《计算机控制系统实验指导书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机控制系统实验指导书（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计算机控制系统实验指导书李雪飞 编沈阳大学信息工程学院目录实验一：A/D、D/A转换实验2实验二：数字PID实验 4实验三：大林算法8实验四：炉温控制实验11课程编号：11231231课程类别：学科必修课适用层次：本科适用专业：自动化课程总学时：64适用学期:第 7 学期实验学时：8开设实验项目数：4撰写人：李雪飞 审核人：李浚圣 教学院长：范立南实验一：A/D、D/A转换实验一、实验目的与要求1、掌握 A/D、D/A 转换原理2、熟悉8位A/D、D/A转换的方法。二、实验类型验证性三、实验原理及说明1、通过数据通道接口板完成8位D/A转换的实验，转换公式如下:U = V (27K + 26K
2、 + + 20K )/28 o ref760V =+5Vref例如:数字量=01010001 K=0， K=1， K=0， K=1， K=0， K=0， K=0， K=1 76543210模拟量u = V (27K + 26K + + 20K )/28 = 1.0o ref 760实验中，根据输入的数字量，D/A转换为模拟量，其结果经A/D采集并显示在计算机上。实验示意图见图1-1。图 1-1 实验示意图2、通过数据通道接口板完成8位A/D转换的实验，转换公式如下：数字量=模拟量/2N Vref。其中N是A/D转换器的位数，Vref是基准电压。例如：N=8 Vref=5.0模拟量=1.0则数字
3、量=1.0/5.0X28=51 (十进制)实验中设置的模拟量由D/A转换取得，此模拟量经A/D转换为数字量，并显示在计算机上。实验示意图见图1-2。图 1-2 实验示意图四、实验仪器序号名称主要用途1SAC-CCT计算机控制技术教学实验系统构成实验所需的硬件电路2PC机输入参数，观察运行结果五、实验内容和步骤1、将图1-1所示模拟电路连接好，将输入端ui与数据通道接口板上的DAO连接，输出 端uo与实验平台信号引出区的IN0孔连接。（在实验14中涉及运放电路板及ui及uo 均按此连线，不再赘述）。将拔掉短路子 J1、 J2。2、启动计算机，运行“系统设置”菜单，选择串口。（在实验 14 中同此
4、，不再赘述 如不选择，则设为默认值，选择C0M1通讯端口。3、打开“计算机控制技术”，打开“实验选择”菜单，选择“D/A数模转换”实验。4、选择“参数设置”命令，设置采样周期，采样点数和设定电压。5、选择“运行观测”命令，观察阶跃响应曲线，改变模拟电路参数后，在重新观察阶 跃响应曲线的变化。6、为了更好观察曲线，在“参数设置”命令中，设置“曲线放大”倍数，“运行观测”。7、记录波形及数据（保存结果、打印图像）。8、连接其他电路，重复步骤3、 4、 5、 6。（二）1、将图1-2所示模拟电路连接好，输入端和输出端分别接DA0和INO。将拔掉短路子 J1、 J2。2、启动计算机，运行“”计算机控制
5、技术”，打开“实验选择”菜单，选择“A/D数模 转换”实验。3、选择“参数设置”命令，设置采样周期，采样点数和设定电压。4、为了更好观察曲线，在“参数设置”命令中，设置“曲线放大”倍数，“运行观测”。5、记录波形及数据（保存结果、打印图像）。六、实验数据处理与分析1、画出数字量与模拟量的对应曲线。2、计算出理论值，将其与实验结果比较，分析产生误差的原因。七、预习与思考题1、A/D 转换、 D/A 转换的基本原理。2、数字量转换成模拟量，模拟量转换成数字量的公式。实验二数字PID控制一、实验目的与要求1、研究 PID 控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响2、研究采样周期T对系统特性的影响。3
6、、研究I型系统及II型系统的稳态误差。二、实验类型验证性三、实验原理及说明1、系统结构图示于图 2-1。图 2-1图中G (S) = K (1 + K / S + K S)C P i dG (S) = (1 - e-ts)/ShGp (S) = 5 /(0.5S + 1)(O.1S +1) Gp 2(S) = 1/( S (0.1S +1)2、开环系统(被控对象)的模拟电路图分别示于图2-2和图2-3,其中图2-2对应G (S),P1图2-3对应G (S)P23、被控对象Gp 1(S)为“0型”系统，采用PI控制或PID控制，可使系统变为“I型” 系统，被控对象6肥(S)为“I型”系统，采用P
7、I控制或PID控制，可使系统变为“II 型”系统。4、当r(t)=1(t)时研究其过渡过程。5、PI 调节及 PID 调节器的增益。GC (S) = Kp (1 + 叫 / S)=K K (1/K )S +1)/SP ii=K (TS +1)/ S式中K = FT = (1/ K.)iii不难看出PI调节器的增益K = K K，因此在改变Ki时，同时改变了闭环增益K,Pi如果不想改变K,则应相应改变Kp,采用PID调节器相同。6、PID递推算法：如果PID调节器输入信号为e(t),其输出信号为u(t),则离散的递推算法如下：PK+ Kd (eK-1其中 eK2 是误差累积和。四、实2验仪器序号
8、名称主要用途SAC-CCT计算机控制 技术教学实验系统PC机构成实验所需的硬件电路输入参数，观察运行结果五、实验内容和步骤1、连接运放电路板的电源线(12V, GND),并将图2-2所示的模拟电路连接好，输入 端和输出端分别接DAO、INO。2、启动计算机，运行“”计算机控制技术”，打开“实验选择”菜单，选择“数字 PID 控制”实验。3、在命令菜单中选择“参数设置”，进入参数显示窗口，设置采样周期(单位为ms), 采样点数，输出电压及Kp, Ki, Kd各参数。4、选择“运行观测”命令，观察响应波形。5、改变参数 Kp，Ki，Kd 的值，重复步骤4。6、取满意的Kp, Ki, Kd，观察稳态
9、误差。7、连接图 2-3所示模拟电路，重复上述步骤。8、记录波形及数据。（保存结果,打印图像）9、实验结束,单击“退出实验”六、实验数据处理与分析1、画出实验的模拟电路图。2、当被控对象为6円（S）时，取过渡过程为最满意时的Kp, Ki, Kd,画出校正后的波特 图，查出相位稳定裕量Y和穿越频率3 c。3、总结一种有效选择Kp, Ki, Kd的方法，以最快的速度获得满意的参数。七、预习与思考题1、PID控制器中P、I、D三个环节的作用是什么？2、PID的参数整定方法。八、PID算法流程图（e 为误差, e 为上一次误差, e 为误差的累积和, u 是控制量）KK1K2K初始系统输NY结束Poj
10、jiTnV + 1初女台化 ek, Eki,畝2, ukstart采集便件被控对象的输出input f input f浮点化求 ek-startinputf使换件彼控对象初始值输出=（）uk=kpek+ki *ek2+kd* (ekek1)初始化采样周期，采样点数Poi石画被控对象第J点输出inputteklek ek2=ek2ekuk-k七d* (ek ekl)画希瑕值曲线输出uk实验三 大林算法一、实验目的与要求1、掌握大林算法的特点及适用范围。2、了解大林算法中时间常数T对系统的影响。二、实验类型验证性三、实验原理及说明1、被控实验对象的构成1)惯性环节的模拟电路及传递函数：G(S)其中
11、图3(2) 纯延时环节的构成与传递函数G(S) = e - ntsT为采样周期，N为正整数的纯延时个数。由于纯延时环节不易用电路实现，在软件中由计算机实现。(3) 被控对象的开环传递函数为：G(S) = -2e-nts /( S +1)2、大林算法的闭环传递函数：G0( S) = e -NTS /(tS +1)工为大林时间常数3、大林算法的数字控制器：D(z) = (1 - e -T/t )(1 - e -T/t 1 z-1)/(K(1 - e-T/t 1)(1 - e-T z-1 - (1 - e -T/t )z -N-1)设K = e-THK = e-tft = 0.2 t大林时间常数 K
12、=21 2 1(K - KK )U = (1 - K )e - (1 - K ) Ke + (K - KK ) KU+ (K - KK )(1 - K )U2 K1 K1 2 K -12 1 K -121 K -N -1四、实验仪器序号名称主要用途1SAC-CCT计算机控制技术教学实验系统构成实验所需的硬件电路2PC机输入参数，观察运行结果五、实验内容和步骤1、将模拟电路在运放电路板上连接好。2、启动计算机，运行“计算机控制技术”，打开“实验选择”菜单，选择“大林算法” 实验。3、在命令菜单上选择“参数设置”命令，进入参数设置窗口，设置采样周期、采样点 数，输出电压和大林时间常数。4、选择“运
13、行观测”命令，观察响应波形。六、实验数据处理与分析1、分析开环系统的阶跃响应曲线。2、画出闭环的阶跃响应曲线，并求出超调量和响应时间。3、分析大林时间常数对系统稳定性的影响。七、预习与思考题1、大林算法适合于什么类型的被控对象？2、大林算法的闭环传递函数是什么？3、大林算法的数字控制器的设计步骤。八、大林算法软件流程图e为误差，e：为上一次误差，u是控制量，是上一次的控制量）（u 是上 N+1 次的控制量）Kn1实验四 炉温控制实验一、实验目的与要求1、了解炉温控制系统的特点。2、研究采样周期T对系统特性的影响。3、研究大时间常数系统PID控制器参数的整定方法。二、实验类型验证性三、实验原理及
14、说明u T宀 Gc(S)一Gh(S)i y一rAj FJI计算机图 4-11、系统结构表示于图 4-1。G (S) = K (1 + K / S + K S)C P i d图中 G (S) = (1 - e-TS)/ShGp (S) = 1/(TS +1)2、系统的基本工作原理系统由两大部分组成，第一部分由计算机、数据通道接口板和微机实验平台组成， 完成温度信号采集、 PID 运算、产生控制双向可控硅的触发信号；第二部分为炉温控制 实验板，完成温度控制及传感器信号放大，第二部分电路原理图见图4-2。在炉温控制实验板上，温度检测元件采用热敏电阻Rt,其阻值变化由双臂电桥变换 成电压信号，经放大电路为05V信号，送A/D转换器(ADC0809)转化为数字信号。 系统采用双向可控硅应用过零触发方式，在每个控制周期(与采样周期相等)，控制输 入电阻丝的正弦波个数，即通过控制输入电阻丝平均功率的大小来达到控制温度的目 的，图中，AC15
