計算機控制技術實驗教學大綱.doc

計算機控制技術實驗教學大綱一、制定本大綱的依據(jù) 根據(jù)2004級電氣工程及其自動化專業(yè)培養(yǎng)計劃和計算機控制技術課程教學大綱制定本實驗教學大綱。二、本實驗課程的具體安排實驗項目的設置及學時分配序號實驗項目名稱內(nèi)容簡介（50字左右）實驗學時實驗要求實驗類型實驗類別每組人數(shù)1微機控制直流電機閉環(huán)調(diào)速實驗熟悉PID控制方法的控制規(guī)律，掌握不同P、I、D參數(shù)對控制系統(tǒng)的影響，掌握整定PID參數(shù)的方法。2必修驗證專業(yè)22平滑與數(shù)字濾波實驗掌握平滑與數(shù)字濾波的原理和方法，采用模擬一階慣性環(huán)節(jié)的數(shù)值濾波和四點加權平均數(shù)字濾波兩種方法，實現(xiàn)濾波功能，觀察、記錄濾波前后各波形，掌握各參數(shù)對濾波效果的作用。2必修驗證專業(yè)23組態(tài)軟件的使用實驗了解組態(tài)軟件的主要功能，掌握組態(tài)軟件（組態(tài)王King View）的使用方法。開發(fā)上位機“反應車間監(jiān)控中心”軟件，包括工藝流程圖、實時曲線及報警窗口等。2必修驗證專業(yè)24上位機控制交流變頻調(diào)速實驗了解RS-485通信原理、USS協(xié)議，掌握用組態(tài)軟件的開發(fā)方法及外部設備的連接方法。開發(fā)上位機“交流變頻調(diào)速遠程控制”軟件，包括工作原理圖、實時曲線及報警窗口。2必修綜合專業(yè)25嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方法及應用實驗了解嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程，掌握其開發(fā)調(diào)試的方法。按設計方案連接線路，編寫程序，調(diào)試。2必修綜合專業(yè)2三、本實驗課在該課程體系中的地位與作用計算機控制技術實驗是可視化程序設計及應用課程的重要組成部分，屬于學科專業(yè)實驗范疇。作為與相關教學內(nèi)容配合的實踐性教學環(huán)節(jié)，應在計算機控制技術理論課教學過程中開設。學生應具有微機原理、自動控制原理、單片機原理等基礎知識。四、學生應達到的實驗能力與標準通過本課程實驗課程的學習，使學生了解如何將計算機技術和自動控制理論應用于工業(yè)生產(chǎn)，使學生既牢固掌握計算機控制技術的基本方法，使學生系統(tǒng)地掌握計算機控制系統(tǒng)的設計、開發(fā)方面的知識，可根據(jù)要求設計計算機控制系統(tǒng)。本實驗課程為學生解決實際應用中遇到的問題打好基礎。本課程實驗要求學生熟悉PID控制方法的控制規(guī)律，掌握不同P、I、D參數(shù)對控制系統(tǒng)的影響，掌握整定PID參數(shù)的方法；了解組態(tài)軟件的主要功能，掌握組態(tài)軟件（組態(tài)王King View）的使用方法；掌握平滑與數(shù)字濾波的原理和方法，采用模擬一階慣性環(huán)節(jié)的數(shù)值濾波和四點加權平均數(shù)字濾波兩種方法，實現(xiàn)濾波功能；了解RS-485通信原理、USS協(xié)議，掌握用組態(tài)軟件的開發(fā)方法及外部設備的連接方法；了解嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程，掌握其開發(fā)調(diào)試的方法。要求：按設計要求制訂方案，連接實驗線路，直至正確地實現(xiàn)設計功能。理解設計方案后自己動手編寫、修改程序，調(diào)試通過后寫出實驗報告。五、講授實驗的基本理論與實驗技術知識實驗一 微機控制直流電機閉環(huán)調(diào)速實驗1實驗內(nèi)容：(1) 運行原始實驗程序，畫出其直流轉速對應的電壓的波形。（2）增加給定為32H，其余參數(shù)同a，畫出其n的波形。（3）去掉IBAND，其余參數(shù)同a，畫出其n的波形。（4）KPP=0FFFH，其余參數(shù)同a，畫出其n的波形。（5）KII=0FFFH，其余參數(shù)同a，畫出其n的波形。（6）KDD=0FFFH，其余參數(shù)同a，畫出其n的波形。（7）根據(jù)以上測試，選擇一組較好的參數(shù)，進行實驗。2.實驗要求按圖接線。通過實驗掌握數(shù)字PID工作原理及調(diào)節(jié)器各參數(shù)的整定方法。TDN-AC/ACS系統(tǒng)的8255 PB10脈沖信號為控制量，經(jīng)驅動電路驅動電機運轉。霍爾測速元件輸出的脈沖信號記錄電機轉速構成反饋量，在參數(shù)給定情況下，經(jīng)PID運算，電機可在控制量作用下，按給定轉速閉環(huán)運轉。其中OPCLK為1.1625Mhz時鐘信號。經(jīng)8253的2號通道分頻輸出1ms的方波，接入8259產(chǎn)生IRQ6中斷，作為系統(tǒng)采樣時鐘：PB10產(chǎn)生PMW脈沖計時及轉速累加。8259的IRQ7中斷用于測量電機轉速。+5V驅動單元 GATE2OUT2(8255)IRQ6(8259)(8253)CLK2OPCLK(8253)(1.625MHZ)直流電機IRQ6（8259）PB10TDN-ACS系統(tǒng)圖1.13實驗基本儀器微機、TND-AC/ACS開發(fā)實驗箱。實驗二 平滑與數(shù)字濾波實驗1實驗內(nèi)容計算機對含有干擾的正弦信號（約0.51Hz通過采樣輸入，然后進行數(shù)字濾波處理，以保留正弦信號，去除干擾，最后變成模擬量C輸出。（1）模擬一階慣性環(huán)節(jié)的數(shù)字濾波。（2）四點加權平均數(shù)字濾波。2. 實驗要求：（1） 模擬帶有尖脈沖干擾的正弦信號。（2） 進行濾波器參數(shù)的計算。（3） 確定采樣周期。（4） 按實驗指導書連接線路。（5） 調(diào)用程序實現(xiàn)濾波。3.實驗儀器：微機、TND-AC/ACS實驗箱。實驗三 組態(tài)軟件的使用實驗1實驗內(nèi)容開發(fā)上位機“反應車間監(jiān)控中心”軟件，包括工藝流程圖、實時曲線及報警窗口。如圖3.1所示。圖3.1（1）建立新項目（2）設計圖形界面（3）定義外部設備和數(shù)據(jù)庫（4）動畫連接對三個對象進行填充連接，用數(shù)值標注各液面高度。（5）設置實時曲線與實時報警窗口（6）調(diào)試、運行軟件2實驗要求運行畫面如下圖所示。圖3.23.試驗儀器微機、電機。實驗四 上位機控制交流變頻調(diào)速實驗1實驗內(nèi)容：開發(fā)上位機“交流變頻調(diào)速遠程控制”軟件，包括工作原理圖、實時曲線及報警窗口。如圖所示。圖4.1（1）建立新項目。（2）設計圖形界面。（3）定義外部設備和數(shù)據(jù)庫。（4）用數(shù)值標注電機轉速。（5）設置實時曲線與實時報警窗口。（6）調(diào)試、運行軟件。2.實驗要求：運行畫面如下所示。圖4.23.試驗設備微機 實驗五 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方法及應用實驗1.實驗內(nèi)容和要求：（1）正確連接各部件。（注意：嚴禁帶電操作?。┻B線如圖5.1所示。圖5.1（2）用BOOTLOADER對實驗板進行測試將WINDOWS 中的超級終端的應用程序打開：開始/程序/附件/通訊/超級終端，并按下各圖進行設置：圖5.2圖5.3此時目標板上的J1的2，3腳應短路(1腳的焊盤是方的)。接通板子的電源。在超級終端中能看到BOOTLOADER的啟動信息： 圖5.4（3）開發(fā)、仿真調(diào)試程序過程運行桌面上的JTAG-NT&2000.exe；然后再進入SDT2.5 編寫程序，執(zhí)行ARM debugger for windows （在桌面上），點擊SDT 的File-Open ，選擇SDT文件夾demo中的LED.apj文件，點擊確定按鈕。 點擊Debug 按鈕，再按buid按鈕，點擊GO按鈕，以運行程序。 按以上方法，再做串行口實驗UART實驗。觀察以上兩個程序的運行結果。（4）用超級終端觀察uClinux 的啟動過程保證目標板上的J1的1，2腳短路(1腳的焊盤是方的)。接通板子的電源。在超級終端中能看到板子的啟動信息，之后看到LINUX 的命令提示符，如下圖所示。在命令提示符下鍵入ls（回車），可以看到板子的文件目錄（鍵入其它常用的LINUX 命令也可以執(zhí)行）。圖5.55.網(wǎng)絡實驗uClinux啟動后，在超級終端中用命令：ifconfig eth0 192.168.100.120配置網(wǎng)絡。（這里，宿主機IP為192.168.100.119 ，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，用主戶應根據(jù)實際網(wǎng)絡情況做變動）。然后，用網(wǎng)線把目標板接入到局域中。 執(zhí)行PING命令就可以PING通局域網(wǎng)中的計算機了，如下圖所示。這時，在局域網(wǎng)中的計算機上的IE的地址欄中鍵入目標板的IP地址，就可以看到如上圖所示的畫面。 如果局域網(wǎng)已經(jīng)接入互聯(lián)網(wǎng)，則點擊上圖中的“首頁”就可以進入到微芯力公司的網(wǎng)站。六、實驗的考核與成績評定以實驗報告和學生實際操作能力為主，參考提問和出勤情況等，綜合評定給出計算機控制技術課程平時成績。七、主要參考書 1計算機控制系統(tǒng)，高金源，北京：高等教