計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：信息工程學(xué)院2016-2017-2實(shí)驗(yàn) 1： D/A 轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱： D/A 轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)精選文庫一實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí) D/A 轉(zhuǎn)換器原理及接口方式，并掌握TLC7528 芯片的使用。二實(shí)驗(yàn)原理TLC7528 芯片，它是 8 位、并行、兩路、電壓型輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器。會(huì)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號(hào)： 8 位數(shù)字信號(hào)本實(shí)驗(yàn)輸出信號(hào)：鋸齒波模擬信號(hào)本實(shí)驗(yàn)數(shù) /模轉(zhuǎn)換器： TLC7528 輸出電路預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在虛擬示波器中顯示數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成功的鋸齒波模擬信號(hào)的波形圖。四實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：結(jié)果分析：為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果？請(qǐng)用理論

2、分析這一現(xiàn)象。D/A 就是將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量，然后通過虛擬示波器顯示出來，表現(xiàn)為電壓的變化。實(shí)驗(yàn) 2：采樣與保持實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：信號(hào)采樣與保持一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉信號(hào)的采樣與保持過程-1精選文庫2.學(xué)習(xí)和掌握采樣定理3.學(xué)習(xí)用直線插值法和二次曲線插值法還原信號(hào)二實(shí)驗(yàn)原理香農(nóng) ( 采樣 ) 定理：若對(duì)于一個(gè)具有有限頻譜(|W|<Wmax) 的連續(xù)信號(hào) f (t)進(jìn)行采樣，當(dāng)采樣頻率滿足 Ws2Wmax時(shí)，則采樣函數(shù)f*(t)能無失真地恢復(fù)到原來的連續(xù)信號(hào)f(t)。Wmax為信號(hào)的最高頻率， Ws 為采樣頻率。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號(hào)：正弦波模擬信號(hào)本實(shí)驗(yàn)輸出信號(hào)：正弦波數(shù)字信號(hào)本實(shí)驗(yàn)采樣信號(hào)

3、：方波預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 1.在模擬示波器中成功顯示采樣與保持的正弦波信號(hào)。2.成功在模擬示波器中還原輸入的正弦波信號(hào)。四實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：-2精選文庫零階保持增大采樣周期失真直線采值二次曲線結(jié)果分析：為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果？請(qǐng)用理論分析這一現(xiàn)象。-3精選文庫實(shí)驗(yàn) 3：數(shù)字濾波實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：數(shù)字濾波一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)和掌握一階慣性濾波2.學(xué)習(xí)和掌握四點(diǎn)加權(quán)濾波二實(shí)驗(yàn)原理一般現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，干擾源比較多，消除和抑制干擾的方法主要有模擬濾波和數(shù)字濾波兩種。由于數(shù)字濾波方法成本低、可靠性高、無阻抗匹配、靈活方便等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用，下面是一個(gè)典型數(shù)字濾波的方框圖：三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信

4、號(hào)：正弦信號(hào)干擾信號(hào)本實(shí)驗(yàn)輸出信號(hào)：正弦波模擬量本實(shí)驗(yàn)采樣信號(hào)：周期為5ms 的方波本實(shí)驗(yàn)被控對(duì)象：預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：輸入為帶有毛刺的正弦波，經(jīng)過濾波后，輸出為正弦波信號(hào)四實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：-4精選文庫-5精選文庫結(jié)果分析：不同采樣周期對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，使用理論分析這一結(jié)果。數(shù)字濾波要選擇合適的數(shù)字濾波，否則會(huì)造成電路的不穩(wěn)定。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于參數(shù)變化緩慢的 (如溫度 ) 可用慣性濾波，對(duì)于參數(shù)變化快的信號(hào)可用加權(quán)平均濾波。實(shí)驗(yàn) 4：積分分離 PID 控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解 PID 參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。2.學(xué)習(xí)湊試法整定PID 參數(shù)。3.掌握積分分離式PID 控制規(guī)

5、律。二實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)中，采用位置式PID 算式。在一般的PID 控制中，當(dāng)有較大的擾動(dòng)或大幅度改變給定值時(shí)，會(huì)有較大的誤差，以及系統(tǒng)有慣性和滯后，因此在積分項(xiàng)的作用下，往往會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)變大、過渡時(shí)間變長。為此，可采用積分分離式PID 控制算法，即：當(dāng)誤差e(k)較大時(shí)，取消積分作用 ; 當(dāng)誤差 e(k)較小時(shí)才將積分作用加入。-6精選文庫三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號(hào)：方波。本實(shí)驗(yàn)輸出信號(hào)：從震蕩到單一穩(wěn)定值。本實(shí)驗(yàn)被控對(duì)象：一個(gè)二階環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：改變3 個(gè)參數(shù)，會(huì)使系統(tǒng)更穩(wěn)定，加快系統(tǒng)響應(yīng)，減少超調(diào)量。四實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：1.未引入積分分離 :-7精選文庫2.引入

6、積分分離 :3. 將 KP由 8000H改為 6000H:4. 將 KP由 8000H改為 9999H:-8精選文庫5. 將 TD由 0008H改為 0001H:6. 將 TD由 0008H改為 0018H:-9精選文庫7. 將 TI 由 0018H 改為 0008H:8. 將 TI 由 0018H 改為 0088H:結(jié)果分析：從上面圖片中可以看出，引入積分分離法后，降低了系統(tǒng)輸出的超調(diào)量，并縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間。當(dāng)增大 Kp 時(shí)，將加快系統(tǒng)響應(yīng)，但過大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。增大TD 時(shí)，有利于消除靜差、減小超調(diào)、減小振蕩。增大TI 時(shí)，有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，減小超調(diào)量。-10精選文庫實(shí)驗(yàn) 5：帶死區(qū)

7、的 PID 控制一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握帶死區(qū)的 PID 控制規(guī)律。二實(shí)驗(yàn)原理在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，某些系統(tǒng)為了避免過于頻繁的控制動(dòng)作，為了消除由于頻繁動(dòng)作所引起的震蕩，通常采用帶死區(qū)的 PID 控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)非線性控制系統(tǒng)。其基本思想是：可以按實(shí)際需要設(shè)置死區(qū) B，當(dāng)誤差的絕對(duì)值 |e(k)|<=B 時(shí)， P(K) 為 0， U(K) 也為常值，實(shí)際應(yīng)用中，常值是由經(jīng)驗(yàn)值來確定的；當(dāng) |e(k)|>B 時(shí)， P(K)= e(k) ， U(K) 以 PID 運(yùn)算的結(jié)果輸出。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號(hào)：方波信號(hào)本實(shí)驗(yàn)輸出信號(hào)：震蕩收斂的穩(wěn)定波形本實(shí)驗(yàn)被控對(duì)象：一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)和一

8、個(gè)二階慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：輸出帶死區(qū)的 PID 控制信號(hào)四實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：死區(qū)寬度為 00H：-11精選文庫死區(qū)寬度為 02H：-12精選文庫結(jié)果分析：帶死區(qū)的 PID 控制響應(yīng)曲線C 產(chǎn)生了輕微的震蕩，但其偏差在規(guī)定范圍內(nèi)；控制量U 的輸出動(dòng)作頻率比積分分離式明顯的降低了，從而降低了機(jī)械磨損。如果死區(qū)寬度B 值取得太大，則系統(tǒng)將產(chǎn)生較大的滯后；如果B 值取得太小，使調(diào)節(jié)器輸出過于頻繁，達(dá)不到預(yù)期的效果。實(shí)驗(yàn) 6： 簡易工程法整定PID 參數(shù)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)并掌握擴(kuò)充臨界比例度法整定PID 參數(shù)。2.學(xué)習(xí)并掌握擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定PID 參數(shù)。二實(shí)驗(yàn)原理擴(kuò)充臨界比例法是對(duì)模擬

9、調(diào)節(jié)器中的臨界比例度法的推廣，在工程實(shí)踐中最常用，其參數(shù)整定步驟如下：（1）選擇一個(gè)足夠小的采樣周期tT，一般取系統(tǒng)純滯后時(shí)間的1/10 以下。（2）使系統(tǒng)閉環(huán)工作，只用比例控制，增大比例系數(shù)kp，直到系統(tǒng)等幅振蕩，記下此時(shí)臨界比例系數(shù)Kpu 和臨界震蕩周期Tu。（3）選擇控制度（ 1.052.0），控制度是指數(shù)字調(diào)節(jié)器和模擬調(diào)節(jié)器控制效果之比。（4）根據(jù)控制度，查表3.4-1 計(jì)算出采樣周期T 和 Kp 、Ti、 Td。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容-13精選文庫本實(shí)驗(yàn)輸入信號(hào)：方波信號(hào)本實(shí)驗(yàn)輸出信號(hào)：等幅振蕩信號(hào)本實(shí)驗(yàn)被控對(duì)象：一個(gè)二階環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：輸出一個(gè)等幅振蕩信號(hào)四實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析記錄實(shí)

10、驗(yàn)結(jié)果如下：結(jié)果分析：臨界比例度法是閉環(huán)試驗(yàn)整定方法。依賴系統(tǒng)在某種運(yùn)行狀態(tài)下特性信息對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定。實(shí)驗(yàn)通過 Kp 、TD 、TI 控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，參數(shù)既不可過大也不可過小，否則無法得到等幅振蕩的波形。簡易工程整定法是由經(jīng)典的頻率法簡化而來的，雖然粗糙一點(diǎn)，但是簡單易行，適于現(xiàn)場的實(shí)時(shí)控制應(yīng)用。實(shí)驗(yàn) 7：最少拍控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握最小拍有紋波控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。2.掌握最小拍無紋波控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。二實(shí)驗(yàn)原理最少拍控制是一種直接數(shù)字設(shè)計(jì)方法。所謂最少拍控制，就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)于某種特定的輸入在最少個(gè)采樣周期內(nèi)達(dá)到無靜差的穩(wěn)態(tài)，使系統(tǒng)輸出值盡快地跟蹤期望值的變化。他的閉

11、環(huán) z 傳遞函數(shù)具有形式。在這里，N 使可能情況下的最小正整數(shù)。這一傳遞函數(shù)表明-14精選文庫閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)在N 個(gè)采樣周期后變?yōu)榱?，從而意味著系統(tǒng)在N 拍之內(nèi)到達(dá)穩(wěn)態(tài)。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號(hào)：方波信號(hào)本實(shí)驗(yàn)輸出信號(hào)：有紋波和無紋波本實(shí)驗(yàn)被控對(duì)象：一個(gè)二階環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：輸出有紋波和無紋波四實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：無紋波 C 和 OUT：有紋波 C 和 OUT：-15精選文庫結(jié)果分析：最小拍控制系統(tǒng)對(duì)輸入形式的適應(yīng)性差，當(dāng)系統(tǒng)的輸入形式改變，尤其是存在隨機(jī)擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的性能變壞。最小拍控制系統(tǒng)對(duì)參數(shù)的變化很敏感，在實(shí)驗(yàn)過程中，隨著外部條件的變化，對(duì)象參數(shù)的變化是不

12、可避免的，以及計(jì)算機(jī)在計(jì)算過程中產(chǎn)生的誤差，從而使得實(shí)際輸出可能偏離期望值。雖然在采樣時(shí)刻系統(tǒng)輸出與所跟蹤的參考輸入一致，但在兩個(gè)采樣時(shí)刻之間， 系統(tǒng)的輸出存在著紋波或振蕩。-16精選文庫實(shí)驗(yàn) 8：大林算法一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握用大林算法實(shí)現(xiàn)對(duì)純滯后系統(tǒng)的控制。2.掌握振鈴消除的方法。二實(shí)驗(yàn)原理大林算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)所期望的傳遞函數(shù)，相當(dāng)于一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)。(Z )1 e T / Z 1 1 e T /D(Z)K 1 e T /1 e T / Z 1 1 e T /Z N 1G(Z) 1 (Z)式中： T 采樣周期； 被控對(duì)象時(shí)間常數(shù)；閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)；K被控對(duì)象的增益。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號(hào)：方波信號(hào)本實(shí)驗(yàn)輸出信號(hào)：未消除振鈴的信號(hào)與消除振鈴的信號(hào)本實(shí)驗(yàn)被控對(duì)象：一個(gè)二階環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：分別輸出未消除振鈴的信號(hào)與消除振鈴的信號(hào)四實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分