计算机控制技术范立男实验指导书

1、百度文库计算机控制技术实验指导'书目录实验一 ：A/D、D/A转换实验 2实验二：数字 PID实验/ 4实验三：大林算法 8实验四：炉温控制实验 1115实验一 ：A/D、D/A转换实验一、实验目的与要求1、掌握A/D、D/A转换原理 2、熟悉8位A/D、D/A转换的方法。 二、实验类型验证性三、实验原理及说明1、通过数据通道接口板完成8位D/A转换的实验，转换公式如下：Uo Vref (2 7 K7 26K620 K0)/28Vref5V例如：数字量=01010001 K 7=0, K6=1, K5=0, K4=1, K3=0, K2=0, K=0, K0=1模拟量 Uo Vref

2、(27K7 26 K620K0)/28 1.0实验中，根据输入的数字量，D/A转换为模拟量，其结果经A/D采集并显示在计算机上。实验示意图见图 1-1。图1-1实验示意图2、通过数据通道接口板完成8位A/D转换的实验，转换公式如下：数字量=模拟量/ 2N Vref。其中N是A/D转换器的位数，Vref是基准电压。例如：N=8 Vref=模拟量= 则数字量=X28=51 (十进制)实验中设置的模拟量由D/A转换取得，此模拟量经 A/D转换为数字量，并显示在计算机上。实验示意图见图 1-2。图1-2实验示意图四、实验仪器序号名称主要用途1 SAC-CCT#算机控制技术教学实验系统构成实验所需的硬件

3、电路2PC机1输入参数，观察运行 结果五、实验内容和步骤(一)1、将图1-1所示模拟电路连接好，将输入端ui与数据通道接口板上的 DA0连接，输出端uo与实验平台信号引出区的 IN0孔连接。（在实验14中涉及运放电路板及 ui及uo 均按此连线，不再赘述）。将拔掉短路子 J1、J2。2、启动计算机，运行“系统设置”菜单，选择串口。（在实验14中同此，不再赘述，如不选择，则设为默认值，选择COM通讯端口。）3、打开“计算机控制技术”，打开“实验选择”菜单，选择“D/A数模转换”实验。4、选择“参数设置”命令，设置采样周期，采样点数和设定电压。5、选择“运行观测”命令，观察阶跃响应曲线，改变模拟电

4、路参数后，在重新观察阶 跃响应曲线的变化。6、为了更好观察曲线，在“参数设置”命令中，设置“曲线放大”倍数，“运行观测”。7、记录波形及数据（保存结果、打印图像） 。8、连接其他电路，重复步骤 3、4、5、6。、（二）1、将图1-2所示模拟电路连接好，输入端和输出端分别接DA0和IN0。将拔掉短路子J1 、 J2。2、启动计算机，运行“”计算机控制技术”，打开“实验选择”菜单，选择“ A/D数模转换”实验。3、选择“参数设置”命令，设置采样周期，采样点数和设定电压。4、为了更好观察曲线，在“参数设置”命令中，设置“曲线放大”倍数，“运行观测”。5、记录波形及数据（保存结果、打印图像） 。六、实

5、验数据处理与分析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，分析产生误差的原因。七、预习与思考题1、A/D转换、D/A转换的基本原理。/2、数字量转换成模拟量，模拟量转换成数字量的公式。实验二数字PID控制一、实验目的与要求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H型系统的稳态误差。二、实验类型验证性三验原理及说明Gc(S)Kp(1 Ki /S KdS)Gh(S)(1 eTS)/SGp1(S) 5/(0.5S 1)(0.1S 1)GP2(S) 1/(S(0.1S 1)2、开环系统(被控对象)的模拟

6、电路图分别示于图2-2和图2-3，其中图2-2对应Gp1(S),图2-3对应GP2(S)3、被控对象Gpi(S)为“0型”系统，采用 PI控制或PID控制，可使系统变为“I型” 系统，被控对象 GP2(S)为“I型”系统，采用 PI控制或PID控制，可使系统变为“n 型”系统。100KI I图2-2100kI I图2-34、当r(t)=1(t)时研究其过渡过程。、5、PI调节及PID调节器的增益。Gc(S) Kp(1 Ki/S) KpKi(1/Ki)S 1)/S K(TiS 1)/S 式中K KPKi Ti (1/Ki)不难看出PI调节器的增益 K KpKi,因此在改变 Ki时，同时改变了闭环

7、增益K,如果不想改变 K,则应相应改变 Kp,采用PID调节器相同。6、PID递推算法：如果 PID调节器输入信号为 e(t),其输出信号为u(t),则离散的递 推算法如下：Uk KpeK KieK2 Kd (eK eK 1) 其中eK2是误差累积和。四、实验仪器序号名称主要用途1SAC-CCT#算机控制技术教学实验系统构成实验所需的硬件电路2PC机输入参数，观察运行结果五、实验内容和步骤1、连接运放电路板的电源线(土12V, GND,并将图2-2所示的模拟电路连接好，输入端和输出端分别接 DAR IN0o/2、启动计算机，运行“”计算机控制技术”，打开“实验选择”菜单，选择“数字 PID控制

8、”实验。3、在命令菜单中选择“参数设置”。进入参数显示窗口，设置采样周期(单位为ms),采样点数，输出电压及 Kp, Ki, Kd各参数。4、选择“运行观测”命令，观察响应波形。5、改变参数 Kp, Ki, Kd的值，重复步骤 4。6、取满意的Kp, Ki , Kd,观察稳态误差。7、连接图2-3所示模拟电路，重复上述步骤。8、记录波形及数据。（保存结果，打印图像）9、实验结束，单击“退出实验”六、实验数据处理与分析1、画出实验的模拟电路图。2、当被控对象为GP1（S）时，取过渡过程为最满意时的Kp, Ki, Kd,画出校正后的波特图，查出相位稳定裕量丫和穿越频率3c。3、总结一种有效选择 K

9、p, Ki, Kd的方法，以最快的速度获得满意的参数。七、预习与思考题1、PID控制器中P、I、D三个环节的作用是什么？2、PID的参数整定方法。八、PID算法流程图（eK为误差，eKi为上一次误差，eK2为误差的累积和，Uk是控制量）实验三大林算法、实验目的与要求1、掌握大林算法的特点及适用范围。， 2、了解大林算法中时间常数/T对系统的影响。、实验类型验证性三、实验原理及说明1、被控实验对象的构成(1)惯性环节的模拟电路及传递函数:其中0.2(2)纯延时环节的构成与传递函数图3G (S) e NTSG(S) T1ST为采样周期，N为正整数的纯延时个数。由于纯延时环节不易用电路实现，在软件中

10、由计算机实现。(3)被控对象的开环传递函数为:G(S)2eNTS/( 1S 1)2、大林算法的闭环传递函数:Go(S)NTS /( S1)为大林时间常数3、大林算法的数字控制器:T /T / 1D(z) (1 e )(1 e z1T /)/(K(1 e1T/)(1 e1T/ 、 N 1、z (1 e )z )设K1 eT/ K2 e T/ 110.2 大林时间常数 K=2(K KK2)Uk (1 K1)eK (1 K1)K2%1 (K KK2)K1U(K K%)。KJUkni 四、实验仪器序号/ 名称、主要用途1SAC-CCT#算机控制技术教学实验系统、构成实验所需的硬件电路2PC机输入参数，

11、观察运行结果五、实验内容和步骤1、将模拟电路在运放电路板上连接好。2、启动计算机，运行“计算机控制技术”，打开“实验选择”菜单，选择“大林算法”实验。3、在命令菜单上选择“参数设置”命令，进入参数设置窗口，设置采样周期、采样点数，输出电压和大林时间常数。4、选择“运行观测”命令，观察响应波形。六、实验数据处理与分析1、分析开环系统的阶跃响应曲线。2、画出闭环的阶跃响应曲线，并求出超调量和响应时间。3、分析大林时间常数对系统稳定性的影响。七、预习与思考题1、大林算法适合于什么类型的被控对象？2、大林算法的闭环传递函数是什么？3、大林算法的数字控制器的设计步骤。八、大林算法软件流程图（eK为误差，

12、eK1为上一次误差，Uk是控制量，Uki是上一次的控制量）/（UKn1是上N+1次的控制量）实验四炉温控制实验一、实验目的与要求1、了解炉温控制系统的特点。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控制器参数的整定方法。二、实验类型综合性三、实验原理及说明m u t：V.-HRGh(S)1 ' 'Gp(S)2 "L1sl升尊机图4-11、系统结构表小于图4-1。Gc(S) Kp(1 Ki /S KdS) 图中 Gh(S) (1 eTS)/SGp(S) 1/(TS 1)2、系统的基本工作原理系统由两大部分组成，第一部分由计算机、数据通道接口板和

13、微机实验平台组成， 完成温度信号采集、PID运算、产生控制双向可控硅的触发信号；第二部分为炉温控制 实验板，完成温度控制及传感器信号放大，第二部分电路原理图见图4-2。在炉温控制实验板上， 温度检测元件采用热敏电阻 Rt,其阻值变化由双臂电桥变换 成电压信号，经放大电路为。5V信号，送A/D转换器（ADC0809转化为数字信号。系统采用双向可控硅应用过零触发方式，在每个控制周期（与采样周期相等），控制输入电阻丝的正弦波个数，即通过控制输入电阻丝平均功率的大小来达到控制温度的目 的，图中，AC15V电源由实验平台从它与炉温控制实验板的连接插脚Rt、R1处提供。图4-2PID递推算法如果PID调节

14、器输入信号为 e(t),其输出信号为u(t),则离散的递推算法如下:Uk K peK KieK2 Kd(eK eK 1)其中eK2是误差累积和。/四、实验仪器 /序号名称、主要用途1SAC-CCT#算机控制技术教学实验系统构成实验所需的硬件电路2PC机输入参数、观察运行结果五、实验内容和步骤1、连接炉温控制板的电源线(土12V, GND,+5V，将Rt, R1连至炉体相应插口，将Vo与IN0, CK与相连。2、运行“计算机控制技术”，打开“实验选择”菜单，选择“炉温控制”实验。 3、在命令菜单上选择“参数设置”命令，进入参数设置窗口，设置采样周期及Kp,Ki , Kd各参数。4、选择“运行观测”命令，由计算机完成温度采样计算机和输出控制信号并在波 形显示窗口显示系统响应曲线，同时以红色数字将即时温度显示在屏幕上。5、改变参数Kp, Ki , Kd重复步骤4,观察不同参数时的响应曲线及稳态误差。6、取满意的Kp, Ki, Kd,并记录实验 结果。注：若运行观测时的初始温度与环境温度不符，应予以调节，方法如下：断开 Q 与连线，选择“运行观测”命令，调节R,直至屏幕显示