計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)指導(dǎo)書

1、 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 66前 言數(shù)字計(jì)算機(jī)由于其具有強(qiáng)大的算術(shù)運(yùn)算、邏輯判斷、記憶等信息加工能力，使得它一誕生就被應(yīng)用到控制領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使60年代控制理論得到應(yīng)用，而現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，又為計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展奠定了廣闊的理論基礎(chǔ)。特別是微電子技術(shù)的發(fā)展給計(jì)算機(jī)控制提供了物質(zhì)基礎(chǔ)?，F(xiàn)在在工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)控制正廣泛深入地的得到應(yīng)用，并取得了可喜的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。為適應(yīng)當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在自動(dòng)控制系統(tǒng)專業(yè)中開設(shè)了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)這門課程，作為大學(xué)生的必修課。本套“計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”就是為這門課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)采用ad/da卡通過usb接口與計(jì)算機(jī)連接實(shí)現(xiàn)信號(hào)源

2、信號(hào)的輸出和系統(tǒng)響應(yīng)信號(hào)的采集，采集后信號(hào)通過計(jì)算機(jī)顯示屏顯示，省去了外接信號(hào)源和示波器測(cè)量響應(yīng)信號(hào)的麻煩。el-cat-iii/iv型自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)支持計(jì)算機(jī)控制理論課的所有實(shí)驗(yàn)，通過這套實(shí)驗(yàn)儀器可使學(xué)生進(jìn)一步了解和掌握計(jì)算機(jī)控制理論的基本概念、控制系統(tǒng)的分析方法和設(shè)計(jì)方法以及控制算法的編程實(shí)現(xiàn)，學(xué)習(xí)和掌握系統(tǒng)模擬電路的構(gòu)成和測(cè)試技術(shù)，提高應(yīng)用計(jì)算機(jī)的能力及水平。另外，與本套實(shí)驗(yàn)箱配備的還有三個(gè)實(shí)際的控制對(duì)象：溫控爐、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)，通過對(duì)這三個(gè)對(duì)象的控制可以提高學(xué)生對(duì)實(shí)際控制對(duì)象的感性認(rèn)識(shí)。本書分為四章，第一章為el-cat-iii/iv型實(shí)驗(yàn)箱硬件資源，主要介紹實(shí)驗(yàn)箱的硬件組成和系

3、統(tǒng)單元電路。第二章為系統(tǒng)集成操作軟件，主要介紹系統(tǒng)軟件的安裝，操作以及計(jì)算機(jī)和實(shí)驗(yàn)箱的通訊設(shè)置。第三章為計(jì)算機(jī)算法編程指導(dǎo)，主要介紹軟件算法的實(shí)現(xiàn)方法。第四章為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)部分，主要介紹各個(gè)實(shí)驗(yàn)的電路組成，實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟。另外，在附錄部分有部分實(shí)驗(yàn)的說明和參考結(jié)果以及控制對(duì)象的原理電路圖。目 錄第一章 硬件資源2第二章 軟軟件安裝及使用7 第三章 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)部分13 實(shí)驗(yàn)一 d/a數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)14 實(shí)驗(yàn)二 a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)16 實(shí)驗(yàn)三 數(shù)字pid控制實(shí)驗(yàn)18 實(shí)驗(yàn)四 狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)驗(yàn)23 實(shí)驗(yàn)五 數(shù)字濾波器實(shí)驗(yàn)28 實(shí)驗(yàn)六 大林算法實(shí)驗(yàn)34 實(shí)驗(yàn)七 爐溫控制實(shí)驗(yàn)38 實(shí)驗(yàn)八 電機(jī)調(diào)速實(shí)

4、驗(yàn)43 實(shí)驗(yàn)九 步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)48 實(shí)驗(yàn)十 數(shù)據(jù)采集 50附錄一 直流電機(jī)控制對(duì)象原理圖51附錄二 溫控爐控制對(duì)象原理圖52附錄三 實(shí)驗(yàn)結(jié)果參考53附錄四 ad/da卡調(diào)試說明63第一章 硬件資源el-cat-iii/iv型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、ad/da采集卡、自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)箱、打印機(jī)（可選）組成如圖1，其中計(jì)算機(jī)根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)分別起信號(hào)產(chǎn)生、測(cè)量、顯示、系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理的作用，打印機(jī)主要記錄各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，實(shí)驗(yàn)箱主要構(gòu)造被控模擬對(duì)象。顯示器計(jì)算機(jī)打印機(jī)實(shí)驗(yàn)箱電路ad/da卡圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成實(shí)驗(yàn)箱面板如下圖：圖2 el-cat-iii型實(shí)驗(yàn)箱面板圖 el-cat-iv型實(shí)驗(yàn)箱面板

5、下面主要介紹實(shí)驗(yàn)箱的構(gòu)成：一、 系統(tǒng)電源el-cat-iii/iv系統(tǒng)采用本公司生產(chǎn)的高性能開關(guān)電源作為系統(tǒng)的工作電源，其主要技術(shù)性能指標(biāo)為：1 輸入電壓：ac 220v2 輸出電壓/電流：12v/0.5a,-12v/0.5a,+5v/2a3 輸出功率：22w4 工作環(huán)境：540。二、 ad/da采集卡ad/da采集卡如圖3采用c8051f410芯片做為主控芯片，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和usb通信，ad采樣位數(shù)為12位，采樣率為100khz。da轉(zhuǎn)換位數(shù)為12位，轉(zhuǎn)換速率為10k。 ad/da采集卡有兩路輸出（da1、da2）和兩路輸入（ad1、ad2），其輸入和輸出電壓均為5v+5v。圖3 ad/da

6、采集卡另外在ad/da卡上有一個(gè)10針插座用來連接ad/da卡和計(jì)算機(jī)，連接方式分usb和rs232。三、 實(shí)驗(yàn)箱面板e(cuò)l-cat-iii/iv實(shí)驗(yàn)箱面板布局如下圖：圖4-1 el-cat-iii實(shí)驗(yàn)箱面板布局圖4-2 el-cat-iv實(shí)驗(yàn)箱面板布局實(shí)驗(yàn)箱面板主要由以下幾部分構(gòu)成：1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Kel-cat-iii/iv實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有八組由放大器、電阻、電容組成的實(shí)驗(yàn)?zāi)K。每個(gè)模塊中都有一個(gè)由ua741構(gòu)成的放大器和若干個(gè)電阻、電容。這樣通過對(duì)這八個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的靈活組合便可構(gòu)造出各種型式和階次的模擬環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)。（注：el-cat-iv只有六組放大器，多了三個(gè)控制對(duì)象）2 二極管，電阻、電容、二極

7、管區(qū)這些區(qū)域主要提供實(shí)驗(yàn)所需的二極管、電阻和電容。3 ad/da卡輸入輸出模塊該區(qū)域是引出ad/da卡的輸入輸出端，一共引出兩路輸出端和兩路輸入端，分別是da1、da2，ad1、ad2。有一個(gè)按鈕復(fù)位，按下一次對(duì)ad/da卡進(jìn)行一次復(fù)位。20針的插座用來和控制對(duì)象連接。(注：el-cat-iv沒有此接口，控制對(duì)象直接裝到實(shí)驗(yàn)箱里了，el-cat-iv型沒有復(fù)位按鈕，采用上電復(fù)位)4 電源模塊電源模塊有一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱電源開關(guān)，有四個(gè)開關(guān)電源提供的dc電源端子，分別是12v、-12v、+5v、gnd，這些端子給外擴(kuò)模塊提供電源。5 變阻箱、變?nèi)菹淠K變阻箱、變?nèi)菹涫潜緦?shí)驗(yàn)系統(tǒng)的一個(gè)突出特點(diǎn)，只要按動(dòng)數(shù)

8、字旁邊的“”、“”按鈕便可調(diào)節(jié)電阻電容的值，而且電阻電容值可以直接讀出。第二章 軟件安裝及使用一、軟件安裝軟件安裝(分兩大部分)一、安裝應(yīng)用軟件1按照軟件提示，一步一步完成安裝 圖1進(jìn)入安裝界面 圖2選擇安裝路徑 圖3單擊install 圖4安裝完畢界面2完成應(yīng)用軟件的安裝; 應(yīng)用軟件會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)在“開始程序”列表中。二、usb驅(qū)動(dòng)安裝(操作系統(tǒng)不同安裝步驟有差別)windows 2000 操作系統(tǒng)下：1通過usb硬件接口,連接實(shí)驗(yàn)箱與計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)顯示圖5 圖5 進(jìn)入安裝界面 圖6 選擇單選按鈕后，單擊下一步2圖6的驅(qū)動(dòng)安裝文件在第一步安裝的應(yīng)用程序文件中，所以應(yīng)選擇第一步安裝應(yīng)用程序的

9、路徑和文件名,然后單擊確定,系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)查找驅(qū)動(dòng)安裝文件。 圖7 選擇如圖的復(fù)選按鈕后，單擊下一步 圖8選擇驅(qū)動(dòng)安裝文件路徑 圖9 單擊下一步 圖10安裝完成界面windows xp 操作系統(tǒng)下：1 通過usb硬件接口,連接實(shí)驗(yàn)箱與計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)顯示圖12圖2的驅(qū)動(dòng)安裝文件在第一步安裝的應(yīng)用程序文件中，所以應(yīng)選擇第一步安裝應(yīng)用程序的路徑和文件名,然后單擊確定,系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)搜索驅(qū)動(dòng)安裝文件。圖11 選擇如圖的單選按鈕后，單擊下一步 圖12選擇驅(qū)動(dòng)安裝文件路徑圖13單擊“仍然繼續(xù)” 圖14安裝完成界面應(yīng)用軟件和usb驅(qū)動(dòng)都安裝完成后,可以運(yùn)行實(shí)驗(yàn)系統(tǒng).windows 98 操作系統(tǒng)下：1通過

10、usb硬件接口,連接實(shí)驗(yàn)箱與計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)顯示圖1圖1 進(jìn)入安裝界面 圖2 選擇如圖的單選按鈕后，單擊下一步2. 圖3的驅(qū)動(dòng)安裝文件在第一步安裝的應(yīng)用程序文件中，所以應(yīng)選擇第一步安裝應(yīng)用程序的路徑和文件名,然后單擊下一步,系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)搜索驅(qū)動(dòng)安裝文件。 圖3 選擇驅(qū)動(dòng)安裝文件路徑 圖4 單擊下一步 圖5 安裝完成界面二、軟件啟動(dòng)與使用說明1軟件啟動(dòng)在windows桌面上雙擊“計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)”快捷方式，運(yùn)行軟件，或“開始程序-北京達(dá)盛科技軟件”中單擊“計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)”快捷方式，便可啟動(dòng)軟件如圖152實(shí)驗(yàn)前計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的連接用實(shí)驗(yàn)箱自帶的usb線將實(shí)驗(yàn)箱后面的usb口與計(jì)算機(jī)的usb口連接

11、，啟動(dòng)“計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)”軟件。3 軟件使用說明本套軟件界面共分為三個(gè)組畫面a. 軟件說明和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書畫面（如圖15）b. 數(shù)據(jù)采集顯示畫面（如圖16）圖15圖16下面介紹軟件具體操作和功能：一：工具欄按鈕：1.點(diǎn)擊或按f1可以選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為當(dāng)前實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，系統(tǒng)在指導(dǎo)書窗口顯示相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中處于禁止?fàn)顟B(tài)。2.點(diǎn)擊或按f2切換回指導(dǎo)書窗口。3.點(diǎn)擊或按f3切換到示波器窗口。4.點(diǎn)擊或按f4切換到頻率特性窗口。5.點(diǎn)擊或按f5開始放棄當(dāng)前實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在沒有選擇任何實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的時(shí)候?yàn)榻範(fàn)顟B(tài)。6.點(diǎn)擊或按f6彈出關(guān)于對(duì)話框，顯示程序信息、版本號(hào)和版權(quán)信息。二：示波器操作：1.測(cè)量 在示

12、波器窗口單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出菜單中選擇測(cè)量打開測(cè)量游標(biāo)（重復(fù)前述步驟隱藏測(cè)量游標(biāo)），拖動(dòng)任一游標(biāo)到感興趣的位置，圖表區(qū)下方會(huì)顯示當(dāng)前游標(biāo)的位置和與同類的另一游標(biāo)之間距離的絕對(duì)值。如果想精確定位游標(biāo)只需用鼠標(biāo)左鍵單擊相應(yīng)的游標(biāo)位置欄并在編輯框中輸入合法值回車即可。2.快照在示波器窗口單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出菜單中選擇快照將當(dāng)前圖像復(fù)制到剪貼板，以便粘貼到畫圖或其他圖像編輯軟件中編輯和保存。3.打印目前尚不支持。4.線型 在示波器窗口單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出菜單中可點(diǎn)擊直線、折線或點(diǎn)線來選擇數(shù)據(jù)點(diǎn)和數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的連接方式，體會(huì)各種連接方式的差異。5.配色 用鼠標(biāo)左鍵雙擊圖表區(qū)除曲線之外的元素會(huì)彈出標(biāo)準(zhǔn)顏色對(duì)

13、話框，用戶可以更改相應(yīng)元素的顏色（比如將網(wǎng)格顏色改成與背景相同顏色）。6.縮放 用鼠標(biāo)左鍵單擊圖表區(qū)刻度區(qū)的邊界刻度并在編輯框中輸入和法值回車即可改變當(dāng)前顯示范圍。第三章 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)部分本套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一共提供了七個(gè)典型實(shí)驗(yàn)：d/a數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)、a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)、數(shù)字pid實(shí)驗(yàn)、狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)驗(yàn)、數(shù)字濾波器實(shí)驗(yàn)、大林算法實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)。另外，還提供了三個(gè)控制對(duì)象的算法，配合我公司提供的控制對(duì)象，可完成對(duì)實(shí)際對(duì)象的控制。本系統(tǒng)算法完全開放，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組合靈活，根據(jù)各高校情況的不同，可以自行修改和添加新的實(shí)驗(yàn)，以完成教學(xué)的要求。實(shí)驗(yàn)一 d/a數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理。

14、2熟悉12位d/a轉(zhuǎn)換的方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器1el-at-iii型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2pc計(jì)算機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過a/d&d/a卡完成12位d/a轉(zhuǎn)換的實(shí)驗(yàn)，在這里采用雙極性模擬量輸出，數(shù)字量輸入范圍為：04095，模擬量輸出范圍為：5v+5v。轉(zhuǎn)換公式如下：uo= vref （211k11+210k10+.+20k0）/ 212 - 1/2 vref=10v例如：數(shù)字量=011001100100 則k11=0，k10=1,k9=1,k8=0,k7=0,k6=1,k5=1,k4=0,k3=0,k2=1,k1=0,k0=0模擬量uo= 10664h/1000h 1/2=-1.006v四、實(shí)

15、驗(yàn)步驟1連接a/d、d/a卡的da輸出通道和ad采集通道。a/d、d/a卡的da1輸出接a/d、d/a卡的ad1輸入。檢查無誤后接通電源。2啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，雙擊桌面“計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)”快捷方式，運(yùn)行軟件。3測(cè)試計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)一d/a數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn), 鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。5在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)后，在下面的文字框內(nèi)將算出變換后的模擬量， 6. 點(diǎn)擊確定，在顯示窗口觀測(cè)采集到的模擬量。并將測(cè)量結(jié)果填入下表: 數(shù)字量 模擬量 理論值 實(shí)測(cè)值五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1畫出數(shù)

16、字量與模擬量的對(duì)應(yīng)曲線。2計(jì)算出理論值，將其與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，分析產(chǎn)生誤差的原因。六、預(yù)習(xí)要求1熟悉數(shù)模轉(zhuǎn)換的原理。2學(xué)習(xí)數(shù)模轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換方法。實(shí)驗(yàn)二 a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本原理。2熟悉12位a/d轉(zhuǎn)換的方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器1el-at-iii型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2pc計(jì)算機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過a/d&d/a卡完成12位d/a轉(zhuǎn)換的實(shí)驗(yàn)，在這里采用雙極性模擬量輸入，模擬量輸入范圍為：5v+5v，數(shù)字量輸出范圍為：04095。轉(zhuǎn)換公式如下：數(shù)字量=4095（vin/vref+1/2） 其中vref是基準(zhǔn)電壓(滿量程電壓)為10v。例如：模擬量=1.0v 則數(shù)字量=40

17、95（1.0/10+0.5）=999h四、實(shí)驗(yàn)步驟1.連接a/d、d/a卡的da輸出通道和ad采集通道。a/d、d/a卡的da1輸出接a/d、d/a卡的ad1輸入。檢查無誤后接通電源。2.啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，雙擊桌面“計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)”快捷方式，運(yùn)行軟件。3.測(cè)試計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4. 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)二a/d數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn), 鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框5.在彈出的參數(shù)窗口中填入想要變換的模擬量，點(diǎn)擊變換，在下面的文字框內(nèi)將算出變換后的數(shù)字量。6.點(diǎn)擊確定，在顯示窗口觀測(cè)采集到的數(shù)字量。并將測(cè)量結(jié)果填

18、入下表:模擬量數(shù)字量理論值實(shí)測(cè)值五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1畫出模擬量與數(shù)字量的對(duì)應(yīng)曲線。 2計(jì)算出理論值，將其與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，分析產(chǎn)生誤差的原因。六、預(yù)習(xí)要求1熟悉數(shù)模轉(zhuǎn)換的原理。2學(xué)習(xí)數(shù)模轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換方法。實(shí)驗(yàn)三 數(shù)字pid控制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究pid控制器的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響。2研究采樣周期t對(duì)系統(tǒng)特性的影響。3研究i型系統(tǒng)及系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差。二、實(shí)驗(yàn)儀器1el-at-iii型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2pc計(jì)算機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如3-1圖。圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖中 gc（s）=kp（1+ki/s+kds） gh（s）=（1e-ts）/s gp1（s）=5/（0.5s+1）（0.1

19、s+1） gp2（s）=1/（s（0.1s+1）2開環(huán)系統(tǒng)（被控制對(duì)象）的模擬電路圖如圖3-2和圖3-3，其中圖3-2對(duì)應(yīng)gp1（s）,圖3-3對(duì)應(yīng)gp2（s）。 圖3-2 開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1 圖3-3開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖23被控對(duì)象gp1（s）為“0型”系統(tǒng)，采用pi控制或pid控制，可系統(tǒng)變?yōu)椤癷型”系統(tǒng)，被控對(duì)象gp2（s）為“i型”系統(tǒng)，采用pi控制或pid控制可使系統(tǒng)變成“ii型”系統(tǒng)。 4當(dāng)r（t）=1（t）時(shí)（實(shí)際是方波），研究其過渡過程。 5pi調(diào)節(jié)器及pid調(diào)節(jié)器的增益 gc（s）=kp（1+k1/s） =kpk1(（1/k1）s+1) /s =k(tis+1)/s式中 k=kpki

20、 , ti=（1/k1）不難看出pi調(diào)節(jié)器的增益k=kpki，因此在改變ki時(shí)，同時(shí)改變了閉環(huán)增益k，如果不想改變k,則應(yīng)相應(yīng)改變kp。采用pid調(diào)節(jié)器相同。6“ii型”系統(tǒng)要注意穩(wěn)定性。對(duì)于gp2（s）,若采用pi調(diào)節(jié)器控制，其開環(huán)傳遞函數(shù)為 g（s）=gc（s）gp2（s） =k（tis+1）/s1/s（0.1s+1）為使用環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足ti0.1，即k1107pid遞推算法 如果pid調(diào)節(jié)器輸入信號(hào)為e（t），其輸送信號(hào)為u（t）,則離散的遞推算法如下： u（k）=u（k-1）+q0e（k）+q1e（k-1）+q2e（k-2）其中 q0=kp（1+kit+（kd/t） q1=kp（1

21、+（2kd/t） q2=kp（kd/t）t-采樣周期四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖3-2)。電路的輸入u1接a/d、d/a卡的da1輸出，電路的輸出u2接a/d、d/a卡的ad1輸入。檢查無誤后接通電源。2.啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，雙擊桌面“計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)”快捷方式，運(yùn)行軟件。3.測(cè)試計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4. 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)三數(shù)字pid控制, 鼠標(biāo)單擊鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置窗口。5.輸入?yún)?shù)kp, ki, kd（參考值kp=1, ki=0.02, kd=1）。6.參數(shù)設(shè)置完成點(diǎn)擊確認(rèn)

22、后觀察響應(yīng)曲線。若不滿意，改變kp, ki, kd的數(shù)值和與其相對(duì)應(yīng)的性能指標(biāo)sp、ts的數(shù)值。7.取滿意的kp,ki,kd值，觀查有無穩(wěn)態(tài)誤差。8.斷開電源，連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖3-3)。電路的輸入u1接a/d、d/a卡的da1輸出，電路的輸出u2接a/d、d/a卡的ad1輸入，將純積分電容的兩端連在模擬開關(guān)上。檢查無誤后接通電源。 9.重復(fù)4-7步驟。10.計(jì)算kp，ki，kd取不同的數(shù)值時(shí)對(duì)應(yīng)的sp、ts的數(shù)值，測(cè)量系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線及時(shí)域性能指標(biāo)，記入表中：實(shí)驗(yàn)結(jié)果參數(shù)%ts階躍響應(yīng)曲線kpkikd五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1畫出所做實(shí)驗(yàn)的模擬電路圖。2當(dāng)被控對(duì)象為gp1（s時(shí)）取過渡

23、過程為最滿意時(shí)的kp, ki, kd,畫出校正后的bode圖，查出相穩(wěn)定裕量g和穿越頻率wc。 3總結(jié)一種有效的選擇kp, ki, kd方法，以最快的速度獲得滿意的參數(shù)。六、預(yù)習(xí)要求1熟悉pid控制器系統(tǒng)的組成。2熟悉pid控制器的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。七、pid軟件流程圖圖中 ek為誤差，ek1為上一次的誤差，ek2為誤差的累積和，uk是控制量初始化控制步數(shù)、采樣點(diǎn)數(shù)point初始化ek，ek1，ek2，uk畫希望值曲線初始化系統(tǒng)輸出希望值start使硬件被控對(duì)象初始值輸出等于0采集硬件被控對(duì)象的輸出inputf inputf浮點(diǎn)化求ekstartinputfukpek+kiek2+kd(

24、ek-ek1)uk=kpek+kd(ek-ek1)ek1=ek ek2ek2+ek判斷積分分離項(xiàng)判斷uk是否超上下限輸出ukj+1jpoint結(jié)束畫被控對(duì)象第j點(diǎn)輸出inputf實(shí)驗(yàn)四 狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測(cè)器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置的設(shè)計(jì)方法。2研究不同極點(diǎn)配置對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。3掌握全維觀測(cè)器的構(gòu)成及設(shè)計(jì)方法。4研究觀測(cè)器在狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置中的應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)儀器1el-at-iii型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2pc計(jì)算機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1被控對(duì)象模擬電路圖如圖4-1。圖4-1 被控對(duì)象模擬電路 2系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 （1）被控對(duì)象傳遞函數(shù)為 gp（s）=y（s）/u（s）=100/(s2

25、+3.928s+103.57) （2）被控對(duì)象狀態(tài)方程 x=ax+bu y=cx式中 c=100 0 2 帶有狀態(tài)觀測(cè)器的狀況反饋系統(tǒng)方框圖示于圖4-2。圖4-2 系統(tǒng)方框圖圖中 g=eat h=0tj(t)dtb j(t)=eat k 12維狀態(tài)反饋系統(tǒng)矩陣，由計(jì)算機(jī)算出。 l 21維觀測(cè)器的反饋矩陣，由計(jì)算機(jī)算出。 kr 為使y(t)跟蹤r(t)乘的比例系數(shù)，它由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地遞推算出。4希望的系數(shù)極點(diǎn)（參考值）：s1,s2=-7.35j7.5,它對(duì)應(yīng)在z平面上應(yīng)為z1,z2=0.712j0.225觀測(cè)器極點(diǎn)參考值：z1,z2=0.1j0四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的

26、輸入u1接a/d、d/a卡的da1輸出，電路的輸出u2接a/d、d/a卡的ad1輸入。檢查無誤后接通電源。 2.啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，雙擊桌面“計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)”快捷方式，運(yùn)行軟件。3.測(cè)試計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。階躍響應(yīng)4. 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)四四、狀態(tài)反饋和狀態(tài)觀測(cè)器。5. 鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。跟蹤響應(yīng)6. 實(shí)驗(yàn)步驟5完成后鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中選中跟蹤項(xiàng)，然后出現(xiàn)新的參數(shù)設(shè)置框，

27、設(shè)置好參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果7.修改實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置窗口中所用的參數(shù)值,觀察波形的變化。8.將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中的參考值的實(shí)測(cè)階躍響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)記入下表中：k1 k2階躍響應(yīng)曲線y（t）tp%ts0.712 0.22 0.1 0 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1畫出上述兩個(gè)狀態(tài)反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和模擬線路圖。2計(jì)算這兩個(gè)狀態(tài)反饋系統(tǒng)的狀態(tài)反饋陣k及相應(yīng)的性能指標(biāo)：tp、% 和tp，并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，檢驗(yàn)狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。3畫出全維觀測(cè)器和降維觀測(cè)器狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置的結(jié)構(gòu)圖和模擬線路圖，畫出這兩個(gè)系統(tǒng)的實(shí)測(cè)階躍響應(yīng)曲線及實(shí)測(cè)性能指標(biāo) tp、% 和ts。六、預(yù)習(xí)要求1閱讀實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

28、2推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的全維觀測(cè)器方程。3計(jì)算兩個(gè)狀態(tài)反饋系統(tǒng)的狀態(tài)反饋陣k及相應(yīng)的性能指標(biāo)tp、ts 和%。七、狀態(tài)觀測(cè)器軟件流程圖圖中yk為當(dāng)前輸出，yk1為上一次系統(tǒng)輸出，xk1為上一次的觀測(cè)陣 xk是當(dāng)前觀測(cè)陣，u1是當(dāng)前控制量畫希望值曲線初始化系統(tǒng)輸出希望值r1使硬件被控對(duì)象初始值輸出等于0采集硬件被控對(duì)象的輸出inputfinputf浮點(diǎn)化成y1計(jì)算u1=u1+kr判斷ul是否超上下限初始化u1 ,xk1初始化控制步數(shù)、采樣點(diǎn)數(shù)point計(jì)算矩陣h，g，l，kr畫被控對(duì)象第j點(diǎn)輸出input計(jì)算u1kxkkrr1xk1xk輸出ulj+1jpoint結(jié)束計(jì)算xk=gxk1+hu1+l(y1

29、-cxk1)實(shí)驗(yàn)五 數(shù)字濾波器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1研究數(shù)字濾波器對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響。 2熟悉和掌握系統(tǒng)過渡過程的測(cè)量方法。3掌握數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法。4了解數(shù)字濾波器的通帶對(duì)系統(tǒng)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)儀器1el-at-iii型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2pc計(jì)算機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1需加入串聯(lián)超前校正的開環(huán)系統(tǒng)電路及傳遞函數(shù)（1）實(shí)驗(yàn)電路 圖51 需加入串聯(lián)超前校正的開環(huán)系統(tǒng)電路圖(2) 系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)圖52 系統(tǒng)開環(huán)結(jié)構(gòu)圖(3) 系統(tǒng)閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖圖53 系統(tǒng)閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖(4) 數(shù)字濾波器的遞推公式模擬濾波器的傳函： t1s+1 t2s+1 利用雙線性變換得數(shù)字濾波器的遞推公式：uk=q0

30、xuk-1+q1xek+q2xek-1q0=(t-2t2)/(t+2t2) q1=(t+2t1)/(t+2t2) q2=(t-2t1)/(t+2t2) t=采樣周期 t1=超前時(shí)間常數(shù) t2=滯后時(shí)間常數(shù) 2 需加入串聯(lián)滯后校正的開環(huán)系統(tǒng)電路及傳遞函數(shù)（1） 實(shí)驗(yàn)電路圖54 需加入串聯(lián)滯后校正的開環(huán)系統(tǒng)電路圖（2） 系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù) 圖55 系統(tǒng)開環(huán)結(jié)構(gòu)圖（3） 系統(tǒng)閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖：圖56 系統(tǒng)閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖 （4） 數(shù)字濾波器的遞推公式模擬濾波器的傳遞函數(shù)： t1s+1 t2s+1 利用雙線性變換得數(shù)字濾波器的遞推公式：uk=q0uk-1+q1ek+q2ek-1q0=(t-2t2)/(t+2t2)

31、q1=(t+2t1)/(t+2t2) q2=(t-2t1)/(t+2t2) t=采樣周期 t1=超前時(shí)間常數(shù) t2=滯后時(shí)間常數(shù) 四、實(shí)驗(yàn)步驟1.啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，雙擊桌面“計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)”快捷方式，運(yùn)行軟件。2.測(cè)試計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。超前校正3.連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖5-1)。電路的輸入u1接a/d、d/a卡的da1輸出，電路的輸出u2接a/d、d/a卡的ad1輸入，將純積分電容兩端接在模擬開關(guān)上。檢查無誤后接通電源。4. 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)五五、數(shù)字濾波器，鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框

32、，選擇超前校正，然后在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并記錄超調(diào)量sp和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。5.重復(fù)步驟4，改變參數(shù)設(shè)置，將所測(cè)的波形進(jìn)行比較。并將測(cè)量結(jié)果記入下表中：超前常數(shù)性能指標(biāo)階躍響應(yīng)曲線%tp（秒）ts（秒）滯后校正6.連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖5-4)。電路的輸入u1接a/d、d/a卡的da1輸出，電路的輸出u2接a/d、d/a卡的ad1輸入，將純積分電容兩端接在模擬開關(guān)上。檢查無誤后接通電源。7. 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)五五、數(shù)字濾波器，鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，選擇滯后校正，然后在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)

33、驗(yàn)參數(shù)，鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并記錄超調(diào)量sp和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。8.重復(fù)步驟7,改變參數(shù)設(shè)置，將所測(cè)的波形進(jìn)行比較。并將測(cè)量結(jié)果記入下表中：滯后常數(shù)性能指標(biāo)階躍響應(yīng)曲線%tp（秒）ts（秒）五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1畫出所做實(shí)驗(yàn)的模擬圖，結(jié)構(gòu)圖。 2分析加數(shù)字濾波器前系統(tǒng)的穩(wěn)定特性。3從響應(yīng)曲線中分析校正后的結(jié)果并與理論分析比較。六、數(shù)字濾波軟件流程圖圖中ek為誤差，ek1為上一次的誤差，uk是控制量，uk1是上一次的控制量畫希望值曲線初始化系統(tǒng)輸出希望值start初始化ek ,ek1,ek2,uk求q0,q1,q2初始化控制步數(shù)、采樣點(diǎn)數(shù)point使硬件被控對(duì)象初始化值輸出等于0采集

34、硬件被控對(duì)象的輸出inputf inputf浮點(diǎn)化求ek=start-inputfuk=q0uk1+q1ek+q2xek1判uk是否超上下限,uk=5.0-ukj+1畫被控對(duì)象第j點(diǎn)輸出inputfek1=ek uk1=uk輸出ukjpoint結(jié)束實(shí)驗(yàn)六 大林算法一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握大林算法的特點(diǎn)及適用范圍。2了解大林算法中時(shí)間常數(shù)t對(duì)系統(tǒng)的影響。二、實(shí)驗(yàn)儀器1el-at-iii型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2pc計(jì)算機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1實(shí)驗(yàn)被控對(duì)象的構(gòu)成： （1）慣性環(huán)節(jié)的仿真電路及傳遞函數(shù) g(s)=-2/(t1+1) t1=0.2 （2）純延時(shí)環(huán)節(jié)的構(gòu)成與傳遞函數(shù) g(s)=e-nt t=采樣

35、周期 n為正整數(shù)的純延時(shí)個(gè)數(shù) 由于純延時(shí)環(huán)節(jié)不易用電路實(shí)現(xiàn)，在軟件中由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。 圖61 被控對(duì)象電路圖 （3）被控對(duì)象的開環(huán)傳函為： g(s)=-2e-nt/(t1+1) 2大林算法的閉環(huán)傳遞函數(shù)： go(s)=e-nt/(ts+1) t=大林時(shí)間常數(shù) 3大林算法的數(shù)字控制器：d(z)=(1-et/t)(1-e-t/t1z-1)/k(1-e-t/t1)1-e-t/tz-1-(1-e-t/t)z-n-1 設(shè)k1=e-t/t k2=e-t/t1 t1=0.2 t=大林常數(shù) k=2 (k-kk2)uk=(1-k1)ek-(1-k1)k2ek-1+(k-kk2)k1uk-1+(k-kk2)(1-k

36、1)uk-n-1四、實(shí)驗(yàn)步驟1啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，雙擊桌面“計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)”快捷方式，運(yùn)行軟件。2測(cè)試計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3量對(duì)象的模擬電路(圖6-1)。電路的輸入u1接a/d、d/a卡的da1輸出，電路的輸出u2接a/d、d/a卡的ad1輸入。檢查無誤后接通電源。4在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)六六、大林算法, 鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，在參數(shù)設(shè)置窗口設(shè)置延遲時(shí)間和大林常數(shù)，點(diǎn)擊確認(rèn)在觀察窗口觀測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)曲線。測(cè)量系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間ts和超調(diào)量sp。5 復(fù)步驟4，改變參數(shù)設(shè)置，將所測(cè)的波形進(jìn)行比較。并將測(cè)量結(jié)果記入

37、下表中：性能指標(biāo)參數(shù)設(shè)置階躍響應(yīng)曲線%ts（秒）tp（秒）延遲時(shí)間大林常數(shù)五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1分析開環(huán)系統(tǒng)下的階躍響應(yīng)曲線。 2畫出閉環(huán)的階躍響應(yīng)曲線，并求出超調(diào)和響應(yīng)時(shí)間。3分析大林時(shí)間常數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。六、大林算法軟件流程圖圖中ek為誤差，ek1為上一次的誤差，uk是控制量，uk1是上一次的控制量ukn1是上n+1次的控制量畫希望值曲線初始化系統(tǒng)輸出希望值start初始化ek ,ek1,ek2,uk初始化控制步數(shù)、采樣點(diǎn)數(shù)point求k1、k2、k3 使硬件被控對(duì)象初始化值輸出等于0采集硬件被控對(duì)象的輸出inputf inputf浮點(diǎn)化inputf延遲n步求ek=start-inputf

38、（k-kk2）uk=(1-k1)ek-(1-k1)k2ek1+(k-kk2)k1uk1+(k-kk2)(1-k1)ukn1判uk是否超上下限 輸出uk ek1=ek ukn1更新畫被控對(duì)象第j點(diǎn)輸出inputf j+1jpoint結(jié)束 實(shí)驗(yàn)七 爐溫控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1了解溫度控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。 2研究采樣周期t對(duì)系統(tǒng)特性的影響。 3研究大時(shí)間常數(shù)系統(tǒng)pid控制器的參數(shù)的整定方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器1el-at-iii型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2pc計(jì)算機(jī)一臺(tái)3爐溫控制實(shí)驗(yàn)對(duì)象一臺(tái)三、爐溫控制的基本原理1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示于圖71。圖71 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖中 gc（s）=kp（1+ki/s+kds） gh

39、（s）=（1e-ts）/s gp（s）=1/（ts+1） 2系統(tǒng)的基本工作原理 整個(gè)爐溫控制系統(tǒng)由兩大部分組成，第一部分由計(jì)算機(jī)和a/d&d/a卡組成，主要完成溫度采集、pid運(yùn)算、產(chǎn)生控制可控硅的觸發(fā)脈沖，第二部分由傳感器信號(hào)放大，同步脈沖形成，以及觸發(fā)脈沖放大等組成。爐溫控制的基本原理是：改變可控硅的導(dǎo)通角即改變電熱爐加熱絲兩端的有效電壓，有效電壓的可在0140v內(nèi)變化。可控硅的導(dǎo)通角為05ch。溫度傳感是通過一只熱敏電阻及其放大電路組成的，溫度越高其輸出電壓越小。 外部led燈的亮滅表示可控硅的導(dǎo)通與閉合的占空比時(shí)間，如果爐溫溫度低于設(shè)定值則可控硅導(dǎo)通，系統(tǒng)加熱，否則系統(tǒng)停止加熱，爐溫自

40、然冷卻到設(shè)定值。 第二部分電路原理圖見附錄一。 3pid遞推算法 ： 如果pid調(diào)節(jié)器輸入信號(hào)為e（t），其輸送信號(hào)為u（t）,則離散的遞推算法如下： uk=kpek+kiek2+kd(ek-ek-1),其中ek2是誤差累積和。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 1設(shè)定爐子的溫度在一恒定值。 2調(diào)整p、i、d各參數(shù)觀察對(duì)其有何影響。五、實(shí)驗(yàn)步驟1啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，雙擊桌面“計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)”快捷方式，運(yùn)行軟件。2 測(cè)試計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3 20芯的扁平電纜連接實(shí)驗(yàn)箱和爐溫控制對(duì)象，檢查無誤后，接通實(shí)驗(yàn)箱和爐溫控制的電源。開環(huán)控制4在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下

41、拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)七七、爐溫控制, 鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。測(cè)量系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間ts和超調(diào)量sp。5 重復(fù)步驟4，改變參數(shù)設(shè)置，觀測(cè)波形的變化，記入下表：性能指標(biāo)占空比階躍響應(yīng)曲線%tp（秒）ts（秒）閉環(huán)控制6. 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)七七、爐溫控制 鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，選擇pid，在參數(shù)設(shè)置窗口設(shè)置爐溫控制對(duì)象的給定溫度以及ki、kp、kd值，點(diǎn)擊確認(rèn)在觀察窗口觀測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)曲線。測(cè)量系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間ts和超調(diào)量sp。7.重復(fù)步驟6，改變pid參數(shù)，觀測(cè)波形的變化，記入下表中

42、：性能指標(biāo)參數(shù)階躍響應(yīng)曲線%tp（秒）ts（秒）kpkikd六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1記錄過渡過程為最滿意時(shí)的kp, ki, kd并畫出其響應(yīng)曲線。 2分析此情況下的超調(diào)量、響應(yīng)時(shí)間及穩(wěn)態(tài)誤差。3總結(jié)一種對(duì)溫度控制系統(tǒng)有效的選擇kp, ki, kd方法，以最快的速度獲得滿意的參數(shù)。七、溫度控制軟件流程圖圖中ek為誤差，ek1為上一次的誤差，ek2為誤差的累積和，uk是控制量,可控硅導(dǎo)通角控制量a=05bh, a=0導(dǎo)通角最大，a=5b導(dǎo)通角為零。畫希望值曲線初始化系統(tǒng)輸出希望值start初始化ek ,ek1,ek2,uk求q0,q1,q2初始化控制步數(shù)、采樣點(diǎn)數(shù)point采集硬件被控對(duì)象的輸出input

43、finputf浮點(diǎn)化求ekstartinputfukpek+kiek2+kd(ek-ek1)uk=kpek+kd(ek-ek1)ek1=ek ek2ek2+ek判斷積分分離項(xiàng)判斷uk是否超上下限輸出ukj+1jpoint結(jié)束畫被控對(duì)象第j點(diǎn)輸出inputf實(shí)驗(yàn)八 電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)。 2研究采樣周期t對(duì)系統(tǒng)特性的影響。3研究電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)pid控制器的參數(shù)的整定方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器1el-at-iii型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2pc計(jì)算機(jī)一臺(tái)3直流電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)對(duì)象一臺(tái)三、控制的基本原理 1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示于圖81。圖81 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖中 gc（s）=kp（1+ki/s+kds） gh（s）=（1e-ts）/s gp（s）=1/（