数字PID控制算法是一种常用的控制系统算法,能够通过对比例、积分和微分三个参数进行调整来控制系统的稳定性和精度。
本文将对数字PID控制算法的研究实验进行详细的描述。
实验设计本次实验采用一个控制器,其输出为闭环信号,被用于控制一个加速变量,以实现一个平稳的控制过程。
实验的具体步骤如下:1. 确定控制器的输出参数根据控制系统的实际需求,确定控制器的比例参数、积分参数和微分参数。
2. 建立实验模型将实验系统建模为阻尼比为1,反馈系数为0.8的系统。
其中,加速变量的幅值为0.1,根据实验结果,调整PID参数后可以使系统达到稳定的输出状态。
3. 进行实验将实验模型连接到控制器上,通过输入信号控制加速变量的幅值,实现控制系统的平稳输出。
通过仿真软件对实验过程进行模拟,记录实验的增益、响应时间和精度等指标。
4. 分析实验结果根据实验结果,对PID控制器的输出参数进行调整,以获得更好的控制效果。
同时,对不同参数组合的增益、响应时间和精度等指标进行分析,探究不同参数组合对控制效果的影响规律。
实验结果通过本次实验,得到以下实验结果:- 比例参数对控制效果的影响规律为:当比例参数增大时,控制增益增大,但响应时间变慢;当比例参数减小时,控制增益减小,但响应时间变快。
- 积分参数对控制效果的影响规律为:当积分参数增大时,控制增益减小,但控制稳定性好;当积分参数减小时,控制增益增大,但控制稳定性差。
- 微分参数对控制效果的影响规律为:当微分参数增大时,控制增益增大,但控制稳定性好;当微分参数减小时,控制增益减小,但控制稳定性差。
结论通过本次实验,可知数字PID控制算法在平稳控制过程中具有较好的效果,不同的参数组合可以影响控制效果的稳定性和精度,可以根据实际应用的需要调整PID控制器的参数,以实现更好的控制效果。
数字化实验简介
数字化实验简介数字化实验的特点概述数字化实验室（DIS）是一般由传感器、数据采集器、计算机及相关数据处理软件等构成的测量、采集、处理设备和与之配套的相应的实验仪器装备组成的实验室。
数字化实验室是信息技术与传统实验课程整合的重要载体。
基于传感器的计算机实时数据采集和基于计算机数据处理软件的计算机建模和图象分析等技术是开展中学物理探究教学的两大技术支撑，也是中学物理实验面向现代化，提升实验档次，加速实现中学教学向国际接轨的一条途径。
数字化实验室中数据采集系统的研制，在国外比较著名的有：美国PASCO公司的数据采集系统；英国Pico Technology公司的数据采集系统；德国Cobra 的数据采集系统；澳大利亚Dava Harvest公司的数据采集系统等；美国VERNIER 公司的数据采集系统。
国内生产的数据采集系统也开始增多，如浙江胜昔科技有限公司的ScienceDis ；山东远大的朗威DISLab；江苏艾迪生教育发展有限公司的EDISlab；北京友高教育科技有限公司的YOCO；南京金华科软件有限公司的JHKDIS等，不一而足。
笔者通过动手实践数字化实验，查阅文献资料，总结出数字化实验具有实验过程“可视化”；实验设计“重点化”；数据采集“智能化”；数据处理“智能化”；教学过程“现代化”的特点。
1．实验过程“可视化”实验过程可视化包括实验过程空间可视性和实验过程时间可视性。
这是学生学习物理过程分析，建立物理概念，理解物理规律的认知基础，是学会处理物理问题的关键所在。
物理实验中，空间上细微过程人眼难以观察，一般借助于显微镜可以实现细致的观察。
时间上细微过程难以捕捉，难以记录，是物理实验的一个难点，瞬间变化的可视化尤其是难点。
例如弹簧振子F-t、x-t关系，电容充、放电电流i-t关系，碰撞过程研究等等，这类实验以往一般只能定性讲述，或者用多媒体软件进行模拟演示。
怎样突破这个难点呢？传统的实验仪器由于人眼观察与手工记录的断续性，确实难解决这个问题。
数字运动控制技术实验报告
数字运动控制技术实验报告认识电气柜、低压电气设备、调速装置；调速装置的一些简单操作与认识；1、2、通过 Drive Moniter对调速装置进行监控。
3、第二部分实验原理1.6RA70系列直流调速装置目前，随着交流调速技术的发展，交流传动得到了迅猛的发展，但直流传动调速在诸多场合仍有着大量的应用。
随着计算机技术的发展，过去的模拟控制系统正在被数字控制系统所代替。
在带有微机的通用全数字直流调速装置中，在不改变硬件或改动很少的情况下，依靠软件支持，就可以方便地实现各种调节和控制功能，因而，通用全数字直流调速装置的可靠性和应用的灵活性明显优于模拟控制系统。
目前，以德国SIEMENS公司的6RA70系列通用全数字直流调速装置在中国的应用最为广泛。
SIEMENS 直流调速器：单机结构 6RA706RA70系列：SIMOREG DC-MASTER是全数字调速装置，它接到三相交流电网上，能调节直流调速系统的电枢和励磁。
在运行状态下，过载电流为装置铭牌上所标注的额定直流电流(最大的允许持续直流电流)的1.5倍。
最大过载持续时间不仅与过载电流的时间曲线有关，而且还与装置上一次过载情况有关，因装置而异。
SIMOREG DC-MASTER 以其高度运行可靠性和实用性在世界范围内的各个工业领域著称如：1.印刷机械主传动，2.在起重机行业中的行走机构和提升机构，电梯和缆车传动，3.在橡胶工业和造纸工业中的应用，4.在钢铁工业中的剪切传动，轧机传动，卷取机传动，5.模切机或薄膜机械和电动机，6.汽轮机或齿轮箱试验机的负载机械7.减轻主动系统和总线系统压力8.在许多场合下，不需要PLC9.接口被减少了10.较小的电缆和较高的抗干扰度11.开环和闭环控制已集成到系统中12.开放的分布系统方案13.工艺软件放入基本装置中-BICO技术。
速度控制回路设计与搭建实验报告
实验报告：速度控制回路设计与搭建1. 引言本实验旨在设计和搭建一个简单的速度控制回路，用于控制直流电动机的转速。
速度控制回路是工业和自动化领域中非常常见的应用，它可以通过调整电压或电流来控制电动机的转速。
在本实验中，我们将使用一个负反馈控制回路来实现速度控制。
2. 实验目标理解速度控制回路的基本原理和工作方式。
设计和搭建一个简单的速度控制回路。
测试回路的性能，并调整参数以实现期望的速度控制效果。
3. 实验材料和设备直流电动机直流电源电位器（用于调节参考电压）运算放大器（操作放大器）电阻、电容等元件示波器和数字万用表（用于测量和观察信号）4. 实验步骤步骤1：设计速度控制回路根据速度控制回路的原理，设计一个负反馈回路，使得输出信号与期望的转速信号进行比较，并根据比较结果调整输入电压。
步骤2：搭建电路按照设计图纸，搭建速度控制回路电路。
连接直流电动机和电源，并确保电路连接正确。
步骤3：设置参考电压使用电位器调节参考电压，这将成为与期望转速信号进行比较的输入信号。
步骤4：调试和测试将直流电机转速设定为一个特定值，并记录输入电压和实际转速之间的关系。
通过调整参考电压、增益等参数，尝试实现不同转速的控制效果。
测试回路的响应时间、稳定性和精度。
步骤5：实验结果分析分析实验数据，比较不同参数设置下的转速控制效果。
讨论回路的性能，包括响应时间、稳定性和误差。
5. 结论在本实验中，我们成功地设计和搭建了一个简单的速度控制回路，并通过调整参数实现了对直流电动机转速的控制。
回路表现出较好的稳定性和响应时间，但在某些参数设置下可能会出现较大误差。
进一步的优化和改进可以提高控制回路的性能。
6. 总结本实验对于理解速度控制回路的原理和设计方法具有重要意义。
通过实际搭建和测试，我们深入了解了回路的工作原理和性能特点。
通过不断优化和改进，可以将此回路应用于更复杂的工业控制系统中，实现更精确和稳定的速度控制效果。
参考文献[在这里列出您参考的任何资料或文献信息。
基于plc实现三相异步电动机七段速调速实验
基于PLC实现的三相异步电动机七段速调速实验学院：专业:学号:姓名:引言三相异步电动机的应用非常广泛，具有机构简单，效率高，控制方便，运行可靠，易于维修成本低的有点，几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域，在这些应用领域中,三相异步电动机运行的环境不同，所以造成其故障的发生也很频繁，所以要正确合理的利用它。
要合理的控制它。
这个系统的控制是采用PLC的编程语言--—-梯形图,梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能，使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路,可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令,并采用数字式，模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。
长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场,为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用，它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业，企业对自动化的需要。
进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术的迅猛发展，极大地推动了PLC的发展，使得PLC的功能日益增强，目前，在先进国家中,PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业，企业.由于PLC综合了计算机和自动化技术,所以它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平，它不但可以很容易的完成逻辑，顺序，定时，计数，数字运算，数据处理等功能,而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动化控制。
特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息，网络时代的到来,扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力,从而更广泛的运用于众多行业。
一、实验名称:基于PLC实现的三相异步电动机七段调速实验二、实验目的：1。
课程设计---数字测速系统设计
数字测速系统设计目录1.设计任务及指标 (3)1.1设计任务 (3)1.2设计要求 (3)2. 数字测速电路设计 (3)2.1系统框图 (3)2.2 二位数码管计数显示电路的设计 (4)2.3 锁存器电路的设计 (5)2.4 输入信号分频电路的设计 (6)2.5 清零信号电路的设计 (8)2.6 报警功能电路的设计 (8)2.7整形电路设计 (9)3.故障处理 (10)3.1故障一 (11)3.2故障二 (11)3.3故障三 (11)3.4故障四 (12)4. 实验数据和误差分析 (13)5. 课程设计的收获、体会和建议 (13)5.1收获及体会 (13)5.2实验建议 (13)6. 参考文献 (14)7. 附录 (15)附录A (15)附录B (15)1.设计任务及要求1.1 设计任务设计并制作测量电机转速的数字测速系统1.测量转速可达0—40转/秒；2.转速测量精度不得低于90度/秒；3.输出转速由数码管显示；4.低速报警（速度低于设定值时，启动蜂鸣器报警，速度升高到设定值以上时，自动关闭蜂鸣器）。
1.2 设计要求1. 画出电路原理图（或仿真电路图）；2. 元器件及参数选择；3. 编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。
2. 数字测速系统电路设计数字测速系统电路从原理上来说可分为几个部分：最基础的计数显示功能，计数的清零锁存，输入信号的分频，报警功能电路的实现，清零信号的设计，以及波形的整形。
设计时必须一步一步来，逐步检查错误，逐步实现功能，最后再进行所有部分的组合设计。
2.1系统框图：图1 系统框图2.2二位数码管计数显示电路的设计选择CD4511作为显示译码电路；选择LED数码管作为显示单元电路。
由CD4511把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。
这里的LED数码管是采用共阴的方法连接的。
计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码的形式输送到CD4511芯片，再由4511芯片把BCD码转变为七段数码送到数码管中显示出来。
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{
DDRA=0xff;//设置A端口为输出
DDRC=0xff;//设置C端口为输出
DDRD=0x00;//设置D端口为输出
PORTA=0x00;
PORTC=0xff;
PORTD=0函数===========
voidmain(void)
图2-3仿真电路3
2、程序流程图
3、软件主要程序及注解
#include<iom16v.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
ucharconstSEG7[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //数码管显示排列编码
1、安装windows xp操作系统的微型计算机1台
2、AVR单片机C语言集成开发环境ICCAVR6.31A
3、单片机仿真平台proteus7.5
4、AVR单片机下载软件progisp
5、AVR单片机实验板1套（含下载器）
四、实验过程原始记录
1、硬件仿真电路
（1）
图2-1仿真电路1
图2-2仿真电路2
{
uchar i,count=0;//清零计数器
port_init();//调用端口设置函数
while(1)
{
if((PIND&0x10)==0)
{if(count<99)count++;}
if((PIND&0x20)==0)
{if(count>0)count--;}
for(i=0;i<100;i++)
{
PORTC=ACT[0]; //选通个位数码管
PORTA=SEG7[count/10]; //显示count变量的个位
delay_ms(5);
PORTC=ACT[1];//选通十位数码管
PORTA=SEG7[count&10]; //显示count变量的十位
delay_ms(5);
//PORTC=ACT[2];//选通百位数码管
ucharconstACT[2]={0xfe,0xfd};
//=============================
voiddelay_ms(uint k)
{
uint i,j;
for(i=0;i<k;i++)
{
for(j=0;j<1145;j++);
}
}
//=============延时函数================
//PORTA=SEG7[count&100]; //显示count变量的百位
//delay_ms(5);
}
}
}
五、实验结果及分析
经过软件调试，发现整个系统能够按预先设定的方式工作，本次实验让我熟悉了并行接口的设置与应用，进一步熟悉编译软件和下载软件的使用，熟悉十进制数各位数字在数码管上显示的编程方法。
程序（有错误，需修改），以实现按键对数字的加减控制功能（因实验板上数码管与PC口的连
接方式和书本中的连接不一致，须修改源程序，具体见实验电路分析部分）。
2.假如需要控制0~999数字的加减控制，请重新设计一个程序实现该功能。
3.本实验的电路连接如下图所示1：
图1-1键控计数实验电路图
三、使用仪器设备及材料
2.进一步熟悉编译软件和下载软件的使用；
3.熟悉十进制数各位数字在数码管上显示的编程方法；
二、实验原理（或实验内容）
1.编一程序，实现如下功能：每按下一次S1键时，变量counter自动加1（0～99）；同
样每按下一次S2键时，变量counter自动减1（99～0）。可参考“0~99数字的加减控制”的
《电子与控制系统设计》实验报告
实验项目名称：0～99数字的加减控制
指导老师：元泽怀
完成时间：2015年9月29日
姓名：刘文开
班级：12电气一班
学号：201224122116
成绩：
电子信息与机电工程学院编制
实验
项目
0～99数字的加减控制
实验项目类型
验证
演示
综合
设计
其他
*
一、实验目的
1.熟悉并行接口的设置与应用；