計算機控制實驗報告

《計算機控制技術(shù)》實驗報告班級： 學(xué)號： 姓名： 信息工程學(xué)院2016-2017-2實驗1：D/A轉(zhuǎn)換實驗實驗名稱：D/A轉(zhuǎn)換實驗實驗?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。實驗原理TLC7528芯片，它是8位、并行、兩路、電壓型輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器。會將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。實驗內(nèi)容本實驗輸入信號：8位數(shù)字信號本實驗輸出信號：鋸齒波模擬信號本實驗數(shù)/模轉(zhuǎn)換器：TLC7528輸出電路預(yù)期實驗結(jié)果：在虛擬示波器中顯示數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成功的鋸齒波模擬信號的波形圖。實驗結(jié)果及分析記錄實驗結(jié)果如下：結(jié)果分析：為什么會出現(xiàn)這樣的實驗結(jié)果？請用理論分析這一現(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。實驗2：采樣與保持實驗實驗名稱:信號采樣與保持.實驗?zāi)康氖煜ば盘柕牟蓸优c保持過程學(xué)習(xí)和掌握采樣定理學(xué)習(xí)用直線插值法和二次曲線插值法還原信號實驗原理香農(nóng)(采樣)定理：若對于一個具有有限頻譜(|W|<Wmax)的連續(xù)信號f(t)進行采樣，當(dāng)采樣頻率滿足WsN2Wmax時，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f(t)。Wmax為信號的最高頻率，Ws為采樣頻率。實驗內(nèi)容本實驗輸入信號：正弦波模擬信號本實驗輸出信號：正弦波數(shù)字信號本實驗采樣信號：方波預(yù)期實驗結(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。成功在模擬示波器中還原輸入的正弦波信號。實驗結(jié)果及分析記錄實驗結(jié)果如下：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：為什么會出現(xiàn)這樣的實驗結(jié)果？請用理論分析這一現(xiàn)象。實驗3：數(shù)字濾波實驗實驗名稱:數(shù)字濾波實驗?zāi)康?.學(xué)習(xí)和掌握一階慣性濾波2.學(xué)習(xí)和掌握四點加權(quán)濾波實驗原理一般現(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，被廣泛應(yīng)用，下面是一個典型數(shù)字濾波的方框圖：圖L-3-I實驗內(nèi)容本實驗輸入信號：正弦信號干擾信號

本實驗輸出信號：正弦波模擬量本實驗采樣信號：周期為5ms的方波本實驗被控對象：預(yù)期實驗結(jié)果：輸入為帶有毛刺的正弦波，經(jīng)過濾波后，輸出為正弦波信號實驗結(jié)果及分析記錄實驗結(jié)果如下:

結(jié)果分析：不同采樣周期對實驗結(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，否則會造成電路的不穩(wěn)定。在實際應(yīng)用中，對于參數(shù)變化緩慢的(如溫度)可用慣性濾波，對于參數(shù)變化快的信號可用加權(quán)平均濾波。實驗4：積分分離PID控制實驗實驗名稱：實驗?zāi)康牧私釶ID參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。學(xué)習(xí)湊試法整定PID參數(shù)。掌握積分分離式PID控制規(guī)律。實驗原理本實驗中，采用位置式PID算式。在一般的PID控制中，當(dāng)有較大的擾動或大幅度改變給定值時，會有較大的誤差，以及系統(tǒng)有慣性和滯后，因此在積分項的作用下，往往會使系統(tǒng)超調(diào)變大、過渡時間變長。為此，可采用積分分離式PID控制算法，即：當(dāng)誤差e(k)較大實驗內(nèi)容本實驗輸入信號：方波。本實驗輸出信號：從震蕩到單一穩(wěn)定值。本實驗被控對象：一個二階環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)。預(yù)期實驗結(jié)果：改變3個參數(shù)，會使系統(tǒng)更穩(wěn)定，加快系統(tǒng)響應(yīng)，減少超調(diào)量。實驗結(jié)果及分析記錄實驗結(jié)果如下:1.未引入積分分離:

2.引入積分分離:3.將KP由8000H改為6000H:4.將KP由8000H改為9999H:

5.將TD由0008H改為0001H:6.將TD由0008H改為0018H: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)時間。當(dāng)增大Kp時，將加快系統(tǒng)響應(yīng)，但過大會導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。增大TD時，有利于消除靜差、減小超調(diào)、減小振蕩。增大TI時，有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，減小超調(diào)量。實驗5：帶死區(qū)的PID控制實驗?zāi)康恼莆諑绤^(qū)的PID控制規(guī)律。實驗原理在計算機控制系統(tǒng)中，某些系統(tǒng)為了避免過于頻繁的控制動作，為了消除由于頻繁動作所引起的震蕩，通常采用帶死區(qū)的PID控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實際上是一個非線性控制系統(tǒng)。其基本思想是：可以按實際需要設(shè)置死區(qū)B，當(dāng)誤差的絕對值le(k)l<=B時，P(K)為0，U(K)也為常值，實際應(yīng)用中，常值是由經(jīng)驗值來確定的；當(dāng)le(k)l>B時，P(K)=e(k)，U(K)以PID運算的結(jié)果輸出。實驗內(nèi)容本實驗輸入信號：方波信號本實驗輸出信號：震蕩收斂的穩(wěn)定波形本實驗被控對象：一個一階慣性環(huán)節(jié)和一個二階慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實驗結(jié)果：輸出帶死區(qū)的PID控制信號實驗結(jié)果及分析記錄實驗結(jié)果如下：死區(qū)寬度為00H：

死區(qū)寬度為02H：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的輸出動作頻率比積分分離式明顯的降低了，從而降低了機械磨損。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，達不到預(yù)期的效果。實驗6：簡易工程法整定PID參數(shù)實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)并掌握擴充臨界比例度法整定PID參數(shù)。學(xué)習(xí)并掌握擴充響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)。實驗原理擴充臨界比例法是對模擬調(diào)節(jié)器中的臨界比例度法的推廣，在工程實踐中最常用，其參數(shù)整定步驟如下：選擇一個足夠小的采樣周期tT，一般取系統(tǒng)純滯后時間的1/10以下。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，記下此時臨界比例系數(shù)Kpu和臨界震蕩周期Tu。選擇控制度(1.05?2.0)，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。根據(jù)控制度，查表3.4-1計算出采樣周期T和Kp、Ti、Td。實驗內(nèi)容本實驗輸入信號：方波信號本實驗輸出信號：等幅振蕩信號本實驗被控對象：一個二階環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實驗結(jié)果：輸出一個等幅振蕩信號實驗結(jié)果及分析記錄實驗結(jié)果如下：結(jié)果分析：臨界比例度法是閉環(huán)試驗整定方法。依賴系統(tǒng)在某種運行狀態(tài)下特性信息對調(diào)節(jié)器參數(shù)進行整定。實驗通過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，但是簡單易行，適于現(xiàn)場的實時控制應(yīng)用。實驗7：最少拍控制實驗實驗名稱：實驗?zāi)康恼莆兆钚∨挠屑y波控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。掌握最小拍無紋波控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。實驗原理最少拍控制是一種直接數(shù)字設(shè)計方法。所謂最少拍控制，就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對于某種特定的輸入在最少個采樣周期內(nèi)達到無靜差的穩(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)表明閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)在N個采樣周期后變?yōu)榱悖瑥亩馕吨到y(tǒng)在N拍之內(nèi)到達穩(wěn)態(tài)。實驗內(nèi)容本實驗輸入信號：方波信號本實驗輸出信號：有紋波和無紋波本實驗被控對象：一個二階環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實驗結(jié)果：輸出有紋波和無紋波實驗結(jié)果及分析記錄實驗結(jié)果如下：無紋波C和OUT：有紋波C和OUT：

結(jié)果分析:最小拍控制系統(tǒng)對輸入形式的適應(yīng)性差，當(dāng)系統(tǒng)的輸入形式改變，尤其是存在隨機擾動時，系統(tǒng)的性能變壞。最小拍控制系統(tǒng)對參數(shù)的變化很敏感，在實驗過程中，隨著外部條件的變化，對象參數(shù)的變化是不可避免的，以及計算機在計算過程中產(chǎn)生的誤差，從而使得實際輸出可能偏離期望值。雖然在采樣時刻系統(tǒng)輸出與所跟蹤的參考輸入一致，但在兩個采樣時刻之間，系統(tǒng)的輸出存在著紋波或振蕩。

實驗實驗8：大林算法.實驗?zāi)康恼莆沼么罅炙惴▽崿F(xiàn)對純滯后系統(tǒng)的控制。掌握振鈴消除的方法。實驗原理大林算法的設(shè)計目標是使整個閉環(huán)系統(tǒng)所期望的傳遞函數(shù)，相當(dāng)于一個純滯后環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)。D(Z)=——GQ)①(ZD(Z)=——GQ))1-①(Z)]K4-e-t/8人—e-ti①Z-14-e-ti①Z-n-1」式中：T——采樣周期；0—瑚控對象時間常數(shù);3——閉環(huán)系統(tǒng)的時間常數(shù)；K——被控對象的增益。實驗內(nèi)容本實驗輸入信號：方波信號本實驗輸出信號：未消除振鈴的信號與消除振鈴的信號本實驗被控對象：一個二階環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實驗結(jié)果：分別輸出未消除振鈴的信號與消除振鈴的信號實驗結(jié)果及