计算机控制实验-PPT

计算机控制实验指导教师：王艳计算机控制实验实验五数字PID控制实验实验三模拟输入/输出实验实验四模拟滤波与数字滤波实验实验六直流电机闭环控制实验实验二数字PID控制器设计与仿真实验一数字滤波器的设计与仿真实验一数字滤波器的设计掌握由模拟滤波器设计数字滤波器各种近似方法设计数字滤波器的仿真程序比较不同方法设计的数字滤波器的特性实验目的实验一数字滤波器的设计实验内容设模拟滤波器传递函数模型为：实验内容实验内容分别用六种方法求数字滤波器传函D(z)中各系数填入表1数字滤波器输入输出关系为1、用六种方法设计数字滤波器实验一数字滤波器的设计实验内容实验内容上式中：f为正弦信号频率，为采样角频率，采样周期，为信号初始相位2、用Matlab编写正弦输入信号及数字滤波器输入输出关系仿真程序，单位正弦信号的数学模型为：实验内容3、在计算机上实现数字滤波仿真实验一数字滤波器的设计实验步骤根据滤波器系数，用下列三种方法设计MATLAB仿真程序：实验步骤实验步骤1双线性变换，2零阶保持器，3频域法选正弦信号频率f=0.1，0.5，1，2，3,15Hz采样频率fs=50，100Hz将仿真结果频率特性填入表二，并对其仿真结果进行分析实验一数字滤波器的设计MATLAB实验例程：a=5fs=input%('\n采样频率为(hz)=')f=input%('\n信号频率为(hz)=')%双线性D(z)z=exp(i*2*pi*f/fs)data=a/fs*(1+z)/((a/fs+2)*z-2+a/fs);

ABS=abs(data)%D(exp(jwt))的幅值AG=angle(data)*180/pi%D(exp(jwt))的相角k=1:100;x=sin(2*pi*f/fs*k);求双线性变换的频率特性实验一数字滤波器的设计MATLAB实验例程：num=[a/fsa/fs];den=[2+a/fs-2+a/fs];y=filter(num,den,x）str=sprintf(‘sin(2*pi*%f/%f*k)’,f,fs)%将函数变换成字符串figurefplot(str,[0,100],'r')holdonplot(k,y,'b*',k,y,'k.-')axis([0100-11])%坐标轴gridon%绘图网格求双线性变换的频率特性实验一数字滤波器的设计MATLAB实验例程：u_hz=input(‘\nU_HZ’);%输入信号频率forQ=-179:180i=0:399;u=sin(2*pi*u_hz*i/3+Q/180*pi);y(1)=0;fori=2:400y(i)=19*y(i-1)/21+1/21*(u(i)+u(i-1));

%换不同算法endY(Q+180)=max(y);endYY=max(Y)%信号采集的最大幅值QQ=find(Y==YY)-180%最大幅值对应的相角度数双线性方法求取最大值实验一数字滤波器的设计实验报告要求用六种设计方法求D(z)并将对应系数填入表1计算频率特性填入表2并进行比较记录仿真结果于表3并与表2比较实验后对采样定理的理解数字滤波器有相移，且输入输出都是离散值，仿真时如何才能得到其最大幅值？实验二数字PID控制系统设计与仿真掌握采样系统对象Z传递函数的列写熟悉数字PID控制参数整定方法实验目的掌握PID全量和增量控制算法，并进行比较通过编程设计数字仿真程序，确定PID最佳参数实验二数字PID控制系统设计与仿真内容1求工业过程Z传递函数，控制对象模型：内容3内容2用高桥法整定PID参数，用SIMULINK编写系统仿真程序式中：L=0.2秒,T1=2秒,T2=0.5秒，采样周期为=0.4秒分别采用增量和全量方法进行系统仿真，调整参数，达到较好的控制效果实验二数字PID控制系统设计与仿真数字PID控制系统框图如下

图中：r(k)为给定信号，v(k)为干扰信号，G(z)为工业过程的Z传递函数

实验二数字PID控制系统设计与仿真用已知对象，求阶跃响应飞升特性根据飞升特性，计算PID参数，设计仿真程序阶跃输入，有阀位限制，分别进行增量或全量仿真实验步骤阶跃输入，无有阀位限制，进行增量及全量仿真

实验二数字PID控制系统设计与仿真用SIMULINK构建仿真系统常用模块如下title实验二数字PID控制系统设计与仿真用SIMULINK构建仿真系统飞升特性框图title参数设置见matlab软件实验二数字PID控制系统设计与仿真选择Simulationparameterstitle实验二数字PID控制系统设计与仿真选择Simulation\configurationparameters\设置如下通常：Relativetolerance

应设置1e-6title实验二数字PID控制系统设计与仿真Scopesetup——parameterstitle实验二数字PID控制系统设计与仿真运行程序在workspace可看到y_data,双击y_data见右图飞升特性数据title实验二数字PID控制系统设计与仿真title根据下列公式由飞升特性数据求出g(k)最大值根据下列公式计算PID参数实验二数字PID控制系统设计与仿真titleSIMULINK仿真实例：无阀限PID控制算法仿真结构图实验二数字PID控制系统设计与仿真title有阀位限制PID增量算法仿真结构（阀限值可适当增大至5）实验二数字PID控制系统设计与仿真title无阀位限制PID增量算法仿真结构实验二数字PID控制系统设计与仿真求解对象飞升特性，整定PID参数，报告要求阶跃输入，有阀位限制，分别用PID增量和全量算法，设计仿真程序，记录y(k)、u(k)数据，给出仿真图形，并进行比较报告要求阶跃输入，无阀位限制，PID增量或全量算法，记录数据y(k)、u(k)。给出增量或全量仿真图形，标明过渡过程中的各项参数报告要求实验二数字PID控制系统设计与仿真采用上述任意一种阀位、算法，调试一组较理想参数，给出PID参数值，记录仿真响应曲线y(k)，标明过渡过程参数。报告要求报告要求增量与全量比较哪种效果好，为什么？计算机实验设备简介实验系统AEDK-labACT是采用模块式结构，可构造各种型式和阶次的模拟环节和控制对象。同时以微处理器为平台实现计算机控制技术的实验教学系统构成核心系统：8088微处理器，通过RS232总线与上位机通讯，函数发生器，信号测量，阶跃信号发生器，运算模拟单元，虚拟示波器，外围控制对象等组成计算机实验设备简介实验系统下图是实验系统操作面板和虚拟示波器实验三模拟输入/输出实验熟悉模拟输入/输出通道的硬件结构掌握计算机接口的测试方法

了解实验设备结构，熟悉实验设备操作，读懂实验程序内容

实验目的实验三模拟输入/输出实验内容1执行A/D实验程序，通过改变输入模拟电压测量相对应的数字电压信号

内容2测试A/D转换灵敏度，线性范围，分析模拟量与数字量之间的关系

内容3执行D/A实验程序，通过改变数字信号测量转化后的模拟电压内容4测试D/A转换灵敏度，线性范围，分析模拟量与数字量之间的关系

实验三模拟输入/输出实验电压档位B1(K3)下(K4)上A/D转换B1(Y)→B7(IN4orIN5)电压观测B1(Y)→D1(0~5V)单极性A/D转换接线图双极性A/D转换接线图调用实验机软件“微机控制/二：模/数转换”界面测量转化的数字电压

电压档位B1(K3)上(K4)上A/D转换B1(Y)→B7(IN6orIN7)电压观测B1(Y)→D1(-5~+5V)调用实验机软件“微机控制/二：模/数转换”界面测量转化的数字电压

实验步骤1

实验三模拟输入/输出实验实验步骤2单极性D/A转换接线图单极性D/A转换B2(OUT1)→D1(0~5V)双极性D/A转换接线图双极性D/A转换B2(OUT2)→D1(-5~+5V)操作：1、打开文件DA.c，修改程序中count数值，即D/A要转换的数字量，范

围是0x00~0xff。2、编译：执行“编译/编译并连接”，下载：执行“调试/加载调试”

运行：执行“调试/全速运行”；在D1数码管上显示转换后电压；3、反复修改程序count数值，重复操作2，用D1输入信号测量按钮，切换

观察0~5V，-5~+5V运行结果实验三模拟输入/输出实验实验报告要求从理论分析，ADC0809芯片最小数字量对应模拟量输出LSB为多少伏?写出A/D转换中模拟输入与数字量输出的关系式在表1、2、3、中添写相应的实验数据

数字量与模拟量的对应公式是什么从理论分析，数模转换8位D/A的最小分辨率是多少？实验四模拟滤波与数字滤波实验

掌握模拟、数字滤波器设计实现方法分析滤波器幅值和相角的理论值与测量值区别

比较不同方法设计的数字滤波器的特性实验目的实验四模拟滤波与数字滤波实验内容使用labACT实验机搭建所设计模拟滤波器电路内容观察模拟滤波效果，计算测量频率特性理论和实际值。内容根据

设计模拟滤波器原理图实验内容1：模拟滤波器实验四模拟滤波与数字滤波实验内容内容观察数字滤波效果，记录测量频率特性理论和实际值内容实验内容2：数字滤波器真对实验系统设计一阶数字滤波程序，输入与输出关系：

分别用保持器等效法和双线性变换法完成的一阶数字滤波器设计实验四模拟滤波与数字滤波实验实验步骤1

放大器环节A3输入电阻（k）：10,20,50,100,200反馈电阻（k）：10,20,100反馈电容（uf）：有三个可并联1uf电容放大器环节A6输入电阻（k）：10,20,30,50,100,500反馈电阻（k）：10,50,300反馈电容（uf）:有四个可并联1uf电容利用已知放大器相关阻容设计模拟滤波器

实验四模拟滤波与数字滤波实验将“B5函数发生器的SIN正弦波输出”接“滤波器模拟”输入，正弦波信号幅值在3伏左右实验步骤2将“SIN正弦波输出”接“B3虚拟示波器的CH1”，模拟环节的输出接“B3虚拟示波器的CH2”运行界面“开始”“停止”就可看到曲线实验步骤2实测幅值=输出幅值峰峰值/输入幅值峰峰值实测相角=输入与输出峰值时的相角差（时间差）/输入信号周期*360°实验步骤3实验四模拟滤波与数字滤波实验实验步骤4用虚拟示波器中的双迹示波器观察输入信号与输出滤波信号

实验步骤4S2可以切换正弦信号频率，上档0.5~2.5Hz，下档1~50Hz;根据步骤3计算幅值和相角实验步骤4执行：输入正弦信号并调节信号幅值A与频率f（Hz）进行实验实验四模拟滤波与数字滤波实验实验步骤5

在软件界面中，打开Filter.c,修改数字滤波系数,因系统采用定点数，所以需将系数变成整数,例:a1=0.9,b0=0,b1=0.1则设:Td=8;/*Td*2.5ms*/采样周期为20msaa=9;//aa=a1*KY bb=0;//bb=b0*KYcc=1;//cc=b1*KYKY=10;数字滤波系数的设置实验四模拟滤波与数字滤波实验实验步骤6

数字滤波器接线框图实验四模拟滤波与数字滤波实验将“B5-SIN正弦波”输出，连接

“B7-IN6”，Filter.c程序是将一阶滤波结果输出到D/A口实验步骤6实验步骤6实验步骤6将“B5（信号发生器）的SIN正弦波”与“B3虚拟滤波器的CH1”连接。将“B2的OUT2测孔”与“B3虚拟滤波器的CH2”连接实验四模拟滤波与数字滤波实验执行：1完成相应连线；2调出“工具/双迹示波器”界面；3调用“工具/加载”文件到实验机”加载Filter.exe程序实验步骤6实验步骤6实验步骤66分别使用保持器等效法和双线性变换法完成一阶数字滤波；在表2中填写理论值和实验数据。4在“工具/双迹示波器”界面上按“开始”启动程序5幅值、相角测试方法与模拟滤波器相同实验四模拟滤波与数字滤波实验一阶滤波器实验波形示例实验系统实验四模拟滤波与数字滤波实验实验报告要求将实验数据填入表1，并复制f=1Hz时双迹示波器实验波形分别使用双线性变换法和保持器等效法完成一阶数字滤波器测试在表2中填写理论值和实验数据设计模拟滤波环节，画出原理图。复制f=1Hz时双线性变换法和保持器双迹示波器的实验波形实验五数字PID控制实验了解数字PID控制的基本原理

熟悉数字PID控制参数整定方法，并通过实验确定PID参数

掌握增量控制及防积分饱和PID控制方法

实验目的通过实验提升理论知识的理解，锻炼实践能力实验五数字PID控制实验内容设计模拟被控对象，并求其飞升特性

内容用开环整定法计算PID参数，实现增量和防积分饱和PID控制内容进行两种PID控制实验，比较其控制效果实验五数字PID控制实验根据所设计模拟对象的原理图，同样可以采用A3和A6搭接实验电路

实验步骤1实验步骤1实验步骤2在模拟对象输入端加阶跃响应信号，测试飞升特性曲线,通过阶跃输入实验辨识方法确认和在实际工程中PID控制多用于带时延的一阶或二价惯性环节组成的工控对象，其传递函数是实验五数字PID控制实验如采样周期T与被控对象时间常数能符合可获得良好PID调节效果。考虑实际的实验系统，选T=0.01s

实验步骤3采用开环整定法确定参数，根据经验公式求得数字PID调节器参数、、实验步骤4实验步骤5再根据所选采样周期确定PID参数实验五数字PID控制实验操作按下