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文檔簡(jiǎn)介

(IE工業(yè)工程)自控理論實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)(LABVIEW 概 實(shí)驗(yàn) 典型環(huán)節(jié)的電路模擬與軟件仿真研 實(shí)驗(yàn) 典型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性分 實(shí)驗(yàn) 典型環(huán)節(jié)(或系統(tǒng))的頻率特性 實(shí)驗(yàn) 線性系統(tǒng)串聯(lián)校 實(shí)驗(yàn) 典型非線性環(huán)節(jié)的靜態(tài)特 實(shí)驗(yàn) 非線性系統(tǒng)相平面 實(shí)驗(yàn) 非線性系統(tǒng)描述函數(shù) 實(shí)驗(yàn) 極點(diǎn)配置全狀態(tài)反饋控 實(shí)驗(yàn) 采樣控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性分析的混合仿真研 實(shí)驗(yàn) 采樣控制系統(tǒng)串聯(lián)校正的混合仿真研 實(shí)驗(yàn) 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制實(shí) 實(shí)驗(yàn) 溫度控制實(shí) 實(shí)驗(yàn) 水箱液位控制實(shí) 概 安裝指南及系統(tǒng)要 功能使用說(shuō) 使用實(shí) 教學(xué)實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行靈活組合,構(gòu)成各種典型環(huán)節(jié)與系統(tǒng)。此外,ACCT-01APC(含實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上位機(jī)軟件、ACCC-IUSB2.0USBPCACCC-IACCC-IACCT-01AACCT-02——電機(jī)轉(zhuǎn)速與溫度控制、ACCT-033U3U5~U7U8~U1615(1)U5、U6U5,U6,U7U6U7驗(yàn)時(shí)通常用作反號(hào)器。U9~U16典型環(huán)節(jié)(或系統(tǒng))U9~U16G(運(yùn)放構(gòu)成環(huán)節(jié)中不含電容或輸入信號(hào)為正弦波時(shí)G15VU3G1;PCO2GU3G2。鎖零主要用于對(duì)電容充電后需要放電的場(chǎng)合,一般不需要鎖零。ai,bjbm

mn(PD)環(huán)節(jié)的軟件仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)就會(huì)遇到此問(wèn)題,因?yàn)榇藭r(shí)W

ω<200/sec,5ms。本采集設(shè)備的上位機(jī)軟件,A/DD/A8A/D,2D/A8A/D出或同時(shí)輸入。I1、I2A/D,I3、I4A/D,I5、I6A/DI7、I8A/DA/D,I1、I3、I5、I7A/DA/DD/A實(shí)驗(yàn) 典型環(huán)節(jié)的電路模擬與軟件仿真研測(cè)試信號(hào)對(duì)運(yùn)放鎖零的要求。在輸入階躍信號(hào)時(shí),除比例環(huán)節(jié)運(yùn)放可不鎖零(G15V)也可鎖UiU3D/AO1,UoU3A/DI1,將運(yùn)放的GU3G1,U3USB2.0A/DI1D/AO1D/AO1A/D③進(jìn)入實(shí)驗(yàn)?zāi)J胶螅葘?duì)顯示模式進(jìn)行設(shè)置:選擇“X-t“T/DIV”1s/1HZ“測(cè)試信號(hào)”為“周期階躍信號(hào),選擇“占空比”為50%,選擇“T/DIV”為“1000ms, “3V,“0外,對(duì)其它環(huán)節(jié)和系統(tǒng)都必須考慮環(huán)節(jié)或系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù),如仍選擇“輸入波形占空比”為50%,1.1.11.1.21.1.3KR1R0=100k,R1=200k,R=10kUo圖圖積分(I)1.2.11.2.21.2.3所示,于是TR0=100k,C=1uF,R=10kUoRo圖 1.3.11.3.21.3.3KR1,TR0=200k,R1=200k,C=1uF,R=10k

UOK(11.4.11.4.2(PD1

R

=1K,C=10uF,R=10k

Uo圖RRRR圖對(duì)應(yīng)理想的和實(shí)際的比例微分(PD)1.4.3a1.4.3b圖

圖PD

(供軟件仿真參考 UO

1.5.11.5.21.5.3K□R1,TRCR=200k,R=200k,C=1uF,R=10k 圖Uo圖

示。其模擬電路是近似的(PID,取R□□RRPID KR1,TRC,TR1R2CR=200k,R=100k,R=10k,R=1k,C 01

=10uF,R=10k

R

CR RR

o

圖對(duì)應(yīng)理想的和實(shí)際的比例積分微分(PID)1.6.3a1.6.3bPID

R

(供軟件仿真參考 實(shí)驗(yàn) 典型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性分2.1.12.1.2,設(shè)計(jì)并連接由一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成的二階閉環(huán)系統(tǒng)的模擬電路(73,這里不再贅述。T2.1.1G)□

圖□W)□ ,其中,

□n

圖究不同參數(shù)特征下的時(shí)域響應(yīng)。2.1.3a,2.1.3b,2.1.3cc

圖2.2.1 TTG)□

R圖該系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為H)□

,K500Rx,,RxK系統(tǒng)穩(wěn) 系統(tǒng)臨界穩(wěn) 系統(tǒng)不穩(wěn) KRxRx220KRxK2K,2.2.3a、2.2.3b2.2.3cccc圖

cc圖實(shí)驗(yàn) 典型環(huán)節(jié)(或系統(tǒng))的頻率特性測(cè)學(xué)習(xí)和掌握測(cè)量典型環(huán)節(jié)(或系統(tǒng))一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)”的模擬電路(U9+U11。UiU3D/AO1O2,UoU3A/DI1O1)A/DI2(USBO1④完成實(shí)驗(yàn)設(shè)置后,點(diǎn)擊“下載數(shù)據(jù)”按鈕,將設(shè)置的測(cè)試信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。然后點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)界面右下角的“Start”按鈕來(lái)啟動(dòng)頻率特性測(cè)試。測(cè)試程序?qū)?huì)從低頻率計(jì)算到高頻,界面右下角有個(gè)測(cè)試進(jìn)度條,它將顯示測(cè)試的進(jìn)度。最后測(cè)試出來(lái)頻率特性的Bode Plot、Plot將在相應(yīng)的圖形控件中顯示出來(lái),在同一界面中我們可以同時(shí)看到頻率特性的兩種顯示模式:一種是伯德圖“BodePlot,它包括幅頻特性和相頻特性;另一種模式就是乃奎斯特圖Plot,又稱(chēng)極坐標(biāo)圖。2參考附錄的提示,根據(jù)測(cè)得的頻率特性曲線(或數(shù)據(jù))6.對(duì)于)□

3.1。取s□代入,得□

□T□

□□

RR實(shí)驗(yàn)用一階慣性環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)為)□uF,1.5.2

R0=200

,R1=200

G)□

□□

2□□

K□ (3—

RR其 □ T2

2□

(3—

(3—□2□按式(3—1(3—2)和(3—3)K、T、ξ,T、ξ□2□□2□0.01u□2□0.01u100kR0.1u200k R H)□3.2.2注意:此時(shí)橫軸□采用了以10實(shí)驗(yàn) 線性系統(tǒng)串聯(lián)校4.1.2,U9、U11、U15U82。U9、U14、U11、U15U82。圖0.514.1.14.1.2 500kR)R圖 1□□□) 式中n

507.07

□□□□□

0.6363%

s

4□□KVIKv=

超調(diào)量Mp)s

25

s

1

□n□□□

1/s,25 )□

)□

(T )□□

W)□□

251□

2 s□□ □2□25綜合考慮校正后的要求,取T=0.05s,此時(shí)

□n□

1/s,0.45D)□

4.4.4R1=390=4.7uF

,R2=R3=200

RR)R 圖cc圖cc 4.4.4實(shí)驗(yàn) 典型非線性環(huán)節(jié)的靜態(tài)特M,MO1I1~I(xiàn)8(CH1D/AO1A/DI2,USBLabVIEW(LabVIEW(式為“X-t015(示模式顯示非線性靜特性,也可以按照需要選擇任一種顯示模式,如“X-T模式”或者是“X-Y模“5V“1HZ/1S“10V“1HZ/1SKM,KMS4U5RfK,KRfU5R1(=R2)的阻Δ,ΔR1S4U5CfK,KCfU5R1(=R2)的阻Δ,ΔR15.1.2 圖M。當(dāng)阻值減小時(shí),MX-t5.2.2

X-t5.3.2K

死區(qū)DR2′15)=0.5R(v)RkWR=R( RRf-

圖X-t5.4.2圖中間隙特性的寬度DR2′15)=0.5R(v),(實(shí)際死區(qū)還要考慮二極管的壓降值斜率aCi

CRRC-

圖實(shí)驗(yàn) 非線性系統(tǒng)相平面入作測(cè)試信號(hào),觀測(cè)和記錄系統(tǒng)在(e&)相平面上的相軌跡,利用該相軌跡分析系統(tǒng)的階躍響O1U3A/DI1,X2(&)U3A/DI2,1A/DI1X2A/DI2Y1D/AO1X(AD1)選擇“-1”(Y(AD2)也選擇“-1”(即反相)。“0.4HZ/2.5S“050%,示,直至周期過(guò)程反應(yīng)結(jié)束,實(shí)驗(yàn)也自動(dòng)結(jié)束,如設(shè)置合理就可以在主界面中間得到系統(tǒng)(e&)躍輸入作測(cè)試信號(hào),觀測(cè)和記錄系統(tǒng)在(e&)相平面上的相軌跡,利用該相軌跡分析系統(tǒng)的階2,6.2.16.2.2電路。可利用周期階躍信號(hào)測(cè)試該非線性系統(tǒng)(e&)的相軌跡和階躍響應(yīng),具體測(cè)試方法請(qǐng)參1,這里不再贅述。號(hào),觀測(cè)和記錄系統(tǒng)在(e&)相平面上的相軌跡,利用該相軌跡分析系統(tǒng)的階躍響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)誤U86.1.10.516.1.2

圖 X RRX2RX++

6.1.1(T=0.5,K&=)&=-

則(6-1)++

觀察X1e,X2即為&,取X1-X2坐標(biāo)下,即為相軌跡(-&,進(jìn)行坐標(biāo)倒相變換可得(e&)坐標(biāo)。6.2.1圖0.516.2.2 XX RRXRX 6.2.2,X1e,X2&。取-X1-X2X-Y坐標(biāo),以階躍輸入為測(cè)試信號(hào),即可獲得系統(tǒng)在(e&)相平面上的相軌跡。該系統(tǒng)在(e&)&=

式中ks(6.2.1s=0.1,增加反饋電阻現(xiàn)象6.3.1

圖0.51圖6.3.26.3.1++&+M=+&-M=

6.3.3圖 X RRX2RX實(shí)驗(yàn) 非線性系統(tǒng)描述函數(shù)1,用描述函數(shù)法分析繼電型非線性三階系統(tǒng),求取極限環(huán)振蕩的振蕩環(huán)頻率特性(Neguist7.1.17.1.2,U9、U6、U13、U11、U15U8,利用階躍輸入作為測(cè)試信號(hào),觀測(cè)和記錄系統(tǒng)在(e&)e(t)的階躍響應(yīng)。并從觀測(cè)結(jié)果中獲取極限環(huán)振蕩的振幅和周期。測(cè)取系統(tǒng)在(e&)相平面上的相軌跡e(t)7.1.2X1eX3&X1I1#”XX3I2#”Y2,用描述函數(shù)法分析飽和型非線性三階系統(tǒng),求取極限環(huán)振蕩的振蕩環(huán)頻率特性(Neguist7.2.17.2.2,U9、U7、U13、U11、U15U8,利用階躍輸入作為測(cè)試信號(hào),觀測(cè)和記錄系統(tǒng)在(e&)e(t)的階躍響應(yīng)。并從觀測(cè)結(jié)果中獲取極限環(huán)振蕩的振幅和周期。測(cè)取系統(tǒng)在(e&)相平面上的相軌跡e(t)7.2.2X1eX3&X3I1#”XX1I2#”Y7.2.2,R1R3,0.511 圖7.1.17.1.2 X RR R10uXRX3R□性部分的傳遞函數(shù)為G(s)。則為了用描述函數(shù)法分析上述繼電

示系統(tǒng)的

軌跡和

7.1.3所示。從

Im

;并由

□ a

4M 7.1.2R1R3,只能縮小極限環(huán)振蕩的振幅,而不能消除振蕩。7.2.10.510.21圖 10u X3R圖 MMMM□M□□□ 圖7.2.3給出圖7.2.1所示系統(tǒng)的非線性環(huán)節(jié)的 圖跡和系統(tǒng)線性部分7.2.3(7.2.2R1、R3,可實(shí)驗(yàn) 極點(diǎn)配置全狀態(tài)反饋控23,23, 0.051

x1,x2S(A,B,C),& X?-20& X ?è 0 故

(2)

□□期望的性能指標(biāo)為:超調(diào)量Mp□ ,峰值時(shí)間p£

選擇□ p

選擇n

于是可以得到理想極點(diǎn)為 p1=-7.07+j7.07,p2=

(3)

s2

k)s

2□□□□

于是可計(jì)算 □1

8.1.3Rx1,Rx218

,33

8.1.4,8.1.5 0.051

(1)8.2.1 +2+5圖

W

1□)

10s8.2.2圖8.2.3&?0 0

?0其 A=?0- 2÷B=?0

C□ ?

-5

3,故狀態(tài)完全可控考慮系統(tǒng)要求后,選擇理想極點(diǎn) S1=-9,S2=-2+j2,S3=-2-j2,由此可得理想

□□□□□ 令其與理想的閉環(huán)特征方程一致,可以得到全狀態(tài)反饋系數(shù)1.2+5+2圖RRR圖8.2.38.2.6 1(1)9.1.19.1.2,U11,U3D/AO1(9.1.2c(t)端)相連。再將運(yùn)放的鎖零端“G”U115V”相連。注意,實(shí)驗(yàn)中運(yùn)放沒(méi)O1Ui。“200Hz/5ms④完成實(shí)驗(yàn)類(lèi)別設(shè)置,然后設(shè)置“測(cè)試信號(hào)設(shè)置”框內(nèi)的參數(shù)項(xiàng),設(shè)置“信號(hào)幅值”為(根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線調(diào)整大小,設(shè)置“采樣時(shí)間”為“200Hz/5ms“采樣開(kāi)關(guān)T”為“1 ms,選擇“采樣控制系統(tǒng)混合仿真研究,此時(shí)數(shù)字控制器是一比例放大器,可先設(shè)置Kp=1。1msT,1T,T1對(duì)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析研究,完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告0.51

圖11uRR1 圖(+1)

9.2.21u1u)RR圖9.2.11□

)□W)□□

T

2□□□□T

□□

2□□□□T

□□

□實(shí)驗(yàn) 采樣控制系統(tǒng)串聯(lián)校正的混合仿真研(4)R0)U3A/DI1(對(duì)應(yīng)圖10.2.2)相連。再將運(yùn)放的鎖零端“G”U115V”USBO1Ui。“200Hz/5ms④完成實(shí)驗(yàn)類(lèi)別設(shè)置,然后設(shè)置“測(cè)試信號(hào)設(shè)置”框內(nèi)的參數(shù)項(xiàng),設(shè)置“信號(hào)幅值”為“200Hz/5msmsa=b=1,用于獲得不加串聯(lián)校正時(shí)的對(duì)比結(jié)果。1msa=0.05,b=0.5,1得到它的連續(xù)傳遞函數(shù);(4)10.1.1(2)圖

10.2.2

4

對(duì)

bS+1

,用一階差分近似離散化,以

U)D)=

(+2))RR微機(jī)運(yùn)算,包括測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生,比較器,校正控制器D(z),圖 ],閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為W)=9

1+TGc(sab的功能。實(shí)驗(yàn) 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制實(shí)ACCC-I1.11.3V~15V。經(jīng)PID運(yùn)算后的控制量作為驅(qū)動(dòng)單元輸入信號(hào),經(jīng)過(guò)功率放大后驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。150Hz/V。根據(jù)設(shè)計(jì)要求改變輸出電壓反饋系數(shù)□1.2ACCT-01AR0=R1=R2=100K□,R3=100K□,R4=2M□,R5=10K□,C1=1□F,Rf/Ri=1G-15V。RRC1RC1RRUURRUgRR1PIDACCT-(IN+功率轉(zhuǎn)換的輸出接到直流電機(jī)的電樞兩端(內(nèi)部已經(jīng)連接回路中接一個(gè)反饋系數(shù)可調(diào)節(jié)的反相器。調(diào)節(jié)反饋系數(shù)□=Rf/Ri,Uo。4.PID對(duì)系統(tǒng)性能的影響重新調(diào)節(jié)PID參數(shù)。RRRC1RUgRRRUU UURR2.2實(shí)驗(yàn) 溫度控制實(shí)ACCC-IUU2.11.3V~15V。DC0~10V。2.2ACCT-01AR0=R1=R2=100K□,R3=100K□,R4=2M□,R5=1K□,C1=1□F,Rf/Ri=2G-15V。ACCT-01ABU1PIDKd=0,R4PIUinU0器。調(diào)節(jié)反饋系數(shù)□=Rf/Ri,Uo。ACCT-01APIDPID實(shí)驗(yàn) 水箱液位控制實(shí)ACCC-IUU3.11.3V~15V。250mm5V。3.2ACCT-01AR0=R1=R2=200K□,R3=100K□,R4=2M□,R5=10K□,C1=1□F,Rf/Ri=1C1RUgR圖 水箱液位控制系統(tǒng)接ACCT-01A“OFF”G-15V。ACCT-01AU1調(diào)節(jié)反饋系數(shù)□=Rf/Ri,Uo。PIDACCT-03第一 概序。本軟件必須與自動(dòng)控制控制理論實(shí)驗(yàn)設(shè)備(實(shí)驗(yàn)裝置)USB2.0圖 自動(dòng)控制理論時(shí)域及非線性特性分析主界LabVIEW1.2LabVIEW1.31.21.38(2)2實(shí)驗(yàn)二典型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性分析(或系統(tǒng))的頻率特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)四線性系統(tǒng)串聯(lián)校正實(shí)驗(yàn)六非線性系統(tǒng)相平面法實(shí)驗(yàn)七非線性系統(tǒng)描述函數(shù)法實(shí)驗(yàn)十采樣控制系統(tǒng)串聯(lián)校正的混合仿真研究LabVIEWLabVIEWbmp第二 安裝指南及系統(tǒng)要USB2.0USB2.0PCUSBSETUP.EXE,將安裝文件安裝到默認(rèn)路徑,安裝完上位機(jī)界面程序后,我們操作系統(tǒng):Windows98CeleronCPU1GHzCeleronCPU1.7GHzPC128Mbytes256M硬盤(pán)可使用空間300MbytesCDROM(安裝程序用800X600VGA1024X768LabVIEW7.0MicrosoftWord第三章PCUSB,PCUSBUSB,PCWindowsUSB(PHILIPSisp1581ScannerKIT):3.2顯示模式模塊如圖(1.11.21.3)1.X-tX-t(1.1)所示顯示界面,橫坐標(biāo)時(shí)間軸的量程設(shè)置,縱坐標(biāo)幅值范圍為-10V~10V。X-t模式可以用用于相平面軌跡顯示時(shí),橫軸為系統(tǒng)偏差,3.4.1X-T/X-Y3.4.2對(duì)數(shù)幅頻特性3.4.1極坐標(biāo)圖量程設(shè)置1.0.1Hz/10s,10S2.0.2Hz/5s,5S3.100Hz/10ms,

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