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1、计算机控制实验指导教师：王艳计算机控制实验实验五 数字PID控制实验实验三 模拟输入/输出实验实验四 模拟滤波与数字滤波实验实验六 直流电机闭环控制实验实验二 数字PID控制器设计与仿真实验一 数字滤波器的设计与仿真实验共计4次：仿真2次（格物楼），实验2次（主楼421）实验一 数字滤波器的设计掌握由模拟滤波器设计数字滤波器各种近似方法设计数字滤波器的仿真程序比较不同方法设计的数字滤波器的特性实验目的Matlab不能保存是兼容问题：修改matlab属 性-兼容性选vista即可，实验指导书表一 中Ts=1/fs(50,100)实验一 数字滤波器的设计实验内容设模拟滤波器传递函数模型为：实验内容
2、实验内容分别用六种方法求数字滤波器传函D(z)中各系数 填入表1数字滤波器输入输出关系为1、用六种方法设计数字滤波器实验一 数字滤波器的设计实验内容实验内容上式中：f为正弦信号频率， 为采样角频率， 采 样周期， 为信号初始相位2、用Matlab编写正弦输入信号及数字滤波器输 入输出关系仿真程序，单位正弦信号的数学模 型为：实验内容3、在计算机上实现数字滤波仿真 实验一 数字滤波器的设计实验步骤根据滤波器系数，用下列三种方法设计MATLAB 仿真程序：实验步骤实验步骤1 双线性变换，2 零阶保持器，3 频域法选正弦信号频率f=0.1，0.5，1，2，3,15Hz 采样频率fs=50，100Hz
3、将仿真结果频率特性填入表二，并对其仿真 结果进行分析实验一 数字滤波器的设计MATLAB实验例程：a=5 fs=input (n采样频率为(hz)=) f=input (n信号频率为(hz)=) %双线性D(z) z=exp(i*2*pi*f/fs) data=a/fs*(1+z)/(a/fs+2)*z-2+a/fs); ABS=abs(data) % D(exp(jwt)的幅值 AG=angle(data)*180/pi % D(exp(jwt)的相角 k=1:100; x=sin(2*pi*f/fs*k);求双线性变换的频率特性实验一 数字滤波器的设计MATLAB实验例程：求双线性变换的频
4、率特性num=a/fs a/fs; den=2+a/fs -2+a/fs; y=filter(num,den,x） str=sprintf(sin(2*pi*%f/%f*k),f,fs) %将函数 变换成字符串 figure fplot(str,0,100,r) hold on plot(k,y,b*,k,y,k.-) axis(0 100 -1 1) %坐标轴 grid on %绘图网格MATLAB实验例程：%实验1-2-3 连续信号fs=input(n采样频率为(hz) f=input(n信号频率为(hz)=) data=5/(5+i*2*pi*f); A=abs(data); Q=ang
5、le(data)*180/pi; k=0:99; x=sin(2*pi*f/fs*k); sys=tf(0 5,1 5); y=lsim(sys,x,k); %str=sprintf(sin(2*pi*%f/%f*k),f,fs); %将函数 变换成字符串 figure(1); plot(k,y,g-);%绘制输出波形 grid on %绘图网格实验一 数字滤波器的设计MATLAB实验例程：u_hz=input(nU_HZ); %输入信号频率 for Q=-179:180 i=0:399; u=sin(2*pi*u_hz*i/50+Q/180*pi); y(1)=0; for i=2:400
6、y(i)=19*y(i-1)/21+1/21*(u(i)+u(i-1); %换不同算法 end Y(Q+180)=max(y); end YY=max(Y) %信号采集的最大幅值 QQ=find(Y=YY)-180 %最大幅值对应的相角度数双线性方法求取最大值实验一 数字滤波器的设计实验报告要求用六种设 计方法求 D(z)并将 对应系数 填入表1计算频率 特性填入 表2并进 行比较记录仿真结 果于表3并 与表2比较实验后对 采样定理 的理解数字滤波器 有相移，且 输入输出都 是离散值， 仿真时如何 才能得到其 最大幅值？实验二 数字PID控制系统设计与仿真掌握采样系统对象Z传递函数的列写熟悉数
7、字PID控制参数整定方法实验目的掌握PID全量和增量控制算法，并进行比较通过编程设计数字仿真程序，确定PID最佳参数实验二 数字PID控制系统设计与仿真内容1求工业过程Z传递函数，控制对象模型：内容3内容2用高桥法整定PID参数 ，用SIMULINK编写 系统仿真程序式中：L=0.2秒,T1=2秒,T2=0.5秒，采样周期为=0.4秒分别采用增量和全量方法进行系统仿真 ，调整参数，达到较好的控制效果实验二 数字PID控制系统设计与仿真数字PID控制系统框图如下 图中：r(k)为给定信号，v(k)为干扰 信号，G(z)为工业过程的Z传递函数 实验二 数字PID控制系统设计与仿真用已知对象，求阶跃
8、响应飞升特性 根据飞升特性，计算PID参数，设计仿真程序阶跃输入，无有阀位限制控制仿真 实验步骤阶跃输入，有阀位限制，增量控制仿真 阶跃输入，有阀位限制，全量控制仿真 实验二 数字PID控制系统设计与仿真用SIMULINK构建仿真系统常用模块如下title实验二 数字PID控制系统设计与仿真用SIMULINK构建仿真系统飞升特性框图title参数设置见matlab软件实验二 数字PID控制系统设计与仿真选择Simulation parameterstitle实验二 数字PID控制系统设计与仿真选择Simulationconfiguration parameters设 置如下通常：Relativ
9、e tolerance 应设置1e-6title实验二 数字PID控制系统设计与仿真Scope setup parameterstitle实验二 数字PID控制系统设计与仿真运行程序在workspace 可看到y_data,双击 y_data见右图飞升特性数据title实验二 数字PID控制系统设计与仿真title根据下列公式由飞升特 性数据求出g(k)最大值根据下列公式计算PID参数实验二 数字PID控制系统设计与仿真titleSIMULINK仿真实例：无阀限PID控制算法仿真结构图实验二 数字PID控制系统设计与仿真SIMULINK仿真实例：有阀位限制 PID增量算法仿真结构title参考
10、（阀限值可适当增大至5）实验二 数字PID控制系统设计与仿真title SIMULINK仿真实例：有阀位限制 PID全量算法仿真结构实验二 数字PID控制系统设计与仿真求解对象飞升特性，整定PID参数，报告要求阶跃输入，有阀位限制，分别用PID增量和 全量算法，设计仿真程序，记录y(k)、u(k)数据，给出仿真图形，并进行比较报告要求阶跃输入，无阀位限制，PID位置控制仿真，记录数据y(k)、u(k)。给出仿真图形，标明过渡过程中的各项参数报告要求实验二 数字PID控制系统设计与仿真采用上述任意一种阀位、算法，调试一组较理想参数，给出PID参数值，记录仿真响应曲线y(k)，标明过渡过程参数。报
11、告要求报告要求增量与全量比较哪种效果好，为什么？计算机实验设备简介实验系统AEDK-labACT是采用模块式结构，可构造 各种型式和阶次的模拟环节和控制对象。 同时以微处理器为平台实现计算机控制技 术的实验教学系统构成核心系统：8088微处理器，通过RS232总线与 上位机通讯，函数发生器，信号测量，阶跃 信号发生器，运算模拟单元，虚拟示波器， 外围控制对象等组成计算机实验设备简介实验系统下图是实验系统操作面板和虚拟示波器实验三 模拟输入/输出实验熟悉模拟输入/输出通道的硬件结构 掌握计算机接口的测试方法 了解实验设备结构，熟悉实验设备操作， 读懂实验程序内容 实验目的实验三 模拟输入/输出实
12、验内容1执行A/D实验程序，通过改变输入模拟电 压测量相对应的数字电压信号 内容2测试A/D转换灵敏度，线性范围，分析模 拟量与数字量之间的关系 内容3执行D/A实验程序，通过改变数字信号测 量转化后的模拟电压内容4测试D/A转换灵敏度，线性范围，分析模 拟量与数字量之间的关系 实验三 模拟输入/输出实验电压 档位B1(K3)下 (K4)上 A/D 转换B1(Y)B7 (IN4orIN5) 电压 观测B1(Y) D1(05V)单极性A/D转换接线图双极性A/D转换接线图调用实验机软件“微机控 制/二：模/数转换”界面 测量转化的数字电压 电压 档位B1(K3)上 (K4)上 A/D 转换B1(
13、Y)B7 (IN6orIN7) 电压 观测B1(Y)D1 (-5+5V)调用实验机软件“微机控 制/二：模/数转换”界面 测量转化的数字电压 A/D实验步骤1 实验三 模拟输入/输出实验实验步骤2单极性D/A转换接线图单极性D/A转换 B2(OUT1) D1(05V)双极性D/A转换接线图双极性D/A转换 B2(OUT2) D1(-5+5V)操作： 1、打开文件DA.c，修改程序中count数值，即D/A要转换的数字 量，范围是0x000xff。 2、编译：执行 “编译/编译并连接”，成功后调用“工具/单迹示波器 ”；下载：执行“工具/加载文件”，运行：执行示波器中的“开始”按钮 在D1数码管
14、上显示转换后电压； 3、反复修改程序count数值，重复操作2，用D1输入信号测量按钮， 切换观察05V，-5+5V运行结果实验三 模拟输入/输出实验实验报告要求从理论分析， ADC0809芯片 最小数字量对 应模拟量输出 LSB为多少伏? 写出A/D转换 中模拟输入与 数字量输出的 关系式 在表1、2、3 、中添写相 应的实验数 据 数字量与模拟 量的对应公式 是什么从理论分 析，数模 转换 8位 D/A的最小 分辨率是 多少？实验四 模拟滤波与数字滤波实验 掌握模拟、数字滤波器设计实现方法分析滤波器幅值和相角的理论值与测量值区别 比较不同方法设计的数字滤波器的特性实验目的实验四 模拟滤波与
15、数字滤波实验内容使用labACT实验机搭建所设计模拟滤 波器电路内容观察模拟滤波效果，计算测量频率特性 理论和实际值。内容根据 设计模拟滤 波器实验内容1：模拟滤波器实验四 模拟滤波与数字滤波实验内容内容观察数字滤波效果，记录测量频率特性 理论和实际值内容实验内容2：数字滤波器针对实验系统设计一阶数字滤波程序， 输入与输出关系： 分别用保持器等效法和双线性变换法完 成的 一阶数字滤波器设计实验四 模拟滤波与数字滤波实验实验步骤1 放大器环节A3 输入电阻（k）：10,20,50,100,200 反馈电阻（k）：10,20,100 反馈电容（uf）：有三个可并联1uf电容 放大器环节A6 输入电
16、阻（k）：10,20,30,50,100,500 反馈电阻（k）：10,50,300 反馈电容（uf）:有四个可并联1uf电容利用已知放大器相关阻容设计模拟滤波器 实验四 模拟滤波与数字滤波实验将“B5函数发生器 的SIN正弦波输出” 接“滤波器模拟” 输入，正弦波信号 幅值在3伏左右实验步骤2将“SIN正弦波输出 ”接“B3虚拟示波器 的CH1”，模拟环节 的输出接“B3虚拟 示波器的CH2”运行 界面“开始”“停止”就可看到曲线实验步骤2实测幅值=输出幅 值峰峰值 / 输入 幅值峰峰值 实测相角=输入与 输出峰值时的相角 差（时间差）/ 输 入信号周期*360实验步骤3实验四 模拟滤波与数字滤波实验实验步
