机电控制实验报告

第一篇：机电控制实验报告

机电控制实验报告

一、实验目的运用PLC和电箱实现电热壶中水的恒温控制。

二、实验方法

电箱外接220V电源；PLC和电热水壶都分别与电箱连接，由电箱供电；热敏电阻的铁棒部分伸入热水壶中，另一端与电箱相连，热敏电阻的阻值随着水温变化而变化，通过电箱中的电路，输出了变化的0-20mA的电流量。在输出端串联电阻，使得电流量变为电压量输入到PLC，通过AD转化为数字量，然后通过编程达到控制温度的目的。PLC输出端接电箱，可以控制电箱中某个接触器的闭合或断开，而这个接触器控制了电热水壶的供电。

三、编程思路

目标是将水温控制在70℃。由于加热时会有热惯性，因此加热至一定温度就应停止加热，等到水温上升并回落到一定温度后，再加热水一定时间然后停止加热，如此反复，使水温控制在一定的范围内波动。

总体思路是：1.只要水温低于某一温度A，无条件加热。

2.若水温低于温度B（B>A），且水温处于下降阶段，加热固定时间后停止。采样和滤波：采样周期是11秒，其中1秒是采样时间。在这一秒内AIW端口的数字量是不停跳动的，若把每个数据都收集下来不仅有许多无用的数据，而且也会对水温是上升还是下降做出错误的判断，因此这1秒内只记录数据的平均值，即每采集到一个数据就把这个数据与之前记录的数据求平均值。这样的求均值的方法中，1秒内前一时刻的数据的权重小于后一时刻数据的权重，不同时刻数据的权重不相同，但也能达到滤波的效果。同时，在11秒钟内的10秒时间中，把前一周期加权得到的数据保存到另外一个寄存器中。

两个寄存器：寄存器VW80和VW90记录了2个时刻的温度。其中VW80记录的是当前周期的温度，VW90是前一周期记录的温度。通过比较VW80和VW90的数值，可以判断目前水温是处于上升阶段还是下降阶段。将采样周期的时间设置的长一些（11秒）的原因之一就是为了能够正确判断，而不会因为采集到的数据的随机跳动影响判断。

加热控制：在达到70℃前提前停止加热，这个动作可以根据2种方法进行控制。一是加热到一定的温度，然后停止加热；二是加热一定的时间，然后停止加热。实验中我们选择的是第二种方案，每次加热都是只加热3秒钟。没有选择方法一的原因是，采样得到的温度并非实时的，而是每11秒得到一个温度数据；另外，在1秒内采样得到的数据是有波动的，可能发生水的实际温度已超过设定值，而加权平均得到的数据却小于这个值的情况，这会使得水温远远大于所要控制的温度范围。

四、实验结果

温度可以控制在正负1℃内，最好的情况是控制在正负0.5℃内。

五、结果分析

在编程中，我们设定了在温度下降阶段，若小于一定温度，则加热3秒，并且限定了是在计时器T3X开启后，才能进行加热。采样周期是11秒，因此每11秒最多加热3秒。即加热的判定条件有3条：1.采样时打开了总开关 2.温度处于下降阶段3.温度小于一定值。

而热敏电阻所测的温度并非是水的底部，而是中部某点的温度。因此，水的中部一边在接受底部传来的热量，一边又在向水面外的方向散热。当加热水3秒后，只有水的底部温度上升，而中部的温度还是保持原样，有时可能反而又下降了。若在11秒内，底部的水将热量传导到了中部的水，且温度上升，那么在接下来的一段时间里，中部的水温是上升阶段，不满足加热的条件2，可以顺利地控制温度。若在11秒内底部的热量未传导到中部，或传导的热量不足，使得下一周期测得的中部水温反而比之前低（符合条件2），且温度小于设定值（符合条件3），那么程序可能会判定符合加热条件，又一次加热3秒，这样，在接下来的时间里水的中部温度会大幅上升。最初设置的采样时间为5秒，因此容易出现连续加热的情况出现。

在编程时，我们一直在调整加热时间，设定的温度以及采样周期这三个参数。加热时间越短，使每次水温上升得越小；使设定的温度值接近控制的温度70℃，以使温度控制在更小的范围内；若采样周期长，则这一个采样周期内，底部的热量已经传导到中部并使温度上升，这样就不会造成错误判断，但采样周期过长会导致在一周期内水温已经下降过多，降低了温度控制的下限。

因此，最理想的情况是：最初水从常温加热至某一温度，停止加热，然后由于热惯性作用，水温上升并回落到规定的温度值，在某一周期的采样时，测得本周期水温低于前一周期温度，加热固定时间，并在一个周期的时间内水温经历了上升并回落至规定的温度的过程，然后继续加热。即最后水温的变化周期即等于采样周期。

这3个控制参数中，加热时间的控制有其局限性。因为电箱中是由接触器控制电热水壶，若加热时间过短，可能来不及响应，且响应太快可能也会损坏接触器。因此我觉得使用我们这个方法控制温度的精度取决于接触器本身。

最终我们选择的参数是采样周期11秒，设定的温度69.5℃，加热时间3秒。结果是最

好的情况是温度保持在69.5至70℃间，最差时是69.5至71℃间。造成这一问题的原因即是以上所说的，与热量的传导有关。

六、改进与思考

现在的控制精度还不是十分理想。在这个方法下，能做的就是不断调整三个参数，避免发生底部热量还未传导到中部但却再次加热的情况。但这个方法有其局限性，虽然在程序中我们可以调整的是三个参数，但实际上还有许多隐藏的参数。比如水量，热敏电阻的铁棒所处的位置等。

若是实际应用在电热水壶的温控装置，则应该有更多考虑。在本次实验中我们调整参数是在水量不变，热敏电阻铁棒位置不变的情况下进行的，但实际应用水量是不可能保证不变的。因此，采用每次加热固定时间的方式可能不恰当。而加热至某设定温度然后停止加热也不合适，原因也是与热量在水中的传导有关。比较合理的方法是每次加热的时间不是固定的，而是根据之前采集的各个时间点的温度，以及之前各次的加热时间，来计算出本次合适的加热时间。采用PID控制可以实现这样的功能，但是程序会变得更加复杂。并且，由于热水壶本身的特性未知，控制中的参数也需要进行标定。

七、实验感想

首先我觉得这次的机电实验非常有趣。之前在电工实验中，也有一次PLC的实验，但所实现的功能都是比较简单的，控制灯的亮暗之类的，实现的方法比较单一。但是这次实验中要实现控温，可以有多种方案，具体如何实施，不是看教课书上如何讲而是靠自己进行判断的。

之前做过各种实验，化学实验，物理实验，电工实验，力学以及热学的实验，每种实验都是事先按照已经规定的方法进行的。有的实验甚至只需要按几下按钮，采集一下数据就结束了。而这次实验操作性很强，并且的确能够学到东西。比如实验中，需要特定温度所对应的数字量时，刚开始我考虑的是根据温度，电阻，电流输出量以及外接的电阻计算所对应的数字量，但之后发现这样并不精确。各个器材本身是存在误差的，即使理论上是线性对应的，但是实际并非如此。理论值的计算只能是个参考，要确定各个温度所对应数字量只能实际进行测量。

本次实验的特点就是操作性和开放性。不过在这次实验中主要的工作是温控方案以及梯形图的编写上。如果在接线上也是开放性的就更好了。

第二篇：08级机电运动控制实验报告封面

实

验

报

告

（理工类）

课 程 名 称: 运动控制 课 程 代 码: 8426630 学生所在学院: 机械工程与自动化学院 年级/专业/班: 学 生 姓 名: 学 号: 实验总成绩: 任 课 教 师: 开 课 学 院: 机械工程与自动化学院 实验中心名称: 机械工程专业实验中心

第三篇：机电一体化实验报告

南昌大学

实验报告

课程名称： 机电一体化

实验名称： 机电一体化机器人示教实验

班级： 机制186

姓名： 付伟祺

学号： 5902118230

实验日期： 5月22号

指导老师： 宋红滚

实验1机器人结构认识

一、实验目的1)认识机器人的结构及其原理；

2)分析机器人的机电系统构成要素、功能构成及其价值评价；

3)了解机器人的各类参数

二、实验要求

1)课前阅读相关资料，并观看教学视频；

2)按照实验的相关要求进行实验，禁止进入机器人的运动范围之内，防止事故的发生；

3)实验结束后将相关设备放回原处；

三、实验设备

主要实验设备为埃夫特ER7L-C10六自由度教学机械臂1台（小负载、桌面型机器人）、ER6-C604四自由度教学机械臂1台（中负载）、ER12-C四自由度教学机械臂1台。

1、埃夫特ER7L-C10

轴数：6轴

负载：7kg

重复定位精度：±0.03mm

本体重量：38kg

能耗：1.5kw

安装方式：地面安装

最大臂展：911mm2、埃夫特ER-C640

轴数：4轴

负载：12kg

重复定位精度：±0.15mm

本体重量：45kg

能耗：1.5kw

安装方式：地面安装最大

最大臂展：1200mm3、埃夫特ER12-C

轴数：4轴

负载：12kg

重复定位精度：±0.15mm

周围温度：0~45℃

本体重量：180kg

能耗：1.5kw

安装方式：地面安装

最大臂展：1625mm

四、实验注意事项

1)必须切断电源才能进入机器人的动作范围进行作业；

2)禁止让机械手搬运的重量超过负荷；

3)发生异常时，应立即按下紧急停止按钮；

4)实验结束后，应进行清扫作业，并确认实验设备是否完全；

五、实验步骤

1、了解机器人的组成部分，机械系统，性能参数，型号说明；

组成部分：

本体、连接线缆、电柜、示教器；

机械系统：

机械本体由底座部分、大臂、小臂部分、手腕不见和本体管线包组成，同时各个由伺服电机来驱动各个关节的运动，实现不同的运动形式；

性能参数：

机器人性能参数主要包括工作空间、机器人负载、机器人运动速度、机器人最大动作范围和重复定位精度。

型号说明：

2、认识机器人的电器组成；

控制系统组成：

六、实验总结

实验2机器人运动示教及编程认识

一、实验目的1.了解机器人的运动原理和运动编程基础；

2.掌握机器人的编程语言的常见指令；

3.熟悉机器人的操作组合；

4.学会编写简单的作业任务；

二、实验要求

1.阅读实验相关资料，熟悉机器人的编程过程；

2.写出一个简单的机器人运动程序，对在示教器上的简单编程操作有一个简答的认识；

三、实验设备

埃夫特ER7L-C10

轴数：6轴

负载：7kg

重复定位精度：±0.03mm

本体重量：38kg

能耗：1.5kw

安装方式：地面安装

最大臂展：911mm

以及配套示教器；

四、实验注意事项

1、必须切断电源才能进入机器人的动作范围进行作业；

2、禁止让机械手搬运的重量超过负荷；

3、发生异常时，应立即按下紧急停止按钮；

4、实验结束后，应进行清扫作业，并确认实验设备是否完全；

5、注意一定要在示教模式下进行操作；

五、实验步骤

①接通电源：

将电源接头插上，并打开在电柜电源接口处的电源开关

②了解示教器键位：

在示教器打开后，对示教器的界面进行了解（最左上角的按钮、背部的四个按钮、右边的一排按钮、上面的钥匙旋钮、急停按钮、屏幕上的各个菜单的按钮

模式选择按钮：进行三种不同模式的选择，本次实验只用到其中的手动模式，即示教模式；

按键：用于对机器人进行运动操控；

手压开关：在示教模式下，轻按此开关可让示教器和机器人进行连接控制。

③了解示教器界面按键：

④进行示教前准备

首先进行用户登陆操作，登陆密码默认为：pass；更改语言为中文；

⑤各种坐标状态下的运动

按下jog按键进行坐标切换，进行世界坐标下的运动操作、关节坐标下的运动操作、工具坐标下的运动

⑥简单的运动程序编程

1）PTP：（点到点的运动）定义一个终点目标点，该指令表示机器人TCP末端将进行点到点的运动，执行这条指令时的所有轴会同时插补运动到目标值。

2）Lin：（直线运动）定义一个终点目标点，指令为一种线性的运动命令，通过该指令可以使机器人TCP末端以直线移动到目标位置。假如直线运动的起点与目标点的TCP姿态不同，那么TCP从起点位置直线运动到目标位置的同时，TCP姿态会通过姿态连续插补的方式从起点姿态过渡到目标点的姿态。

3）Circ：（圆弧运动）定义一个辅助点和一个终点，圆弧指令使机器人TCP末端从起点，经过辅助点到目标点做圆弧运动。

该指令必须遵循以下规定：

1、机器人TCP末端做整圆运动，必须执行两个圆弧运动指令。

2、圆弧指令中，起始位置、辅助位置以及目标位置必须能够明显的被区分开。

注意：起始位置是上一个运动指令的目标位置或者当前机器人TCP位置。

⑦关闭电源：

将电柜处的电源接线口处的开关关闭后，将电源线拔出；

六、实验总结

第四篇：模糊控制实验报告

模糊控制系统实验报告

学院：班级：

姓名：学号：

一、实验目的1.通过本次实验，进一步了解模糊控制的基本原理、模糊模型的建立和模糊控制器的设计过程。

2.提高有关控制系统的程序设计能力；

3.熟悉Matlab语言以及在智能控制设计中的应用。

二、实验内容

设计一个采用模糊控制的加热炉温度控制系统。被控对象为一热处理工艺制作中的加热炉，加热设备为三相交流调压供电装置，输入控制信号电压为0-5V，输出相电压为0-220V，输出最大功率180kW，炉内变化室温~625℃。

三、实验过程及步骤

1.用Matlab中的Simulink工具箱，组成一个模糊控制系统，如图所示

2.采用模糊控制算法，设计出能跟踪给定输入的模糊控制器，对被控系统进行仿真，绘制出系统的阶跃响应曲线。

（1）模糊集合及论域的定义

对误差E、误差变化EC机控制量U的模糊集合及其论域定义如下：

E、EC和U的模糊集合均为：

{NB、NM、NS、0、PS、PM、PB}

E和EC的显示范围为：[-6

6]

结果如下图所示

打开Rule编辑器，并将49条控制规则输入到Rule编辑器中

利用编辑器的”View→Rules”和”View→Surface”得到模糊推理系统的模糊规则和输入输出特性曲面，分别如下图所示

从图中可以看出，输出变量U是关于两个输入变量E、EC的非线性函数，输入输出特性曲面越平缓、光滑，系统的性能越好。

将FIS嵌入Simulink

R（t）=400℃时系统阶跃响应

系数Ke变小时的系统阶跃响应

通过本设计可以知道，模糊控制具有能够得到良好的动态响应性能，并且不需要知道被控对象的数学模型，适应性强，上升时间快。与PID控制相比有着很大的优势，采用PID控制虽然稳态性能较好，但是难以得到满意的动态响应性能。当然，模糊控制也有着自身的缺点，容易受到模糊规则等级的限制而引起误差，需要进一步改进。

四、实验总结

通过这次《模糊控制系统》课程实验增加了对模糊调节器的理解，认识到了模糊控制器的优缺点。并进一步熟练了用Matlab中Simulink工具箱的应用，提高了自己的动手能力。通过这次课程设计也使我认识到对Matlab中Simulink工具箱的应用还不够熟练，将来应该加强操作、学习。

第五篇：过程控制实验报告

电子科技大学自动化学院

标准实验报告

（实验）课程名称：过程控制系统

学生姓名：学号：指导教师：庄朝基

实验地点：清水河主楼 C2-110

实验时间：2011年11月

实验报告

一、实验室名称：智能控制实验室

二、实验项目名称：

三、实验学时：

四、实验原理：

五、实验目的：

六、实验内容：

七、实验器材（设备、元器件）：

八、实验步骤：

九、实验数据及结果分析：

十、实验结论：

十一、总结及心得体会：

十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：