运算机操纵系统指导书

1、刖R数字运算机由于其具有壮大的算术运算、逻辑判定、经历等信息加工能力，使得它一诞生就被应用到操纵领域。随着运算机科学技术的进展，使60年代操纵理论取得应用，而现代操纵理论的进展，又为运算机操纵的进展奠定了广漠的理论基础。专门是微电子技术的进展给运算机操纵提供了物质基础。此刻在工业生产等领域中，运算机操纵正普遍深切地的取得应用，并取得了可喜的经济效益和社会效益。为适应当前科学技术的进展，在自动操纵系统专业中开设了运算机操纵系统这门课程，作为大学生的必修课。本套“运算机操纵实验系统”确实是为这门课程的教学和实验而设计的。系统采纳AD/DA卡通过USB接口与运算机连接实现信号源信号的输出和系统响应信

2、号的搜集，搜集后信号通过运算机显示屏显示，省去了外接信号源和示波器测量响应信号的麻烦。EL-CAT-III/IV型自动操纵实验系统支持运算机操纵理论课的所有实验，通过这套实验仪器可使学生进一步了解和把握运算机操纵理论的大体概念、操纵系统的分析方式和设计方式和操纵算法的编程实现，学习和把握系统模拟电路的组成和测试技术，提高应用运算机的能力及水平。另外，与本套实验箱配备的还有三个实际的操纵对象：温控炉、直流电机、步进电机，通过对这三个对象的操纵能够提高学生对实际操纵对象的感性熟悉。本书分为四章，第一章为EL-CAT-III/IV型实验箱硬件资源，要紧介绍实验箱的硬件组成和系统单元电路。第二章为系统

3、集成操作软件，要紧介绍系统软件的安装，操作和运算机和实验箱的通信设置。第三章为运算机算法编程指导，要紧介绍软件算法的实现方式。第四章为实验系统部份，要紧介绍各个实验的电路组成，实验原理和实验步骤。另外，在附录部份有部份实验的说明和参考结果和操纵对象的原理电路图。1. 硬件资源22. 软软件安装及利用7第三章实验系统部份13实验一D/A数模转换实验14实验二A/D模数转换实验16实验三数字PID操纵实验18实验四状态反馈与状态观测器实验23实验五数字滤波器实验28实验六大林算法实验34实验七炉温操纵实验38实验八电机调速实验43实验九步进电机操纵实验48实验十数据搜集50附录一直流电机操纵对象原

4、理图51附录二温控炉操纵对象原理图52附录三实验结果参考53附录四AD/DA卡调试说明63硬件资源EL-CAT-III/IV型实验系统要紧由运算机、AD/DA搜集卡、自动操纵原理实验箱、打印机（可选）组成如图1,其中运算机依照不同的实验别离起信号产生、测量、显示、系统操纵和数据处置的作用，打印机要紧记录各类实验数据和结果，实验箱要紧构造被控模拟对象。图1实验系统组成实验箱面板如下图:图2EL-CAT-IH型实验箱面板图ELYAT-IV型实验箱面板下面要紧介绍实验箱的组成：1. 系统电源EL-CAT-III/IV系统采纳本公司生产的高性能开关电源作为系统的工作电源，其要紧技术性能指标为：2. 输

5、入电压：AC220V3. 输出电压/电流：+12V/0.5A,-12V/0.5A,+5V/2A4. 输出功率：22W5. 工作环境：-5C。+40C。6. AD/DA搜集卡AD/DA搜集卡如图3采纳C8051F410芯片做为主控芯片，负责数据搜集和USB通信，AD采样位数为12位，采样率为lOOKHZoDA转换位数为12位，转换速度为10KoAD/DA搜集卡有两路输出（DA一、DA2）和两路输入（AD一、AD2）,其输入和输出电压均为-5V+5V。图3AD/DA搜集卡另外在AD/DA卡上有一个10针插座用来连接AD/DA卡和运算机，连接方式分USB和RS232O7. 实验箱面板EL-CAT-H

6、I/IV实险箱面板布局如下图：图4-1EL-CAT-III实验箱面板布局图4-2EL-CAT-IV实验箱面板布局实验箱面板要紧由以下几部份组成：1.实验模块EL-CAT-III/IV实险系统有八组由放大器、电阻、电容组成的实验模块。每一个模块中都有一个由UA741组成的放大器和假设干个电阻、电容。如此通过对这八个实验模块的灵活组合即可构造出各类型式和阶次的模拟环节和操纵系统。（注：EL-CAT-IV只有六组放大器，多了三个操纵对象）2.二极管，电阻、电容、二极管区这些区域要紧提供实验所需的二极管、电阻和电容。3. AD/DA卡输入输出模块该区域是引出AD/DA卡的输入输出端，一共引出两路输出端

7、和两路输入端，别离是DA一、DA2,AD一、AD2O有一个按钮复位，按下一次对AD/DA卡进行一次复位。20针的插座用来和操纵对象连接。（注：EL-CAT-IV没有此接口，操纵对象直接装到实验箱里了，EL-CAT-IV型没有复位按钮，采纳上电复位）4. 电源模块电源模块有一个实验箱电源开关，有四个开关电源提供的DC电源端子，别离是十12V、-12V、+5V、GND,这些端子给外扩模块提供电源。5. 变阻箱、变容箱模块变阻箱、变容箱是本实验系统的一个突出特点，只要按动数字隔壁的“+-”按钮即可调剂电阻电容的值，而且电阻电容值能够直接读出。第二章软件安装及利用软件安奘软彳牛安装（分两大部份）一、安

8、装应用软件1 .依照软件提示，一步一步完成安装图1进入安装界面图2选择安装路径图3单击Install图4安装完毕界面2 .完成应用软件的安装应用软件会自动出此刻.开始一程序列表中。二、USB驱动安装假作系统不同安装步骤有不同）Windows2000操作系统下：1 .通过USB硬件接口，连接实验箱与运算机，运算机将自动显示图5图5进入安装界面图6选择单项选择按钮后，单击下一步2 .图6的驱动安装文件在第一步安装的应用程序文件中，因此应选择第一步安装应用程序的途径和文件名，然后单击”确信:系统将会自动查找驱动安装文件。图7选择如图的复选按钮后，单击下一步图8选择驱动安装文件途径图9单击下一步图10

9、安装完成界面WindowsXP操作系统下：1 .通过USB硬件接口，连接实验箱与运算机，运算机将自动显示图12 .图2的驱动安装文件在第一步安装的应用程序文件中，因此应选择第一步安装应用程序的途径和文件名，然后单击”确信:系统将会自动搜索驱动安装文件。aa图11选择如图的单项选择按钮后，单击下一步图12选择驱动安装文件途径图13单击“仍然继续”图14安装完成界面应用软件和USB驱动都安装完成后,能够运行实验系统.Windows98操作系统下：1 .通过USB硬件接口，连接实验箱与运算机，运算机将自动显示图1图1进入安装界面图2选择如图的单项选择按钮后，单击下一步2 .图3的驱动安装文件在第一步

10、安装的应用程序文件中，因此应选择第一步安装应用程序的途径和文件名，然后单击“下一步'，系统将会自动搜索驱动安装文件。图3选择驱动安装文件途径图4单击下一步图5安装完成界面二、软件启动与利用说明1 .软件启动在Windows桌面上双击。运算机操纵实验”快捷方式，运行软件，或。开始-程序-北京达盛科技软件”中单击.运算机操纵实验”快捷方式，即可启动软件如图152 .实验前运算机与实验箱的连接用实验箱自带的USB线将实验箱后面的USB口与运算机的USB口连接，启动“运算机操纵实验”软件。1. 软件利用说明本套软件界面共分为三个组画面1. 软件说明和实验指导书画面（如图15）2. 数据搜集显示

11、画面（如图16）图15图16F面介绍软件具体操作和功能：-：工具栏按钮：L0点击或按F1）能够选择实验项目作为当前实验项目，系统在指导书窗口显示相应的实验指导书，在实验进行进程中处于禁止状态。2,口点击或按F21切换回指导书窗口。3 .显点击或按F31切换到“示波器窗口。4 .息点击或按F4切换到频率特性窗口。5 .国点击或按F5开始/舍弃当前实脸项目，在没有选择任何实脸项目的时候为禁止状态。6 .岐点击或按F61弹出关于对话框，显示程序信息、版本号和版权信息。二:示波器操作：1 .测量在“示波器窗口单击鼠标右键，在弹出菜单当选择测量”打开测量游标（重复前述步骤隐藏测量游标），拖动任一游标到感

12、爱好的位置，图表区下方会显示当前游标的位置和与同类的另一游标之间距离的绝对值。若是想精准定位游标只需用鼠标左键单击相应的游标位置栏并在编辑框中输入合法值回车即可。2,快照在"示波器窗口单击鼠标右键，在弹出菜单当选择"快照将当前图像复制到剪贴板，以便粘贴到画图或其他图像编辑软件中编辑和保留。3.打印目前尚不支持。4,线型在示波器窗口单击鼠标右键，在弹出菜单中可点击“直线、折线或“点线来选择数据点和数据点之间的连接方式，体会各类连接方式的不同。5 .配色用鼠标左键双击图表区除曲线之外的元素会弹出标准颜色对话框，用户能够更改相应元素的颜色（比如将网格颜色改成与背景相同颜色）。6

13、.缩放用鼠标左键单击图表区刻度区的边界刻度并在编辑框中输入和法值回车即可改变当前显示范围。2.实验系统部份本套实验系统一共提供了七个典型实验：D/A数模转换实验、A/D模数转换实验、数字PID实脸、状态反馈与状态观测器实验、数字滤波器实脸、大林算法实验及数据搜集实验.二另外，还提供了三个操纵对象的算法，配合我公司提供的操纵对象，可完成对实际对象的操纵。本系统算法完全开放，系统结构组合灵活，依照各高校情形的不同，能够自行修改和添加新的实验，以完成教学的要求。实验一D/A数模转换实验一、实验目的1 .把握数模转换的大体原理。2 .熟悉12位D/A转换的方式。二、实验仪器1 .EL-AT-III型运

14、算机操纵系统实验箱一台2 .PC运算机一台三、实验内容通过A/D&D/A卡完成12位D/A转换的实验，在那个地址采纳双极性模拟量输出，数字量输入范围为：。4095,模拟量输出范围为：-5V+5V。转换公式如下：U。二Vrefx(2li-Kll+210-K10+.+2°K0)/21：-1/2Vref=10V例如：数字量=0则K11=O,K1O=1,K9=l,K8=0,K7=0,K6=l,K5=l,K4=0,K3=0,K2=l,K1=O,K0=0模拟量U。=10x664H/1000H-1/2=四、实验步骤1 .连接A/D、D/A卡的DA输出通道和AD搜集通道。A/D、D/A卡的D

15、A1输出接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源;2 .启动运算机，双击桌面“运算机操纵实验”快捷方式，运行软件。3 .测试运算机与实验箱的通信是不是正常，通信正常继续。如通信不正常查找缘故使通信正常后才能够继续进行实验。4 .在实验项目的下拉列表当选择实脸一D/A数模转换实验,鼠标单击回按钮，弹出实验课题参数设置对话框。5 .在参数设置对话框中设置相应的实验参数后，在下面的文字框内将算出变换后的模拟量，6 .点击确信，在显示窗口观测搜集到的模拟量。并将测量结果填入下表：数字量模拟量理论值实测值五、实验报告1 .画出数字量与模拟量的对应曲线。2 .计算出理论值，将其与实验结果比较，分

16、析产生误差的缘故。六、预习要求1 .熟悉数模转换的原理。2 .学习数模转换的转换方式。实验二A/D模数转换实验一、实验目的1 .把握模数转换的大体原理。2 .熟悉12位A/D转换的方式。二、实验仪器1 .EL-AT-III型运算机操纵系统实验箱一台2 .PC运算机一台三、实验内容通过A/D&D/A卡完成12位D/A转换的实验，在那个地址采纳双极性模拟量输入，模拟量输入范围为：-5V+5V,数字量输出范围为：04095。转换公式如下：数字量=4095X(Vin/Vref+1/2)其中Vref是基准电压(满量程电压)为10Vo例如：模拟量二则数字量二4095X(10+)=999H四、实验步

17、骤1 .连接A/DxD/A卡的DA输出通道和AD搜集通道。A/D、D/A卡的DA1输出接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源,2 .启动运算机，双击桌面.运算机操纵实险1快捷方式，运行软件。3 .测试运算机与实验箱的通信是不是正常，通信正常继续。如通信不正常查找缘故使通信正常后才能够继续进行实验。4 .在实验项目的下拉列表当选择实脸二A/D数模转换实验,鼠标单击回按钮，弹出实验课题参数设置对话框5 .在弹出的参数窗口中填入想要变换的模拟量，点击变换，在下面的文字框内将算出变换后的数字量。6 .点击确信，在显示窗口观测搜集到的数字量。并将测量结果填入下表：模拟量数字量理论值实测值五、

18、实验报告1 .画出模拟量与数字量的对应曲线。2 .计算出理论值，将其与实验结果比较，分析产生误差的缘故。六、预习要求1 .熟悉数模转换的原理。2 .学习数模转换的转换方式。实验三数字PID操纵一、实验目的1 .研究PID操纵器的参数对系统稳固性及过渡进程的阻碍。2 .研究采样周期T对系统特性的阻碍。3 .研究I型系统及系统的稳固误差。二、实验仪器1 .EL-AT-III型运算机操纵系统实验箱一台2 .PC运算机一台三、实验内容1 .系统结构图如3-1图。a一一图3-1系统结构图图中Gc(s)=Kp(1+Ki/s+Kds)Gh(s)=(1-e-TS)/sGpl(s)=5/(+1)(+1)Gp2(

19、s)=1/(s(+1)2 .开环系统(被操纵对象)的模拟电路图如图3-2和图3-3,其中图3-2对应GP1(S)，图3-3对应Gp2(s)o图3-2开环系统结构图1图3-3开环系统结构图23 .被控对象GP1(s)为型”系统，采纳PI操纵或PID操纵，可系统变成“I型，系统，被控对象Gp2(s)为打型”系统，采纳PI操纵或PID操纵可使系统变成“H型”系统。4 .当r(t)=1(t)时(实际是方波)，研究其过渡进程。5 .PI调剂器及PID调剂器的增益Gc(s)=Kp(1+Kl/s)=KpKl(1/kl)s+1)/s=K(Tis+l)/s式中K=KpKi,Ti=(1/K1)不难看出PI调剂器的

20、增益K二KpKi,因此在改变Ki时，同时改变了闭环增益K,若是不想改变K,那么应相应改变Kp0采纳PID调剂器相同。6 .-II型'系统要注意稳固性。关于Gp2(s),假设采纳PI调剂器操纵，其开环传递函数为G(s)=Gc(s)Gp2(s)=K(Tis+1)/sl/s(+1)为利用环系统稳固，应知足Ti>,即Kl<107 .PID递推算法若是PID调剂器输入信号为e(t),其输送信号为u(t),那么离散的递推算法如下：u(k)=u(k-1)+qOe(k)+qle(k-1)+q2e(k-2)其中qO=Kp(l+KiT+(Kd/T)ql=-Kp(1+(2Kd/T)q2=Kp(K

21、d/T)T一采样周期四、实验步骤1 .连接被测量典型环节的模拟电路(图3-2)。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。2 .启动运算机，双击桌面.运算机操纵实脸”快捷方式，运行软件。3 .测试运算机与实验箱的通信是不是正常，通信正常继续。如通信不正常查找缘故使通信正常后才能够继续进行实验。4 .在实验项目的下拉列表当选择实验三数字PID操纵,鼠标单击鼠标单击回物钮，弹出实验课题参数设置窗口。5 .输入参数Kp,Ki,Kd(参考值Kp=l,Ki=kd=l)o6 .参数设置完成点击确认后观看响应曲线。假设不中意，改变Kp,K

22、i,Kd的数值和与其相对应的性能指标。P、ts的数值。7 .取中意的Kp,Ki,Kd值，观查有无稳态误差。8 .断开电源，连接被测量典型环节的模拟电路(图3-3)o电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将纯积分电容的两头连在模拟开关上。检查无误后接通电源。9 .重复4-7步骤。10 .计算Kp,Ki,Kd取不同的数值时对应的。p、ts的数值，测量系统的阶跃响应曲线及时域性能指标，记入表中：果参数6%Ts阶跃响应曲线KpKiKd五、实验报告1 .画出所做实验的模拟电路图。2 .当被控对象为Gpl（s时）取过渡进程为最中意时的Kp,Ki,Kd,

23、画出校正后的Bode图，查出相稳固裕量7和穿越频率c。3 .总结一种有效的选择Kp,Ki,Kd方式，以最快的速度取得中意的参数二六、预习要求1 .熟悉PID操纵器系统的组成。2 .熟悉PID操纵器的参数对系统稳固性的阻碍。七、PID软件流程图图中ek为误差，ekl为上一次的误差，ek2为误差的积存和，uk是操纵量初始化控制步数、采样点数Point初始化ek,ekl,ek2,uk实验四状态反馈与状态观测器一、实验目的1 .把握状态反馈极点配置的设计方式。2 .研究不同极点配置对系统动态性能的阻碍。3 .把握全维观测器的组成及设计方式。4 .研究观测器在状态反馈极点配置中的应用。二、实验仪器1 .

24、EL-AT-III型运算机操纵系统实验箱一台2 .PC运算机一台三、实验内容1 .被控对象模拟电路图如图4-1。图4-1被控对象模拟电路2 .系统数学模型(1)被控对象传递函数为Gp(s)=Y(s)/U(s)=100/(s2+(2)被控对象状态方程X=Ax+BuY=Cx式中0C=1001.带有状态观测器的状况反馈系统方框图示于图4-2。图4-2系统方框图图中G=eATH=fOT(p(t)dtB(p(t)=eAtK1x2维状态反馈系统矩阵，由运算机算出。L2x1维观测器的反馈矩阵，由运算机算出。Kr一为使y(t)跟踪r(t)乘的比例系数，它由运算机自动地递推算出。4 .希望的系数极点(参考值)：

25、S1,S2二士，它对应在Z平面上应为Z1,Z2二士5 .观测器极点参考值：Zl,Z2=±jO四、实验步骤1 .连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/DsD/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。2 .启动运算机，双击桌面.运算机操纵实险”快捷方式，运行软件。3 .测试运算机与实验箱的通信是不是正常，通信正常继续。如通信不正常查找缘故使通信正常后才能够继续进行实验。阶跃响应4 .在实验项目的下拉列表当选择实验四四、状态反馈和状态观测器。5 .鼠标单击回按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单

26、击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。跟踪响应6 .实验步骤5完成后鼠标单击回隹钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框当选中跟踪项，然后显现新的参数设置框，设置好参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实脸结果7.修改实险参数设置窗口中所用的参数值,观看波形的转变。8.将实险内容中的参考值的实测阶跃响应曲线及性能指标记入下表中：KIK2阶跃响应曲线y(t)tp0%ts0五、实验报告1 .画出上述两个状态反饯系统的结构图和模拟线路图。2 .计算这两个状态反馈系统的状态反馈阵K及相应的性能指标：tp、油和tp,并与实测值进行比较，查验状态反馈极点配置是不是达到了设计要求。3.画出全维观测器和

27、降维观测器状态反馈极点配置的结构图和模拟线路图，画出这两个系统的实测阶跃响应曲线及实测性能指标tP、o%和ts。六、预习要求1 .阅读实验内容。2.推导实验系统中的全维观测器方程。3.计算两个状态反馈系统的状态反馈阵K及相应的性能指标tp、ts和消。七、状态观测器软件流程图图中yk为当前输出，ykl为上一次系统输出，xkl为上一次的观测阵xk是当前观测阵，ul是当前操纵量结束一、实验目的实验五数字滤波器实验1 .研究数字滤波器对系统稳固性及过渡进程的阻碍。2 .熟悉和把握系统过渡进程的测量方式。3 .把握数字滤波器的设计方式。4 .了解数字滤波器的通带对系统性能的阻碍。二、实验仪器1 .EL-

28、AT-III型运算机操纵系统实验箱一台2 .PC运算机一台三、实验内容1-需加入串联超前校正的开环系统电路及传递函数（1）实验电路图5-1需加入串联超前校正的开环系统电路图（2）系统开环传递函数图5-2系统开环结构图（3）系统闭环结构图图5-3系统闭环结构图（4）数字滤波器的递推公式模拟滤波器的传函:Tls+1T2S+1利用双线性变换得数字滤波器的递推公式：Uk=qOxUk-l+qlxek+q2xekTqO=(T-2T2)/(T+2T2)ql=(T+2Tl)/(T+2T2)q2=(T-2T1)/(T+2T2)T二采样周期T1二超前时刻常数T2二滞后时刻常数1. 需加入串联滞后校正的开环系统电路

29、及传递函数L实验电路图5-4需加入串联滞后校正的开环系统电路图2. 系统开环传递函数图5-5系统开环结构图3. 系统闭环结构图：图5-6系统闭环结构图4. )数字滤波器的递推公式模拟滤波器的传递函数：Tls+1T2S+1利用双线性变换得数字滤波器的递推公式：Uk=qOUk-l+qlek+q2ek-lqO=(T-2T2)/(T+2T2)ql=(T+2Tl)/(T+2T2)q2=(T-2Tl)/(T+2T2)T二采样周期T1二超前时刻常数T2二滞后时刻常数四、实验步骤L启动运算机，双击桌面.运算机操纵实险”快捷方式，运行软件。2 .测试运算机与实验箱的通信是不是正常，通信正常继续。如通信不正常查找

30、缘故使通信正常后才能够继续进行实验。超前校正3 .连接被测量典型环节的模拟电路(图5-1)o电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将纯积分电容两头接在模拟开关上。检查无误后接通电源。4 .在实验项目的下拉列表当选择实险五五、数字滤波器,鼠标单击回按钮，弹出实验课题参数设置对话框，选择超前校正，然后在参数设置对话框中设置相应的实验参数.鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实脸结果，并记录超调量OP和调剂时刻tso5 .重复步骤4,改变参数设置，将所测的波形进行比较。并将测量结果记入下表中：常数性能指阶跃响应曲线6%Tp（秒）Ts(秒)滞后校正6

31、.连接被测量典型环节的模拟电路（图5-4）o电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将纯积分电容两头接在模拟开关上。检查无误后接通电源。7 .在实验项目的下拉列表当选择实险五五、数字滤波器,鼠标单击回按钮，弹出实验课题参数设置对话框，选择滞后校正，然后在参数设置对话框中设置相应的实险参数，鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实脸结果，并记录超调量op和调剂时刻tso8.重复步骤7,改变参数设置，将所测的波形进行比较。并将测量结果记入下表中：常数性能指阶跃响应曲线6%Tp（秒）Ts（秒）五、实验报告1 .画出所做实验的模拟图，结构图。2 .分析加数

32、字滤波器前系统的稳固特性。3 .从响应曲线中分析校正后的结果并与理论分析比较。六、数字滤波软件流程图图中ek为误差，ekl为上一次的误差，uk是操纵量，ukl是上一次的操纵量初始化控制步数、采样点数Point使硬件被控对象初始化值输出等于0结束实验六大林算法一、实验目的1 .把握大林算法的特点及适用范围。2 .了解大林算法中时刻常数T对系统的阻碍。二、实验仪器1 .EL-AT-III型运算机操纵系统实验箱一台2 .PC运算机一台三、实验内容1 .实验被控对象的组成：(1)惯性环节的仿真电路及传递函数G(S)=-2/(Tl+l)11=(2)纯延时环节的组成与传递函数G(s)=e-Ni尸采样周期N

33、为正整数的纯图6-1被控对象电路图延时个数由于纯延时环节不易用电路实现，在软件中由运算机实现。(3)被控对象的开环传函为：G(S)=-2e-Nl/(Tl+l)2 .大林算法的闭环传递函数：Go(s)=e-Nr/(Ts+l)T;大林时刻常数3 .大林算法的数字操纵器：D(Z)=(1-ex/T)(1-e-r/TlZ-l)/k(1-e-r/Tl)l-e-x/TZ-l-(1-e-r/T)Z-N-l设kl=e-t/TK2=e-i/TlTl=T二大林常数K=2(K-Kk2)Uk=(l-kl)ek-(l-kl)k2ek-l+(k-kk2)klUk-l+(k-kk2)(l-kl)Uk-N-l四、实验步骤1 .

34、启动运算机，双击桌面“运算机操纵实验,快捷方式，运行软件。2 .测试运算机与实险箱的通信是不是正常，通信正常继续。如通信不正常查找缘故使通信正常后才能够继续进行实验。3 .量对象的模拟电路(图6-1)。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。4 .在实验项目的下拉列表当选择实验六六、大林算法,鼠标单击同按钮，弹出实验课题参数设置对话框，在参数设置窗口设置延迟时刻和大林常数，点击确认在观看窗口观测系统响应曲线。测量系统响应时刻Ts和超调量。1.复步骤4,改变参数设置，将所测的波形进行比较。并将测量结果记入下表中：指标参数设丁

35、阶跃响应曲线5%Ts（秒）Tp（秒）延迟时间大林常数五、实验报告1 .分析开环系统下的阶跃响应曲线。2 .画出闭环的阶跃响应曲线，并求出超调和响应时刻。3 .分析大林时刻常数对系统稳固性的阻碍。六、大林算法软件流程图图中ek为误差，ekl为上一次的误差，uk是操纵量，ukl是上一次的操纵量uknl是上N+1次的操纵量使硬件被控对象初始化值输出等于0采集硬件被控对象的输出inputfinputf浮点化inputf延迟N步求ek=start-inputf(K-Kk2)Ut=(l-ki)eL-(l-ki)k：eu+(k-kk2)kiUu+(k-kkz)(l-ki)Umi判uk是否超上下限输出ukek

36、l=ekUknl更新画被控对象第J点输出inputf实验七炉温操纵实验一、实验目的1 .了解温度操纵系统的特点。2 .研究采样周期T对系统特性的阻碍。3 .研究大时刻常数系统PID操纵器的参数的整定方式。二、实验仪器1 .EL-AT-III型运算机操纵系统实验箱一台2 .PC运算机一台3 .炉温操纵实验对象一台三、炉温操纵的大体原理1.系统结构图示于图7-1。图7-1系统结构图图中Gc(s)=Kp(1+Ki/s+Kds)Gh(s)=(1-e-TS)/sGp(s)=1/(Ts+1)2 .系统的大体工作原理整个炉温操纵系统由两大部份组成，第一部份由运算机和A/D&D/A卡组成，要紧完成温度

37、搜集、PID运算、产生操纵可控硅的触发脉冲，第二部份由传感器信号放大，同步脉冲形成，和触发脉冲放大等组成。炉温操纵的大体原理是：改变可控硅的导通角即改变电热炉加热丝两头的有效电压，有效电压的可在0140V内转变。可控硅的导通角为05CH。温度传感是通过一只热敏电阻及其放大电路组成的，温度越高其输出电压越小。外部LED灯的亮灭表示可控硅的导通与闭合的占空比时刻，若是炉温温度低于设定值那么可控硅导通，系统加热，不然系统停止加热，炉温自然冷却到设定值。第二部份电路原理图见附录一。3 .PID递推算法：若是PID调剂器输入信号为e(t),其输送信号为u(t),那么离散的递推算法如下：Uk=Kpek+K

38、iek2+Kd(ek-ekT),其中ek2是误差积存和。四、实验内容：1 .设定炉子的温度在一恒定值。2 .调整P、I、D各参数观看对其有何阻碍。五、实验步骤1 .启动运算机，双击桌面“运算机操纵实验”快捷方式，运行软件。2 .测试运算机与实验箱的通信是不是正常，通信正常继续。如通信不正常查找缘故使通信正常后才能够继续进行实验。3 .20芯的扁平电缆连接实验箱和炉温操纵对象，检查无误后，接通实验箱和炉温操纵的电源。开环操纵4 .在实脸项目的下拉列表当选择实脸七七、炉温操纵,鼠标单击同按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果

39、:测量系统响应时刻Ts和超调量。p。1.重复步骤4,改变参数设置，观测波形的转变，记入下表：指标占空比、阶跃响应曲线6%Tp（秒）Ts（秒）闭环操纵6.在实验项目的下拉列表当选择实验七七、炉温操纵鼠标单击回按钮，弹出实验课题参数设置对话框，选择PID,在参数设置窗口设置炉温操纵对象的给定温度和Ki、Kp、Kd值，点击确认在观看窗口观测系统响应曲线。测量系统响应时刻Ts和超调量op。7,重复步骤6,改变PID参数，观测波形的转变，记入下表中：指标参数阶跃响应曲线5%Tp（秒）Ts（秒）KpKiKd六、实验报告1 .记录过渡进程为最中意时的Kp,Ki,Kd并画出其响应曲线。2 .分析此情形下的超调

40、量、响应时刻及稳态误差。3 .总结一种对温度操纵系统有效的选择Kp,Ki,Kd方式，以最快的速度取得中意的参数。七、温度操纵软件流程图图中ek为误差，ekl为上一次的误差，ek2为误差的积存和，uk是操纵量,可控硅导通角操纵量a=05bH,a=0导通角最大，a=5b导通角为零。实验八电机调速实验一、实验目的1 -了解直流电机调速系统的特点。2 .研究采样周期T对系统特性的阻碍。3 .研究电机调速系统PID操纵器的参数的整定方式。二、实验仪器1 .EL-AT-III型运算机操纵系统实验箱一台2 .PC运算机一台3 .直流电机操纵实验对象一台三、操纵的大体原理1 .系统结构图示于图8-1。图8-1

41、系统结构图图中Gc(s)=Kp(1+Ki/s+Kds)Gh(s)=(1-e-TS)/sGp(s)=1/(Ts+1)2 .系统的大体工作原理整个电机调速系统由两大部份组成，第一部份由运算机和A/D&D/A卡组成，要紧完成速度搜集、PID运算、产生操纵电枢电压的操纵电压，第二部份由传感器信号整形，操纵电压功率放大等组成。电机速度操纵的大体原理是：通过D/A输出+的电压操纵7812的输出，以达到操纵直流电机电枢电压的目的。速度搜集由一对霍尔器件完成，输出脉冲信号的距离反映了电机的转速。第二部份电路原理图见附录二。3 .PID递推算法：若是PID调剂器输入信号为e(t),其输送信号为u(t),

42、那么离散的递推算法如下：Uk=Kpek+Kiek2+Kd(ek-ek-1)其ek2是误差积存和。四、实验内容：4 、设定电机的速度在一恒定值。5 、调整P、I、D各参数观看对其有何阻碍。五、实验步骤1 .启动运算机，双击桌面“运算机操纵实验”快捷方式，运行软件。2 .测试运算机与实验箱的通信是不是正常，通信正常继续。如通信不正常查找缘故使通信正常后才能够继续进行实验。3 .20芯的扁平电缆连接实验箱和炉温操纵对象，检查无误后，接通实验箱电源。开环操纵4 .在实险项目的下拉列表当选择实验八八、电机调速,鼠标单击向按钮，弹出实脸课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认

43、等待屏幕的显示区显示实验结果:测量系统响应时刻Ts和超调量op。1.复步骤4,改变参数设置，观测波形的转变，记入下表：指标给定电阶跃响应曲线6%Tp（秒）Ts（秒）闭环操纵6.在实验项目的下拉列表当选择实验八八、电机调速,鼠标单击回按钮，弹出实验课题参数设置对话框，选择PID,在参数设置窗口设置电机操纵对象的给定转度和Ki、Kp、Kd值，点击确认在观看窗口观测系统响应曲线。测量系统响应时刻Ts和超调量op。7.重复步骤6,改变PID参数，观测波形的转变，记入下表中：指标参数、阶跃响应曲线5%Tp（秒）Ts（秒）KpKiKd六、实验报告1 .记录过渡进程为最中意时的Kp,Ki,Kd并画出其响应曲

44、线。2 .分析此情形下的超调量、响应时刻及稳态误差。3 .总结一种对电机操纵系统有效的选择Kp,Ki,Kd方式，以最快的速度取得中意的参数。七、电机调速操纵软件流程图图中ek为误差，ekl为上一次的误差，ek2为误差的积存和，uk是操纵量实验九步进电机操纵实验一、实验目的1 .了解步进电机的工作原理。2 .把握步进电机的驱动及编程方式。二、实验仪器1 .EL-AT-HI型运算机操纵系统实验箱一台2 .PC运算机一台3 .步进电机操纵实险对象一台三、步进电机的大体工作原理：步进电机多为永磁感应式，有两相、四相、六相等多种，实验所用电机为两相四拍式，通过对每相线圈中的电流的顺序切换来使电机作步进式

45、旋转，驱动电路由脉冲信号来操纵，因此调剂脉冲信号的频率即可改变步进电机的转速：如图9-1所示，每相电流为0.2A,相电压为5V,两相四拍通电顺序如下：X 顺序ABCD01100101102001131001B D反方向旋转正方向旋转四、实验原理：步进电机是一种电脉冲转化为角位移的执行机构。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。能够通过操纵脉冲个数来操纵角位移量，从而达到准确信位的目的。通过设定脉冲数来使步进电机转过必然的角度，实验用步进电机是每脉冲对应度。五、实验内容：使步进电机依照设定的步数进行

46、转动。六、实验步骤1 .启动运算机，双击桌面“运算机操纵实验”快捷方式，运行软件。2 .测试运算机与实验箱的通信是不是正常，通信正常继续。如通信不正常查找缘故使通信正常后才能够继续进行实验。3 .20芯的扁平电缆连接实验箱和炉温操纵对象，检查无误后，接通实验箱电源。4 .在实验项目的下拉列表当选择实验九九、步进电机,鼠标单击回按钮，弹出实验课题参数设置对话框，在参数设置窗口设置设置起点坐标、终点坐标值。点击确认在观测窗口观测指针的旋转方向和旋转格数是不是和设置值一致。5 .观测步进电机操纵对象的指针旋转是不是和软件的旋转一致。七、实验报告1 .说明步进电机的工作原理。2 .分析实际实际转动的步

47、数显现误差的缘故。实验十数据搜集一、实验目的1 .了解对持续信号的数据搜集。二、实验仪器2 .EL-AT-III型运算机操纵系统实险箱一台3 .PC运算机一台三、实验原理依照采样定理对被测信号进行采样，能后将采到的数据传回到PC机，PC机通过必然的运算将被测信号复此刻运算机的屏幕上。四、实验内容1:依如实际的需要，本实验可分为，单通道和双通道数据搜集，2 ：将被测信号加载到DA1或DA2或DA1和DA2上。3 ：启动运算机，双击桌面“运算机操纵实验”快捷方式，运行软件。4 ：测试运算机与实险箱的通信是不是正常，通信正常继续。如通信不正常查找缘故使通信正常后才能够继续进行实验。5 ：在实验项目的

48、下拉列表当选择实验十十、数据搜集,鼠标单击回按钮，弹出实验课题参数设置对话框，依如实际测量的信号选择通道一或通道二或两个通道多项选择择，然后设置好采样时刻距离和采样点数，单击确信在屏幕的显示区显示被测信号的波形。五、实验报告1.测量低频典型信号，分析当采样时刻设置不同时显示的波形的不同。附录一温度操纵电路原理图附录二电机操纵电路原理图附录三实验参考结果实验一D/A数模转换实验数字量取不同值时的D/A转换结果（每次实验只能得出一个点）：实验二A/D模数转换实验模拟量取不同的电压时的A/D转换结果（每次实验只能得出一个点）：实验三数字PID操纵当系统的Kp、Ki、Kd设定为不同的值时取得的实险结果

49、（每次实脸只能得出一条曲线）：阶跃响应实验结果图:实验四状态反馈与状态观测器跟踪响应实验结果图:实验五数字滤波实验超前校正：当超前常数取不同的值时取得的系统响应曲线（每次实验只能得出一条曲线）滞后校正：当滞后常数取不同的值时取得的系统响应曲线（每次实验只能得出一条曲线）实验六大林算法当系统延时周期和大林常数取不同的值时，取得的系统响应曲线如以下图：实验七炉温操纵实验在作本实险前请先确信采样回来的温度是在室温，若是不是，请调剂温控模块的电位器.使采样回来的温度为室温,开环炉温操纵闭环PID炉温操纵实验八电机调速实验1. 直流电机开环调速直流电机开环调速实验采纳给电机提供给定电压的方式进行调速，在

50、软件参数设置窗口中设定不同的电压即可对电机进行调速。显示屏上显示的直流电机速度曲线为电机相对速度，调整实验对象上的可调电阻，可改变电机的初始速度。因此在同一给定电压下，系统搜集的速度曲线也会不同。下面是给定电压为-2V时的一个例图：（在开环实险中测量到的转速和初始的速度有关）国一2. 直流电机闭环调速直流电机闭环调速实验通过设定不同的PID参数能够使显示屏显示曲线和电机速度始终固定在一个值。下面是PID参数设置后的一个例子实验九步进电机操纵实验步进电机操纵采纳开环操纵，设定电机起始位置时，将实际对象的转盘指针手动转到软件设置的起始值。系统运行时，屏幕上指针和实际对象的指针同步转动。实验十数据搜集将要搜集的信号接到AD1或AD2上，就可将被测信号采入，以下图为对正弦信号的单通道和双通道搜集。区一单通道数据搜集双通道数据搜集附录四AD/DA卡调试说明1. 通信测试：当做USB卡利历时，将USB/串口座的连接电缆插头正确插接在插座INTERFACE上，USB电缆的一端插接在USB/串口座上，另一端插接在PC机上,现在PC机应发觉新USB设备，可安装CP2101/2的驱动程序，完成后，通过设备治理器观察是