计算机控制实验报告

1、 计算机控制系统实验报告姓 名： 罗才宝 学 号： 0953505008 指 导 教 师： 张志福 专 业 年 级： 09自动化 所 在 院 系： 昆仑学院 完 成 日 期： 2012年12月8日 实验一 D/A数模转换实验一、实验目的1掌握数模转换的基本原理。2熟悉12位D/A转换的方法。二、实验仪器1EL-AT-II型计算机控制系统实验箱一台2PC计算机一台三、实验预习、数模转换的原理： 、D/A转换器是将输入的二进制数字量转换成模拟量，以电压或电流的形式输出。、D/A转换器实质上是一个译码器（解码器）。一般常用的线性D/A转换器，其输出模拟电压uo和输入数字量Dn之间成正比关系。UREF

2、为参考电压。则有：uoDnUREF、将输入的每一位二进制代码按其权值大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，则所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。、数模转换的转换方法： 数模转换方法有多种：其中一种是对输入的数据进行补偿滤波，经补偿滤波后的数据率与补偿滤波前的数据率相同，补偿滤波后的输出信号；对该输出信号进行内插滤波及数据率上升，最后进行l调制，输出单比特的数据流，对单比特的数据流进行半数字滤波，输出模拟信号；对模拟信号进行模拟低通滤波，输出最后的模拟信号。另一种方法是：特征在于利用模拟信号提供装置，以相同的时间段将三个连续的采样数据变成模拟量，然后

3、根据二次曲线运算方程，用模拟运算电路进行运算，即可输出一段二次曲线来近似表示原采样信号的相应段波形，继续地进行上述转换，就可还原出被采样的模拟信号。4、 实验测量结果1、 实验数据结果记录如下表：编号 数字量（二进制/十进制） 模拟量 理论值/mv 实测值/mv10000000101/5 4951.2495020010010110/1503535.2353630011001000/2003046.9304740100101100/3002070.3207150111000010/450605.560661000100110/550-371.1-37171010111100/700-1835.9

4、-183581100100000/800-2812.5-281291110000100/900-3789.1-3789101111101000/1000-4765.6-4765数据处理：依据公式，模拟量Uo=Vref - 2Vref(29K10+.+20K0)/210 ，Vref=5.0v，可以算出理论值填入上表。2、 数字量与模拟量对应曲线五、实验分析从实验得出数据可以看出理论值与实测值明显有误差，其中原因主要有：量化误差，计算机本身的误差，实验箱电路产生的误差，电网电压波动，外界干扰，转换误差。 实验二 A/D模数转换实验一、实验目的1掌握模数转换的基本原理。2熟悉10位A/D转换的方法。

5、二、实验仪器1EL-AT-II计算机控制系统实验箱一台。2PC计算机一台。三、实验预习、数模转换的原理：、A/D转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通过取样、保持、量化和编码四个步骤完成。 、模数转换(ADC)亦称模拟一数字转换，与数/模(D/A)转换相反，是将连续的模拟量（如象元的灰阶、电压、电流等）通过取样转换成离散的数字量。、模数转换方法： A/D转换器有直接转换法和间接转换法两大类。 直接法是通过一套基准电压与取样保持电压进行比较，从而直接将模拟量转换成数字量。其特点是工作速度高，转换精度容易保证，调准也比较方便。直接A/D转换器有计数型、逐次比较型、并行比较型等。间接法是将取样后

6、的模拟信号先转换成中间变量时间t或频率f, 然后再将t或f转换成数字量。其特点是工作速度较低，但转换精度可以做得较高，且抗干扰性强。间接A/D转换器有单次积分型、双积分型等。4、 实验测量结果1、 实验数据结果记录如下表：编号 模拟量/mv 数字量 理论值 实测值（十进制）1450051.2 5223500153.61543250025625641000409.64105500460.84616400471.044717100501.765028-4500972.89729-3600880.6488010-50517.12517数据处理：依据公式，数字量=（Vref模拟量）/2Vref210，

7、可以算出理论值填入上表。Vref=5.0v。2、数字量与模拟量对应曲线5、 实验分析 从实验得出数据可以看出理论值与实测值明显有误差，其中原因主要有：计算机本身的误差，实验箱电路产生的误差，电网电压波动，外界干扰，转换误差。实验三 数字PID控制一、实验目的1研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。2研究采样周期T对系统特性的影响。3研究I型系统及系统的稳定误差。二、实验仪器1EL-AT-II型计算机控制系统实验箱一台。2PC计算机一台。三、实验预习、PID控制器系统的组成： 、PID控制器的参数对系统稳定性的影响：1、比例系数Kp对系统稳定性能的影响对系统的稳态性能影响：在系统稳

8、定的前提下，加大Kp可以减少稳态误差，但不能消除稳态误差。Kp的整定主要依据系统的动态性能。2、 积分时间TI对系统性能的影响 对系统的稳态性能影响：积分控制有助于消除系统稳态误差，提高系统的控制精度，但若TI太大，积分作用太弱，则不能减少余差。3、 微分时间TD对系统性能的影响对系统的稳态性能影响：微分环节的加入，可以在误差出现或变化瞬间，按偏差变化的趋向进行控制。它引进一个早期的修正作用，有助于增加系统的稳定性。四、实验测量结果1、实验参数及阶跃响应曲线、KP=1.000 Ki=0.020 Kd=1.000 %=(Cmax-C)/C=20% Ts=500ms、KP=2.000 Ki=0.0

9、20 Kd=1.000 %=(Cmax-C)/C=50% Ts=600ms、KP=1.000 Ki=0.020 Kd=10.000 %=(Cmax-C)/C=60% Ts=4000ms、KP=1.000 Ki=0.030 Kd=0.000 %=(Cmax-C)/C=20% Ts=600ms、KP=1.000 Ki=0.000 Kd=1.000 %=(Cmax-C)/C=0% Ts=200ms、KP=3.000 Ki=0.010 Kd=2.000 %=(Cmax-C)/C=30% Ts=400ms2、 实验结果总结（1） 验证了实验预习；（2） PID控制器参数不仅对稳定性有影响，而且对动态性能

10、也有影响。总结如下：Kp对系统的动态性能影响：Kp加大，将使系统响应速度加快，Kp偏大时，系统振荡次数增多，调节时间加长；Kp太小又会使系统的响应速度缓慢。Kp的选择以输出响应产生4:1衰减过程为宜。 Ti对系统的动态性能影响：积分控制通常影响系统的稳定性。TI太小，系统可能不稳定，且振荡次数较多；TI太大，对系统的影响将削弱；当TI较适合时，系统的过渡过程特性比较理想。 TD对系统的动态性能影响：微分时间TD的增加即微分作用的增加可以改善系统的动态特性，如减少超调量，缩短调节时间等。适当加大比例控制，可以减少稳态误差，提高控制精度。但TD值偏大或偏小都会适得其反。5、 本实验整体总结 PID

11、控制器的参数必须根据工程问题的具体要求来考虑。在工业过程控制中，通常要保证闭环系统稳定，对给定量的变化能迅速跟踪，超调量小。在不同干扰下输出应能保持在给定值附近，控制量尽可能地小，在系统和环境参数发生变化时控制应保持稳定。一般来说，要同时满足这些要求是很难做到的，必须根据系统的具体情况，满足主要的性能指标，同时兼顾其它方面的要求。实验四 炉温控制实验一、实验目的 1了解温度控制系统的特点。 2研究采样周期T对系统特性的影响。 3研究大时间常数系统PID控制器的参数的整定方法。二、实验仪器1EL-AT-II型计算机控制系统实验箱一台2PC计算机一台3炉温控制实验对象一台三、实验参数调制过程、Kp

12、=2.000 Ki=0.020 Kd=1.000、Kp=2.000 Ki=0.200 Kd=10.000、Kp=1.000 Ki=0.200 Kd=10.000、Kp=1.000 Ki=0.100 Kd=15.000、Kp=1.000 Ki=0.500 Kd=20.000、Kp=1.000 Ki=0.800 Kd=15.000实验结果及数据处理1、通过多次调整Kp、Ki、Kd最终得到过渡过程较为满意且控制效果较好的控制参数：Kp=1.000 Ki=0.800 Kd=15.000相应曲线如下：2、 实验结果分析%=(Cmax-C)/C=20% Tr=14s 稳态误差：10%总结：由于电加热炉的升温保温是靠电阻丝加热，降温则是靠环境自然冷却，所以当温度一旦超调就无法用控制手段来使其降温。这类电加热炉控制对象具有非线性，时滞以及不确定性。针对电加热炉有大惯性、纯滞后、参数时变的非线性对象的控制的特点，传统 PID 控制算法存在过渡过程时间与超调量之间的矛盾，无论怎样调节 PID 的 3 个参数，也无法解决。若要超调量小，则渡过程时间增长；如果要求过渡过程快，则必然出现较大的超调，二者难以求全。4、 提出一种有效的Kp、Ki、Kd的选择方法实际上过渡电加热炉