选矿自动化上机实验报告.docx

实 验 报 告 课程名称： 学 院： 专 业：矿物加工工程 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2016年 1 月 5 日贵州大学实验报告学院：矿业学院专业：矿物加工工程班级：班姓名学号1实验组实验时间2015.10.20指导教师李龙江成绩实验项目名称MATLAB的基本入门和编程调试实验目的1、 全面认识和了解MATLAB软件2、 能运用MATLAB中的控制系统仿真解决控制系统的问题实验要求实验原理充分使用MATLAB软件实验仪器实验步骤1、 介绍最常用的交互界面：通用指令窗、历史指令窗、当前目录浏览器、工作空间浏览器、内存数组编辑器、交互界面分类目录窗、M文件编辑/调试器及帮助导航/浏览器。2、 集中叙述一维、二维、任意高维双精度数值数组的生成和操作。这是MATLAB最常用最基本又最传统的数据类型，定义在此类“对象”上的“方法”就是最具魅力的数组运算。3、 对数学问题的描述遵循“最低限度自封闭”原则，即以最简明的方式阐述理论数学、数值数学和MATLAB计算指令间的内在联系和差别。比如在讨论线性方程解时总是先回顾性的列出若干常见的“教科书解法”，并指出这些理论算法在实际应用中的缺陷，然后在简述数值计算原理的基础上给出精良的MATLAB计算指令。4、 各种代数方程、微分方程的求解，解析微积分的求取，Fourier、Laplace交换的封闭表达式，任意精度的数值解等。5、 围绕数据成图机理、绘图要旨和修饰技法系统介绍“高层”绘图指令和交互操作工具。6、 M文件和面向对象编程内容在理解MATLAB自身和应用MATLAB两方面都有十分重要的作用。对MATLAB传统控制流进行简述，较特殊的控制流；变长度输入输出宗量；跨空间运作的串演算指令和赋值指令；内联函数、子函数、私有函数和P伪码文件；M文件编辑调速器；程序运行性能剖析器；面向对象编程技术。7、 SIMULINK交互式仿真集成环境系统介绍建模和分析方法，特别着重于阐述：模型处理向量信号的能力；借助简装和精装子系统进行的“分层”建模方法；复杂系统建模中不可缺少的逻辑关系运算和“使能”、“触发”技术；SIMULINK与MATLAB的协调运作。8、 图形用户界面GUI制作专门讲述用户菜单、用户控件和图形用户界面的制作。实验内容1、 学会使用MATLAB及用simulink进行控制系统仿真2、 学会MATLAB的数值计算及M文件编程实验数据实验总结 通过本次实验，我对MATLAB有了一定的了解，并且掌握了MATLAB的使用，能够运用MATLAB来解决数值计算问题和使用SIMULINK命令进行控制系统方真，以及使用Guide命令的使用，微分方程的求解，数组的各类计算，Fourier、Laplace变换的封闭表达式，任意精度的数值解，绘制图形等等，在这次实验中我收获颇丰，MATLAB是一个比较容易而又很实用的一个软件，在今后的学习和工作中将对我有很大的帮助，感谢老师在本次实验操作中的悉心指导和帮助。指导教师意见签名： 年 月 日贵州大学实验报告学院：矿业学院专业：矿物加工工程班级： 班姓名学号实验组实验时间2015.10.25指导教师李龙江成绩实验项目名称自动控制系统的时域分析实验实验目的1、 观察单位阶跃函数的动态响应2、 了解动态性能指标的意义及其计算实验要求实验原理 阻尼比 无阻尼自然振荡频率 实验仪器笔记本一台实验步骤1、 使用MATLAB软件，进入SIMULINK编辑界面。2、 确定方框图，传递函数。3、 输入设定为单位阶跃函数。4、 记录输出曲线，比较理论计算结果。实验内容1、 学会使用MATLAB及用SIMULINK进行控制系统仿真2、 设计一个典型的二阶系统3、 观察在不同阻尼系数下的动态响应曲线4、 观察在不同自然振荡频率下的动态响应曲线实验数据记录数据于下表：ntrts%-0.11-0.21010.110.51111.510.5100.5200.5300.5400.550实验总结指导教师意见签名： 年 月 日贵州大学实验报告学院：矿业学院专业：矿物加工工程班级：121班姓名学号实验组实验时间2015.11.1指导教师李龙江成绩实验项目名称自动控制系统Routh判据实验目的1、 进一步理解Routh稳定判据的意义。2、 比较理论计算结果与实验曲线结果，找出其相互关系。实验要求实验原理对单位反馈控制系统利用Routh判据找出闭环控制系统的稳定范围；在Nyquist图上，确定闭环控制系统的稳定范围；比较两种方法。实验仪器计算机一台实验步骤5、 手工计算：利用Routh判据判定稳定范围。6、 打开MATLAB软件，进入画Nyquist图相应的画面。7、 输入 ,，找出临界稳定值。实验内容5、 对于控制系统计算Routh表并判别稳定性。6、 对于同样的系统，利用MATLAB软件画出Nyquist图，判别稳定性。7、 比较两种方法的相互关系。实验数据实验总结指导教师意见签名： 年 月 日贵州大学实验报告学院：专业：班级：姓名学号实验组实验时间指导教师成绩实验项目名称单闭环直流调速系统实验目的3、 掌握用PID控制规律的直流调速系统的调试方法；4、 了解PWM调制、直流电机驱动电路的工作原理。实验要求1、 画出直流电机控制系统的方框图。2、 分析P、I、D控制参数对直流电机运行的影响。实验原理直流电机在应用中有多种控制方式，在直流电机的调速控制系统中，主要采用电枢电压控制电机的转速与方向。功率放大器是电机调速系统中的重要部件，它的性能及价格对系统都有重要的影响。过去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大机或可控硅（晶闸管）。现在基本上采用晶体管功率放大器。PWM功率放大器与线性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流点击的静摩擦等优点。PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理：1、 PWM的工作原理上图所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成芯片，其内部电路结构及各引脚如图13-2所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180度、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。2、 功放电路直流电机PWM输出的信号一般比较小，不能直接去驱动直流电机，它必须经过功放后再接到直流电机的两端。该实验装置中采用直流15V的直流电压功放电路驱动。3、反馈接口在直流电机控制系统中，在直流电机的轴上贴有一块小磁钢，电机转动带动磁钢转动。磁钢的下面中有一个霍尔元件，当磁钢转到时霍尔元件感应输出。4、直流电机控制系统如图13-3所示，由霍尔传感器将电机的速度转换成电信号，经数据采集卡变换成数字量后送到计算机与给定值比较，所得的差值按照一定的规律（通常为PLD）运算，然后经数据采集卡输出控制量，供执行器来控制电机的转速和方向。实验仪器1、 THBCC-1型信号与系统控制理论及计算机控制技术实验平台2、 THBXD数据采集卡一块（含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各一根）3、 PC机1台（含软件“THBCC-1”）实验步骤8、 实验接线1.1 用导线将直流电机单元24V的“+”输入端接到直流稳压电源24V的“+”端；1.2 用导线将直流电机单元05V的“+”输入端接到数据采集卡的“DA1”的输出端，同时将UO的“+”（霍尔输出）输出端接到数据采集卡的“AD1”处。1.3 打开实验平台的电源总开关。9、 脚本程序运行2.1 启动计算机，在桌面双击图标“THBCC-1”，运行实验软件。2.2 顺序点击虚拟示波器界面上的“开始采集”按钮和工具栏上的“”按钮（脚本编程器）；2.3 在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击“打开”按钮，并在“计算机控制技术应用算法”文件夹下选中“直流电机”脚本程序并打开，阅读、理解该程序，然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“步长设置”，将脚本算法的运行步长设为50ms；2.4 点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“启动”；观察直流电机的运行情况。2.5 当直流电机的转速稳定在设定值后，再点击“脚本编辑器”窗口上“停止”按钮，重新配置P、I、D的参数或改变算法的运行步长，并再次运行算法程序，观察直流电机的运行情况；2.6 试验结束后，关闭脚本编辑器窗口，退出实验软件。实验内容实验数据实验总结指导教师意见签名： 年 月 日贵州大学实验报告学院：专业：班级：姓名学号实验组实验时间指导教师成绩实验项目名称步进电机转速控制系统实验目的5、 了解步进电机的工作原理；6、 理解步进电机的转速控制方式和调试方法；7、 掌握用VBScript或Jscript脚本语言进行开关量的编程。实验要求3、 画出步进电机转速控制系统的方框图。4、 根据实验程序编写四相八拍方式的程序。实验原理1、 步进电机工作原理介绍：步进电机是一种能将电脉冲信号转化成机械角位移或线位移的执行元件，它实际上是一种单相或多相同步电机。电脉冲信号通过环形脉冲分配器，励磁绕组按照顺序轮流接通直流电源。由于励磁绕组在空间中按一定的规律排列，轮流和直流电源接通后，就会在空间形成一种阶跃变化的旋转磁场，使转子转过一定角度（称为步距角）。在正常运行情况下，电机转过的总角度与输入的脉冲数成正比；电机的转速与输入脉冲频率保持严格的对应关系，步进电机的旋转同时与相数、分配数、转子齿轮数有关；电机的运动方向由脉冲相序控制。因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，它被认为是理想的数控执行元件。故广泛应用于数控机床、打印绘图仪等数控设备中。不过步进电机在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。在精度不是需要特别高的场合，可以使用步进电机，以发挥其结构及驱动电路简单、可靠性高和成本低的特点。伴随着不同数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。现在比较常用的步进电机有反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。其中反应式步进电机的转子磁路是由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。现阶段反应式步进电机应用最广泛。2、 步进电机驱动电路原理步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，必须使用专用的步进电机驱动控制器。正是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。如图14-1所示，它一般有脉冲发生单元、脉冲分配单元、功率驱动单元保护和反馈单元组成。除功率驱动单元以外，其他部分越来越趋向于用软件来实现。3、 软件控制方法（并行控制）并行控制是指用硬件或软件方法实现脉冲分配器的功能，它输出的多相脉冲信号，经功率放大后驱动电机的各相绕组，其框图如图14-2所示。该实验系统中脉冲分配器由软件实现的，由数据采集卡中的DO1DO4作为并行驱动驱动，驱动四相反应式步进电机。实验仪器4、 THBCC-1型信号与系统控制理论及计算机控制技术实验平台5、 THBXD数据采集卡一块（含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各一根）6、 PC机1台（含软件“THBCC-1”）实验步骤10、 实验接线1.1 将数据采集卡单元中的DO1DO4分别接到步进电机单元的A、B、C和D输出端；1.2 打开实验平台的电源总开关。11、 脚本程序运行2.1 启动计算机，在桌面双击图标“THBCC-1”，运行实验软件。2.2 顺序点击虚拟示波器界面上的“开始采集”按钮和工具栏上的“”按钮（脚本编程器）；2.3 在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击“打开”按钮，并在“计算机控制技术应用算法”文件夹下选中“步进控制”脚本程序并打开，阅读、理解该程序，然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“步长设置”，将脚本算法的运行步长设为100ms；2.4 点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“启动”；观察步进电机的运行情况。2.5 点击“脚本编辑器”窗口上“停止”按钮，更改算法的运行步长，并再次运行算法程序，观察步进电机的运行；2.6 试验结束后，关闭脚本编辑器窗口，退出实验软件。实验内容实验数据实验总结指导教师意见签名： 年 月 日贵州大学实验报告学院：专业：班级：姓名学号实验组实验时间指导教师成绩实验项目名称单闭环温度恒值控制系统实验目的8、 理解温度闭环控制的基本原理；9、 了解温度传感器的使用方法；10、 学习温度PID控制参数的配置。实验要求5、 画出温度控制系统的方框图。6、 分析P、I、D控制参数对温度加热器中温度控制的影响。实验原理1、 温度驱动部分该实验中温度的驱动部分采用了直流15V的驱动电源，控制电路和驱动电路的原理与直流电机相同，直流15V经过PWM调制后加到加热器的两端。2、 温度测量端（温度反馈端）温度测量端一般为热电式传感器，热电式传感器是利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。在各种热电式传感器中，已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶；将温度转换成为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻，如铜电阻、热敏电阻、Pt电阻等。铜电阻的主要材料是铜，主要用于精度不高、测量温度范围（-50150）不大的地方。而铂电阻的材料主要是铂，铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻与温度的关系在0630.74以内为 Rt=R0(1+at+bt2)式中 Rt温度为t时的温度； R0温度为0时的电阻； t任意温度； a、b为温度系数。该实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。在实际的温度测量中，常用电桥作为热电阻的测量电阻。在如图15-1中采用铂电阻作为温度传感器。当温度升高时，电桥处于不平衡，在a，b两端产生于温度相对应的电位差；该电桥为直流电桥。4、温度控制系统与直流电机转速控制相类似，虽然控制对象不同，被控参数有差别，但对于计算机闭环控制系统的结