計(jì)算機(jī)控制技術(shù)范立男實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、百度文庫計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)'書目錄實(shí)驗(yàn)一 ：A/D、D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn) 2實(shí)驗(yàn)二：數(shù)字 PID實(shí)驗(yàn)/ 4實(shí)驗(yàn)三：大林算法 8實(shí)驗(yàn)四：爐溫控制實(shí)驗(yàn) 1115實(shí)驗(yàn)一 ：A/D、D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1、掌握A/D、D/A轉(zhuǎn)換原理 2、熟悉8位A/D、D/A轉(zhuǎn)換的方法。 二、實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證性三、實(shí)驗(yàn)原理及說明1、通過數(shù)據(jù)通道接口板完成8位D/A轉(zhuǎn)換的實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)換公式如下：Uo Vref (2 7 K7 26K620 K0)/28Vref5V例如：數(shù)字量=01010001 K 7=0, K6=1, K5=0, K4=1, K3=0, K2=0, K=0, K0=1模擬量 Uo Vref

2、(27K7 26 K620K0)/28 1.0實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)輸入的數(shù)字量，D/A轉(zhuǎn)換為模擬量，其結(jié)果經(jīng)A/D采集并顯示在計(jì)算機(jī)上。實(shí)驗(yàn)示意圖見圖 1-1。圖1-1實(shí)驗(yàn)示意圖2、通過數(shù)據(jù)通道接口板完成8位A/D轉(zhuǎn)換的實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)換公式如下：數(shù)字量=模擬量/ 2N Vref。其中N是A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，Vref是基準(zhǔn)電壓。例如：N=8 Vref=模擬量= 則數(shù)字量=X28=51 (十進(jìn)制)實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的模擬量由D/A轉(zhuǎn)換取得，此模擬量經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并顯示在計(jì)算機(jī)上。實(shí)驗(yàn)示意圖見圖 1-2。圖1-2實(shí)驗(yàn)示意圖四、實(shí)驗(yàn)儀器序號名稱主要用途1 SAC-CCT#算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成實(shí)驗(yàn)所需的硬件

3、電路2PC機(jī)1輸入?yún)?shù)，觀察運(yùn)行 結(jié)果五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟(一)1、將圖1-1所示模擬電路連接好，將輸入端ui與數(shù)據(jù)通道接口板上的 DA0連接，輸出端uo與實(shí)驗(yàn)平臺信號引出區(qū)的 IN0孔連接。（在實(shí)驗(yàn)14中涉及運(yùn)放電路板及 ui及uo 均按此連線，不再贅述）。將拔掉短路子 J1、J2。2、啟動計(jì)算機(jī)，運(yùn)行“系統(tǒng)設(shè)置”菜單，選擇串口。（在實(shí)驗(yàn)14中同此，不再贅述，如不選擇，則設(shè)為默認(rèn)值，選擇COM通訊端口。）3、打開“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”，打開“實(shí)驗(yàn)選擇”菜單，選擇“D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換”實(shí)驗(yàn)。4、選擇“參數(shù)設(shè)置”命令，設(shè)置采樣周期，采樣點(diǎn)數(shù)和設(shè)定電壓。5、選擇“運(yùn)行觀測”命令，觀察階躍響應(yīng)曲線，改變模擬電

4、路參數(shù)后，在重新觀察階 躍響應(yīng)曲線的變化。6、為了更好觀察曲線，在“參數(shù)設(shè)置”命令中，設(shè)置“曲線放大”倍數(shù)，“運(yùn)行觀測”。7、記錄波形及數(shù)據(jù)（保存結(jié)果、打印圖像） 。8、連接其他電路，重復(fù)步驟 3、4、5、6。、（二）1、將圖1-2所示模擬電路連接好，輸入端和輸出端分別接DA0和IN0。將拔掉短路子J1 、 J2。2、啟動計(jì)算機(jī)，運(yùn)行“”計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”，打開“實(shí)驗(yàn)選擇”菜單，選擇“ A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換”實(shí)驗(yàn)。3、選擇“參數(shù)設(shè)置”命令，設(shè)置采樣周期，采樣點(diǎn)數(shù)和設(shè)定電壓。4、為了更好觀察曲線，在“參數(shù)設(shè)置”命令中，設(shè)置“曲線放大”倍數(shù)，“運(yùn)行觀測”。5、記錄波形及數(shù)據(jù)（保存結(jié)果、打印圖像） 。六、實(shí)

5、驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析1、畫出數(shù)字量與模擬量的對應(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。七、預(yù)習(xí)與思考題1、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換的基本原理。/2、數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的公式。實(shí)驗(yàn)二數(shù)字PID控制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1、研究PID控制器的參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響。2、研究采樣周期T對系統(tǒng)特性的影響。3、研究I型系統(tǒng)及H型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。二、實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證性三驗(yàn)原理及說明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、開環(huán)系統(tǒng)(被控對象)的模擬

6、電路圖分別示于圖2-2和圖2-3，其中圖2-2對應(yīng)Gp1(S),圖2-3對應(yīng)GP2(S)3、被控對象Gpi(S)為“0型”系統(tǒng)，采用 PI控制或PID控制，可使系統(tǒng)變?yōu)椤癐型” 系統(tǒng)，被控對象 GP2(S)為“I型”系統(tǒng)，采用 PI控制或PID控制，可使系統(tǒng)變?yōu)椤皀 型”系統(tǒng)。100KI I圖2-2100kI I圖2-34、當(dāng)r(t)=1(t)時研究其過渡過程。、5、PI調(diào)節(jié)及PID調(diào)節(jié)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)不難看出PI調(diào)節(jié)器的增益 K KpKi,因此在改變 Ki時，同時改變了閉環(huán)

7、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、PID遞推算法：如果 PID調(diào)節(jié)器輸入信號為 e(t),其輸出信號為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)儀器序號名稱主要用途1SAC-CCT#算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成實(shí)驗(yàn)所需的硬件電路2PC機(jī)輸入?yún)?shù)，觀察運(yùn)行結(jié)果五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1、連接運(yùn)放電路板的電源線(土12V, GND,并將圖2-2所示的模擬電路連接好，輸入端和輸出端分別接 DAR IN0o/2、啟動計(jì)算機(jī)，運(yùn)行“”計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”，打開“實(shí)驗(yàn)選擇”菜單，選擇“數(shù)字 PID控制

8、”實(shí)驗(yàn)。3、在命令菜單中選擇“參數(shù)設(shè)置”。進(jìn)入?yún)?shù)顯示窗口，設(shè)置采樣周期(單位為ms),采樣點(diǎn)數(shù)，輸出電壓及 Kp, Ki, Kd各參數(shù)。4、選擇“運(yùn)行觀測”命令，觀察響應(yīng)波形。5、改變參數(shù) Kp, Ki, Kd的值，重復(fù)步驟 4。6、取滿意的Kp, Ki , Kd,觀察穩(wěn)態(tài)誤差。7、連接圖2-3所示模擬電路，重復(fù)上述步驟。8、記錄波形及數(shù)據(jù)。（保存結(jié)果，打印圖像）9、實(shí)驗(yàn)結(jié)束，單擊“退出實(shí)驗(yàn)”六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析1、畫出實(shí)驗(yàn)的模擬電路圖。2、當(dāng)被控對象為GP1（S）時，取過渡過程為最滿意時的Kp, Ki, Kd,畫出校正后的波特圖，查出相位穩(wěn)定裕量丫和穿越頻率3c。3、總結(jié)一種有效選擇 K

9、p, Ki, Kd的方法，以最快的速度獲得滿意的參數(shù)。七、預(yù)習(xí)與思考題1、PID控制器中P、I、D三個環(huán)節(jié)的作用是什么？2、PID的參數(shù)整定方法。八、PID算法流程圖（eK為誤差，eKi為上一次誤差，eK2為誤差的累積和，Uk是控制量）實(shí)驗(yàn)三大林算法、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1、掌握大林算法的特點(diǎn)及適用范圍。， 2、了解大林算法中時間常數(shù)/T對系統(tǒng)的影響。、實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證性三、實(shí)驗(yàn)原理及說明1、被控實(shí)驗(yàn)對象的構(gòu)成(1)慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù):其中0.2(2)純延時環(huán)節(jié)的構(gòu)成與傳遞函數(shù)圖3G (S) e NTSG(S) T1ST為采樣周期，N為正整數(shù)的純延時個數(shù)。由于純延時環(huán)節(jié)不易用電路實(shí)現(xiàn)，在軟件中

10、由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。(3)被控對象的開環(huán)傳遞函數(shù)為:G(S)2eNTS/( 1S 1)2、大林算法的閉環(huán)傳遞函數(shù):Go(S)NTS /( S1)為大林時間常數(shù)3、大林算法的數(shù)字控制器:T /T / 1D(z) (1 e )(1 e z1T /)/(K(1 e1T/)(1 e1T/ 、 N 1、z (1 e )z )設(shè)K1 eT/ K2 e T/ 110.2 大林時間常數(shù) K=2(K KK2)Uk (1 K1)eK (1 K1)K2%1 (K KK2)K1U(K K%)。KJUkni 四、實(shí)驗(yàn)儀器序號/ 名稱、主要用途1SAC-CCT#算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、構(gòu)成實(shí)驗(yàn)所需的硬件電路2PC機(jī)輸入?yún)?shù)，

11、觀察運(yùn)行結(jié)果五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1、將模擬電路在運(yùn)放電路板上連接好。2、啟動計(jì)算機(jī)，運(yùn)行“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”，打開“實(shí)驗(yàn)選擇”菜單，選擇“大林算法”實(shí)驗(yàn)。3、在命令菜單上選擇“參數(shù)設(shè)置”命令，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置窗口，設(shè)置采樣周期、采樣點(diǎn)數(shù)，輸出電壓和大林時間常數(shù)。4、選擇“運(yùn)行觀測”命令，觀察響應(yīng)波形。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析1、分析開環(huán)系統(tǒng)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)量和響應(yīng)時間。3、分析大林時間常數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。七、預(yù)習(xí)與思考題1、大林算法適合于什么類型的被控對象？2、大林算法的閉環(huán)傳遞函數(shù)是什么？3、大林算法的數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)步驟。八、大林算法軟件流程圖（eK為誤差，

12、eK1為上一次誤差，Uk是控制量，Uki是上一次的控制量）/（UKn1是上N+1次的控制量）實(shí)驗(yàn)四爐溫控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1、了解爐溫控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。2、研究采樣周期T對系統(tǒng)特性的影響。3、研究大時間常數(shù)系統(tǒng)/ PID控制器參數(shù)的整定方法。二、實(shí)驗(yàn)類型綜合性三、實(shí)驗(yàn)原理及說明m u t：V.-HRGh(S)1 ' 'Gp(S)2 "L1sl升尊機(jī)圖4-11、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)表小于圖4-1。Gc(S) Kp(1 Ki /S KdS) 圖中 Gh(S) (1 eTS)/SGp(S) 1/(TS 1)2、系統(tǒng)的基本工作原理系統(tǒng)由兩大部分組成，第一部分由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通道接口板和

13、微機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺組成， 完成溫度信號采集、PID運(yùn)算、產(chǎn)生控制雙向可控硅的觸發(fā)信號；第二部分為爐溫控制 實(shí)驗(yàn)板，完成溫度控制及傳感器信號放大，第二部分電路原理圖見圖4-2。在爐溫控制實(shí)驗(yàn)板上， 溫度檢測元件采用熱敏電阻 Rt,其阻值變化由雙臂電橋變換 成電壓信號，經(jīng)放大電路為。5V信號，送A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0809轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。系統(tǒng)采用雙向可控硅應(yīng)用過零觸發(fā)方式，在每個控制周期（與采樣周期相等），控制輸入電阻絲的正弦波個數(shù)，即通過控制輸入電阻絲平均功率的大小來達(dá)到控制溫度的目 的，圖中，AC15V電源由實(shí)驗(yàn)平臺從它與爐溫控制實(shí)驗(yàn)板的連接插腳Rt、R1處提供。圖4-2PID遞推算法如果PID調(diào)節(jié)

14、器輸入信號為 e(t),其輸出信號為u(t),則離散的遞推算法如下:Uk K peK KieK2 Kd(eK eK 1)其中eK2是誤差累積和。/四、實(shí)驗(yàn)儀器 /序號名稱、主要用途1SAC-CCT#算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成實(shí)驗(yàn)所需的硬件電路2PC機(jī)輸入?yún)?shù)、觀察運(yùn)行結(jié)果五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1、連接爐溫控制板的電源線(土12V, GND,+5V，將Rt, R1連至爐體相應(yīng)插口，將Vo與IN0, CK與相連。2、運(yùn)行“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”，打開“實(shí)驗(yàn)選擇”菜單，選擇“爐溫控制”實(shí)驗(yàn)。 3、在命令菜單上選擇“參數(shù)設(shè)置”命令，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置窗口，設(shè)置采樣周期及Kp,Ki , Kd各參數(shù)。4、選擇“運(yùn)行觀測”命令，由計(jì)算機(jī)完成溫度采樣計(jì)算機(jī)和輸出控制信號并在波 形顯示窗口顯示系統(tǒng)響應(yīng)曲線，同時以紅色數(shù)字將即時溫度顯示在屏幕上。5、改變參數(shù)Kp, Ki , Kd重復(fù)步驟4,觀察不同參數(shù)時的響應(yīng)曲線及穩(wěn)態(tài)誤差。6、取滿意的Kp, Ki, Kd,并記錄實(shí)驗(yàn) 結(jié)果。注：若運(yùn)行觀測時的初始溫度與環(huán)境溫度不符，應(yīng)予以調(diào)節(jié)，方法如下：斷開 Q 與連線，選擇“運(yùn)行觀測”命令，調(diào)節(jié)R,直至屏幕顯示