计算机控制系统实验报告二

第二部分

一、实验日期：2012-4-24

实验时间：9:50-11:30 小组成员：薛有华 武毅男

二、实验目的：

1、 了解步进电机、温度PID控制的原理。

2、 进一步熟悉PLC实验装置，S7-200系列编程控制器及其外部接线方法。 3、 进一步学习和掌握STEP7的编程环境及PLC梯形图编程方法。

三、实验装置：

1、 SIEMENS S7-200 PLC的S34挂箱

四、实验内容：(写出每个必做实验的具体实验内容和主要实验要求)

1、 必做：

(1) 步进电机控制实验

答：使用移位寄存器指令，可以大大简化程序设计。移位寄存器指令所描述的操作过程如下：若在输入端输入一串脉冲信号，在移位脉冲作用下，脉冲信号依次移位到各个寄存器的内部继电器中，并将这些内部继电器的状态输出，每个内部继电器可在不同的时间内得到由输入端输入的一串脉冲信号。 (2) 温度PID控制实验：调节温度设定值，并观察实验结果。

答：初始状态，在室温时模拟量模块输出一个电压值(<5V),加热块开始对物体加热，随着温度上升，PT100反馈给PLC一个正比例电压信号，模拟量模块输出电压逐渐减小，当电压减到0V时则停止对物体的加热。 不要把实验目标值设置过高，以免损坏实验装置。一般设置为高于室温10～20℃即可。

由于季节或气温的影响，如果在不同的时间和环境内使用同一种参数做此实验，则可能造成控制效果的优劣差异。为了弥补这方面的差异，也为了达到更好的控制目的，请在不同的时间和环境下设置更佳的P、I、D参数。

2、 选做

(1) 直线运动控制实验

答：这个实验没做。

(2) 直流电机控制实验：改变转速设定值，并观察实验结果。

答：转速控制目标值设约为2000转/分，系统启动后电机运行，PLC的高速计数器采集直流调速模块脉冲输出端（PULSE）的脉冲信号，在程序中进行PID运算，通过模拟量输出端输出电压信号，送到直流调速模块的电机调速信号输入端控制电机转速，使电机的转速稳定在设定值。

当采集的脉冲信号值大于设定值时，输出电压开始降低，从而控制电机减速。 当采集的脉冲信号值小于设定值时，输出电压开始升高，从而控制电机加速。

五、实验步骤：(写出每个必做实验的具体实验步骤)

1、 步进电机控制： 答：实验步骤如下： 1.输入输出接线 输入 输出 SD I0.0 A Q0.0 B Q0.1 C Q0.2 D Q0.3 2.打开主机电源将程序下载到主机中。 3.启动并运行程序观察实验现象。

2、 温度PID控制

答：

1. 2. 3. 4. 5.

输入输出接线

打开主机电源将程序下载到主机中。

启动并运行程序观察实验现象。记录温度变化曲线。

修改P、I、D参数，观察温度曲线有何变化，并记录温度稳定时间。 找出PID控制方式的特性，并记录之。

六、实验结果：

o

1、 在温度控制实验中，设定值为0.1815(对应于50C)，PID控制器的参数分别为K=0.15、

TI=30、TD=0,每隔5s读取一次温度表输出值，记录在表格中，并画出温度随时间变化的曲线图。 答： 0s 30℃ 50 39 100 49

2、 在温度控制实验中，设定值为0.1815，PID控制器的参数分别为K=1.0、TI=10、TD=15,

每隔5s读取一次温度表输出值，记录在表格中，并画出温度随时间变化的曲线图。

七、分析与思考：

1、 结合实验过程，简述四相步进电机的工作原理。

答：.步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在

5 31 55 40 105 50 10 31 60 41 110 51 15 32 65 42 115 52 20 33 70 43 120 53 25 34 75 44 125 30 35 80 45 130 35 36 85 46 135 55 40 37 90 47 140 45 38 95 48 145 非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 2.步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器 。

3. 若在输入端输入一串脉冲信号，在移位脉冲作用下，脉冲信号依次移位到各个寄存器的内部继电器中，并将这些内部继电器的状态输出，每个内部继电器可在不同的时间内得到由输入端输入的一串脉冲信号。四相步进电机就按着这个节拍去运动。 2、 使用PID控制器对温度进行控制时，调节控制参数对控制结果的影响。

答：比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会 出现振荡甚至失稳。

调节比例参数Kp的影响：增大比例参数Kp，温度控制会存在稳态误差，温度很升得很快很高。

调节积分参数Ki的影响：Ki的作用是减少稳态误差。 调节微分参数Kd的影响：克服在调节稳态误差的过程中，可能出现的震荡或者失稳。