计算机控制技术实验报告

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《计算机控制技术》数字PID控制器设计与仿真实验报告

《计算机控制技术》数字PID控制器设计与仿真实验报告课程名称：计算机控制技术实验实验类型：设计型实验项目名称：数字PID控制器设计与仿真一、实验目的和要求1. 学习并掌握数字PID以及积分分离PID控制算法的设计原理及应用。

2. 学习并掌握数字PID控制算法参数整定方法。

二、实验内容和原理图3-1图3-1是一个典型的 PID 闭环控制系统方框图，其硬件电路原理及接线图可设计如图1-2所示。

图3-2中画“○”的线需用户在实验中自行接好，对象需用户在模拟实验平台上的运放单元搭接。

图3-2上图中，ADC1为模拟输入，DAC1为模拟输出，“DIN0”是C8051F管脚 P1.4，在这里作为输入管脚用来检测信号是否同步。

这里，系统误差信号E通过模数转换“ADC1”端输入，控制机的定时器作为基准时钟(初始化为10ms)，定时采集“ADC1”端的信号，得到信号E的数字量，并进行PID计算，得到相应的控制量，再把控制量送到控制计算机及其接口单元，由“DAC1”端输出相应的模拟信号，来控制对象系统。

本实验中，采用位置式PID算式。

在一般的PID控制中，当有较大的扰动或大幅度改变给定值时，会有较大的误差，以及系统有惯性和滞后，因此在积分项的作用下，往往会使系统超调变大、过渡时间变长。

为此，可采用积分分离法PID控制算法，即：当误差e(k)较大时，取消积分作用；当误差e(k)较小时才将积分作用加入。

图3-3是积分分离法PID控制实验的参考程序流程图。

图3-3三、主要仪器设备计算机、模拟电气实验箱四、操作方法与实验步骤1.按照图3-2搭建实验仿真平台。

2.确定系统的采样周期以及积分分离值。

3.参考给出的流程图编写实验程序，将积分分离值设为最大值0x7F，编译、链接。

4.点击，使系统进入调试模式，点击，使系统开始运行，用示波器分别观测输入端R以及输出端C。

5.如果系统性能不满意，用凑试法修改PID参数，再重复步骤3和4，直到响应曲线满意，并记录响应曲线的超调量和过渡时间。

计算机控制技术实训报告

一、实训背景随着科学技术的不断发展，计算机技术在各个领域的应用日益广泛。

计算机控制技术作为自动化领域的重要组成部分，其研究与应用对于提高生产效率、降低成本、改善产品品质等方面具有重要意义。

为了使学生深入了解计算机控制技术，提高动手能力，本实训课程以计算机控制技术为核心，通过实际操作，使学生掌握计算机控制系统的设计、调试和实施方法。

二、实训目的1. 理解计算机控制系统的基本原理和组成；2. 掌握计算机控制系统的设计方法；3. 熟悉计算机控制系统的调试与实施；4. 培养学生团队合作精神和创新意识。

三、实训内容1. 计算机控制系统的基本组成计算机控制系统主要由以下几个部分组成：（1）被控对象：被控对象是指需要通过计算机控制系统进行控制的设备或过程。

（2）传感器：传感器用于将物理量转换为电信号，以便计算机控制系统进行处理。

（3）控制器：控制器是计算机控制系统的核心，负责接收传感器输入信号，根据预设的控制策略进行计算，并输出控制信号。

（4）执行器：执行器根据控制器输出的控制信号，实现对被控对象的调节。

（5）人机界面：人机界面用于人与计算机控制系统之间的交互，包括操作面板、显示器等。

2. 计算机控制系统的设计方法计算机控制系统的设计主要包括以下几个步骤：（1）系统分析：分析被控对象的特点和需求，确定控制目标。

（2）系统建模：根据被控对象的特点，建立数学模型。

（3）控制器设计：根据数学模型和控制目标，选择合适的控制器类型，并进行参数整定。

（4）系统仿真：在计算机上对控制系统进行仿真，验证系统性能。

（5）系统实施：根据仿真结果，对实际控制系统进行调整和优化。

3. 计算机控制系统的调试与实施计算机控制系统的调试主要包括以下几个方面：（1）硬件调试：检查硬件设备是否正常，包括传感器、控制器、执行器等。

（2）软件调试：检查控制算法是否正确，参数是否合理。

（3）系统联调：将硬件和软件结合起来，进行系统联调，验证系统性能。

计算机控制技术实验报告

计算机控制技术实验报告实验一信号的采样与保持一、实验目的1．熟悉信号的采样和保持过程。

2．学习和掌握香农(采样)定理。

3．学习用直线插值法和二次曲线插值法还原信号。

二、实验设备PC 机一台.TD-ACS实验系统一套.i386EX 系统板一块。

三、实验原理香农（采样）定理：若对于一个具有有限频谱（max ωω<）的连续信号)(t f 进行采样.当采样频率满足max 2ωω≥s时.则采样函数)(t f *能无失真地恢复到原来的连续信号)(t f 。

max ω为信号的最高频率.s ω为采样频率。

四．实验内容1．采样与保持编写程序.实现信号通过 A/D 转换器转换成数字量送到控制计算机.计算机再把数字量送到 D/A 转换器输出。

实验线路图如图2-1所示.图中画“○”的线需用户在实验中自行接好.其它线系统已连好。

模数转换单元控制计算机图2-1 采样保持线路图控制计算机的“OUT1”表示386EX 内部1#定时器的输出端.定时器输出的方波周期＝定时器时常.“IRQ7”表示386EX 内部主片8259的“7”号中断.用作采样中断。

正弦波单元的“OUT ”端输出周期性的正弦波信号.通过模数转换单元的“IN7”端输入,系统用定时器作为基准时钟（初始化为10ms ）.定时采集“IN7”端的信号.转换结束产生采样中断.在中断服务程序中读入转换完的数字量.送到数模转换单元.在“OUT1”端输出相应的模拟信号。

由于数模转换器有输出锁存能力.所以它具有零阶保持器的作用。

采样周期T= TK×10ms .TK 的范围为01~ FFH.通过修改TK 就可以灵活地改变采样周期.后面实验的采样周期设置也是如此。

零阶采样保持程序流程图如图2-2所示。

图2-2 零阶采样保持程序流程图实验步骤：（1）参考流程图2-2编写零阶保持程序.编译、链接。

（2）按照实验线路图2-1接线.检查无误后开启设备电源。

（3）用示波器的表笔测量正弦波单元的“OUT ”端.调节正弦波单元的调幅、调频电位器及拨动开关.使得“OUT ”端输出幅值为3V.周期1S 的正弦波。

计算机控制实验报告

计算机控制实验报告实验二数字PID 控制一、实验原理及算法说明：计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。

因此连续PID 控制算法不能直接使用，需要采用离散化方法。

在计算机PID 控制中，使用的是数字PID 控制器。

按模拟PID 控制算法，以一系列的采样时刻点kT 代表连续时间t ，以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，可得离散PID 位置式表达式：∑∑==--++=??--++=kj di p kj DI p Tk e k e k T j e k k e k k e k e T T j e T Tk e k k u 0)1()()()())1()(()()()(式中，D p d Ip i T k k T k k ==,，e 为误差信号，u 为控制信号。

二、实验内容：1、连续系统的数字PID 控制仿真连续系统的数字PID 控制可实现D/A 及A/D 的功能，符合数字实时控制的真实情况，计算机及DSP 的实时PID 控制都属于这种情况。

设被控对象为一个电机模型传递函数BsJss G +=21)(，式中J=0.0067,B=0.1。

输入信号为)2sin(5.0t π，采用PD 控制，其中5.0,20==d p k k 。

采用ODE45方法求解连续被控对象方程。

因为BsJss U s Y s G +==21)()()(，所以u dtdy Bdty d J=+22，另yy y y ==2,1，则??+-==/J )*u ((B /J )y y y y 12221经过编程实现的结果如下：00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82-0.8-0.6-0.4-0.20.20.40.6time(s)r i n ,y o u t00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82 -0.02-0.010.010.020.030.04time(s)e r r o r2、被控对象是一个三阶传递函数ss s 1047035.8752350023++，采用Simulink 与m 文件相结合的形式，利用ODE45方法求解连续对象方程，主程序由Simulink 模块实现，控制器由m 文件实现。

计算机控制技术实验报告

实验一过程通道和数据采集处理为了实现计算机对生产过程或现场对象的控制，需要将对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机；经计算机运算、处理后，再转换成适合于对生产过程进行控制的量。

所以在微机和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换的连接通道，该通道称为过程通道。

它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道。

模拟量输入通道：主要功能是将随时间连续变化的模拟输入信号变换成数字信号送入计算机，主要有多路转化器、采样保持器和A/D 转换器等组成。

模拟量输出通道：它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号，主要有D/A 转换器和输出保持器组成。

数字量输入通道：控制系统中，以电平高低和开关通断等两位状态表示的信号称为数字量，这些数据可以作为设备的状态送往计算机。

数字量输出通道：有的执行机构需要开关量控制信号 (如步进电机)，计算机可以通过I/O 接口电路或者继电器的断开和闭合来控制。

输入与输出通道本实验教程主要介绍以A/D 和D/A 为主的模拟量输入输出通道，A/D 和D/A 的芯片非常多，这里主要介绍人们最常用的ADC0809 和TLC7528。

一、实验目的1．学习A/D 转换器原理及接口方法，并掌握ADC0809 芯片的使用2．学习D/A 转换器原理及接口方法，并掌握TLC7528 芯片的使用二、实验内容1．编写实验程序，将－5V ~ +5V 的电压作为ADC0809 的模拟量输入，将转换所得的8 位数字量保存于变量中。

2．编写实验程序，实现D/A 转换产生周期性三角波，并用示波器观察波形。

三、实验设备PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX 系统板一块四、实验原理与步骤1．A/D 转换实验ADC0809 芯片主要包括多路模拟开关和A/D 转换器两部分，其主要特点为：单电源供电、工作时钟CLOCK 最高可达到1200KHz 、8 位分辨率，8 个单端模拟输入端，TTL 电平兼容等，可以很方便地和微处理器接口。

计算机控制技术实验报告-组

实验一A/D与D/A转换一、实验目的1．通过实验了解实验系统的结构与使用方法；2．通过实验了解模拟量通道中模数转换与数模转换的实现方法。

二、实验设备1．THBCC-1型信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台2．THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根)3．PC机1台(含软件“THBCC-1”)三、实验容1．输入一定值的电压，测取模数转换的特性，并分析之；2．在上位机输入一十进制代码，完成通道的数模转换实验。

四、实验原理1．数据采集卡本实验台采用了THBXD数据采集卡。

它是一种基于USB总线的数据采集卡，卡上装有14Bit分辨率的A/D转换器和12Bit分辨率的D/A转换器，其转换器的输入量程均为±10V、输出量程均为±5V。

该采集卡为用户提供4路模拟量输入通道和2路模拟量输出通道。

其主要特点有：1) 支持USB1.1协议，真正实现即插即用2) 400KHz14位A/D转换器，通过率为350K，12位D/A转换器，建立时间10μs3) 4通道模拟量输入和2通道模拟量输出4) 8k深度的FIFO保证数据的完整性5) 8路开关量输入，8路开关量输出2. AD/DA转换原理数据采集卡采用“THBXD”USB卡，该卡在进行A/D转换实验时，输入电压与二进制的对应关系为：-10～10V对应为0～16383(A/D转换为14位)。

其中0V为8192。

其主要数据格式如下表所示(采用双极性模拟输入)：而DA转换时的数据转换关系为：-5～5V对应为0～4095(D/A转换为12位)，其数据格式(双极性电压输出时)为：五、实验步骤1. 启动实验台的“电源总开关”，打开±5、±15V电源。

将“阶跃信号发生器”单元输出端连接到“数据采集接口单元“的“AD1”通道,同时将采集接口单元的“DA1”输出端连接到接口单元的“AD2”输入端；2、将“阶跃信号发生器”的输入电压调节为1V；3. 启动计算机，在桌面双击图标“THBCC-1”软件，在打开的软件界面上点击“开始采集”按钮；4. 点击软件“系统”菜单下的“AD/DA实验”，在AD/DA实验界面上点击“开始”按钮，观测采集卡上AD 转换器的转换结果，在输入电压为1V(可以使用面板上的直流数字电压表进行测量)时应为00001100011101(共14位，其中后几位将处于实时刷新状态)。

计算机控制技术_实验二报告

计算机控制技术课程实验之二步进电机控制实验内容掌握KeilC51软件与Protues软件联合仿真调试的方法；掌握步进电机的工作原理及控制方法；掌握步进电机控制的不同编程方法。

1.用Proteus设计一四相六线步进电视控制电路。

要求利用P1口作步进电机的控制端口，通过达林顿阵列ULN2003A驱动步进电机。

2.编写程序，实现步进电机的正反转控制。

正反转时间分别持续10S时间，如此循环。

#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code zheng[]={0xf3,0xf6,0xfc,0xf9};uchar code fan[]={0xf9,0xfc,0xf6,0xf3};uchar t;bit flag=0;void delay(uint z){uint i,j;for(i=0;i<z;i++)for(j=0;j<110;j++);}void timer_init(){TMOD=0X01;//定时器0，方式1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;ET0=1;EA=1;TR0=1;}void motor_z(){uchar i;for(i=0;i<4;i++){P1=zheng[i];delay(200);}}void motor_f(){uchar i;for(i=0;i<4;i++){P1=fan[i];delay(200);}}void main(){timer_init();while(1){if(flag==0){motor_f();}else{motor_z();}}}void timer() interrupt 1{TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;if(t>=200){t=0;flag=~flag;}t++;}3.设计一可调速步进电机控制电路。

计算机控制技术实验报告

计算机控制技术实验报告实验一过程通道和数据采集处理一、输入与输出通道本实验教程主要介绍以A/D 和D/A 为主的模拟量输入输出通道，A/D 和D/A 的芯片非常多，这里主要介绍人们最常用的ADC0809 和TLC7528。

一、实验目的1(学习A/D 转换器原理及接口方法，并掌握ADC0809 芯片的使用2(学习D/A 转换器原理及接口方法，并掌握TLC7528 芯片的使用二、实验内容1(编写实验程序，将,5V ~ +5V 的电压作为ADC0809 的模拟量输入，将转换所得的8 位数字量保存于变量中。

2(编写实验程序，实现D/A 转换产生周期性三角波，并用示波器观察波形。

三、实验设备+PC 机一台，TD-ACC实验系统一套，i386EX 系统板一块四、实验原理与步骤1(A/D 转换实验ADC0809 芯片主要包括多路模拟开关和A/D 转换器两部分，其主要1特点为:单电源供电、工作时钟CLOCK 最高可达到1200KHz 、8 位分辨率，8 个单端模拟输入端，TTL 电平兼容等，可以很方便地和微处理器+ 接口。

TD-ACC教学系统中的ADC0809 芯片，其输出八位数据线以及CLOCK 线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟1MCLK (1MHz) 上。

其它控制线根据实验要求可另外连接 (A、B、C、STR、/OE、EOC、IN0,IN7)。

根据实验内容的第一项要求，可以设计出如图1.1-1 所示的实验线路图。

单次阶跃模数转换单元控制计算机图1.1-1上图中，AD0809 的启动信号“STR”是由控制计算机定时输出方波来实现的。

“OUT1” 表示386EX 内部1,定时器的输出端，定时器输出的方波周期,定时器时常。

图中ADC0809 芯片输入选通地址码A、B、C 为“1”状态，选通输入通道IN7;通过单次阶跃单元的电位器可以给A/D 转换器输入,5V ~ +5V 的模拟电压;系统定时器定时1ms 输出方波信号启动A/D 转换器，并将A/D 转换完后的数据量读入到控制计算机中，最后保存到变量中。

计算机控制技术实验二

计算机控制技术实验二一、实验目的（1）对PID 数字控制的改进算法用MATLAB 进行仿真。

二、实验内容1、积分分离PID 控制算法在普通PID 控制中，积分的目的是为了消除误差提高精度，但在过程的启动、结束或大幅度增减设定是，短时间内系统输出有很大偏差，会造成PID 运算的积分积累，致使控制量超过执行机构可能允许的最大动作范围对应的极限控制量，引起系统较大的超调，甚至引起系统较大的振荡，这在生产中是绝对不允许的。

积分分离控制基本思路是，当被控量与设定值偏差较大时，取消积分作用，以免由于积分作用使系统稳定性降低，超调量增大；当被控量接近给定值时，引入积分控制，以便消除静差，提高控制精度。

其具体实现步骤是：1）根据实际情况，人为设定阈值ε>0；2）当ε>)(k e 时，采用PD 控制，可避免产生过大的超调，又使系统有较快的响应； 3）当ε≤)(k e 时，采用PID 控制，以保证系统的控制精度。

积分分离算法可表示为：∑=--++=kj di p Tk e k e k T j e k k e k k u 0)1()()()()(β式中，T 为采样时间，β为积分项的开关系数，??>≤=ξξβ|)(|0|)(|1k e k e仿真1 设备控对象为一个延迟对象160)(80+=-s e s G s，采样周期为20s ，延迟时间为4个采样周期，即80s 。

输入信号r(k)=40，控制器输出限制在[-110,110]。

3,005.0,8.0===d i p k k k被控对象离散化为)5()2()1()2()(-+--=k u num k y den k y仿真方法：仿真程序：ex9_1.m 。

当M=1时采用分段积分分离法，M=2时采用普通PID 控制。

%Integration Separation PID Controller clear all ; close all ; ts=20; %Delay plantsys=tf([1],[60,1],'inputdelay',80); dsys=c2d(sys,ts,'zoh'); [num,den]=tfdata(dsys,'v');u_1=0;u_2=0;u_3=0;u_4=0;u_5=0;y_1=0;y_2=0;y_3=0;error_1=0;error_2=0;ei=0;% M=1分段积分分离，M=2普通PIDdisp('M=1--Using integration separation,M=2--Not using integration separation')M=input('whether or not use integration separation method:')for k=1:1:200time(k)=k*ts;%输出信号yout(k)=-den(2)*y_1+num(2)*u_5;rin(k)=40;error(k)=rin(k)-yout(k);ei=ei+error(k)*ts;%积分项输出if M==1 %使用分段积分分离if abs(error(k))>=30&abs(error(k))<=40beta=0.3;elseif abs(error(k))>=20&abs(error(k))<=30beta=0.6;elseif abs(error(k))>=10&abs(error(k))<=20beta=0.9;elsebeta=1.0;endelseif M==2beta=1.0;endkp=0.80;ki=0.005;kd=3.0;u(k)=kp*error(k)+kd*(error(k)-error_1)/ts+beta*ki*ei;if u(k)>=110 % 控制信号限幅u(k)=110;endif u(k)<=-110u(k)=-110;endu_5=u_4;u_4=u_3;u_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k);y_3=y_2;y_2=y_1;y_1=yout(k);error_2=error_1;error_1=error(k);endfigure(1);plot(time,rin,'b',time,yout,'r');xlabel('time(s)');ylabel('rin,yout');figure(2);plot(time,u,'r');xlabel('time(s)');ylabel('u');将仿真获得结果的截图附于如下空白处：（1）M=1时输入输出信号仿真图：图1-1 M=1时输入输出信号M=1时控制信号仿真图：图1-2 M=1时控制信号（2）M=2时输入输出信号仿真图：图1-3 m=2时输入输出信号M=2时控制信号仿真图：图1-4 M=2时控制信号仿真结果分析：积分饱和的防止方法有积分分离法和预限削弱法。

《计算机控制技术》实训报告模板1

《计算机控制技术》实训报告模板1《计算机控制技术》实训报告模板1广东机电职业技术学院《计算机控制技术》实训报告题目:秒表时钟设计专业:______________________________班级:______________________________学生姓名:______________________________学号：指导教师:___________________________上交时间:年月日目录一、系统设计要求................................................................... ..................................1二、系统的硬件设计................................................................... (1)（一）XXXXXXXXXXXXXXXX..................................................... ......................1（二）XXXXXXXXXXXXXXXX..................................................... ......................1三、系统的软件设计................................................................... (1)（一）定时程序................................................................... ...............................1（二）两位LED显示程序................................................................... ..............1（三）时钟程序................................................................... ...............................1四、心得体会................................................................... ..........................................1参考文献................................................................... (1)一、系统设计要求任务一设计1分钟定时程序任务二设计2位数码管显示程序任务三设计时钟程序（以上三个任务均参照PPT的要求详细写）二、系统的硬件设计二、三等大标题下可以论证1~2个论点，可以写出涉及的概念、原理、相关技术及问题的解决办法等。

微型计算机控制技术试验报告1

或12位
实
验
仪
器
PC机、Proteus软件、Keil μVision2软件
实验步骤
1. 按照实验原理与接线图在Proteus中画出仿真电路图
2．编写中转换的程序, 输入程序。

进行仿真。

3．旋转电位器, 测取不同的模拟电压输入时, 读取显示的转换结果是否符合5V/256=Vin/D 的规律, 并记录。

画出模拟电压和数字量关
系图, 看两者是否成线性关系
3. 旋转电位器，测取不同的模拟电压输入时，读取显示的转换结果
参考电压, 输出为负电压。

由于DAC 0832是有数字量的输入锁存功能, 故数字量可以直接从P0口送入。

实
验
仪
器
PC机、Keil μVision2软件, PROTEUS
实验步骤
1. 按照实验原理在PROTEUS上完成连线。

2．在KEIL中编制程序1使DAC0832输出三角波。

输入程序, 编译并下载到AT89C51中。

3. 进行编译仿真。

6. 4运行程序1, 用示波器测试, 观察输出波形。

7...5.编制程序2，实现利用图二所示电路完成三角波与锯齿波不同波
开关打在P1.1处生成锯齿波。

计算机控制技术实验报告2

中南大学计算机控制技术实验报告信息院专业班组姓名学号指导老师实验日期2013 年月日实验名称温度闭环控制系统的设计和实现一、实验目的1．了解温度闭环控制系统的构成。

2．掌握PID 控制规律，并且用算法实现。

二、实验仪器设备PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX 系统板一块，烤箱一台(选件)三、实验内容、实验电路、实验步骤及数据处理1.实验原理温度闭环控制系统实验的系统方框图如下：根据上述系统方框图，硬件线路图设计如下，图中画“○”的线需用户在实验中自行接好。

上图中，控制机算机的“DOUT0”表示386EX 的I/O 管脚P1.4，输出PWM 脉冲经驱动后控制烤箱或温度单元，“OUT1”表示386EX 内部1＃定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259 的7 号中断(采样中断)。

实验中，使用了10K 热敏电阻作为测温元件，温度变化，电阻值变换，经转换电路变换成电压信号，由模数转换器进行转换，转换完成产生采样中断，在中断程序中读取数字量，构成反馈量，在参数给定的情况下，经PID 运算产生相应的控制量，最后由系统的“DOUT0”端输出PWM 脉冲信号，经驱动电路驱动烤箱(温度范围室温～200℃) 或温度单元(温度范围室温～70℃) 加热或关断，使温度稳定在给定值。

其中系统定时器定时10ms，一方面作为A/D 的定时启动信号，另一方面作为系统的采样基准时钟。

温度闭环控制系统实验的参考程序流程图如下：2.实验步骤1．按流程图6.2-3、4、5 编写程序，再编译，链接。

参考程序名称为：ACC6-2-1.ASM 。

2．按图6.2-2 接线，检查无误后开启设备电源。

3．装载程序，打开专用图形界面，运行程序并观察波形，分析其响应特性。

4．若不满意，改变参数积分分离值IBAND、比h例系数KPP、积分系数KII、微分系数KDD 的值后再观察其响应特性，选择一组较好的控制参数并记录下来。

计算机控制技术实验报告

所以在微机和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换的连接通道，该通道称为过程通道。

它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道。

模拟量输入通道：主要功能是将随时间连续变化的模拟输入信号变换成数字信号送入计算机，主要有多路转化器、采样保持器和A/D 转换器等组成。

模拟量输出通道：它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号，主要有D/A 转换器和输出保持器组成。

数字量输入通道：控制系统中，以电平高低和开关通断等两位状态表示的信号称为数字量，这些数据可以作为设备的状态送往计算机。

数字量输出通道：有的执行机构需要开关量控制信号(如步进电机)，计算机可以通过I/O 接口电路或者继电器的断开和闭合来控制。

输入与输出通道本实验教程主要介绍以A/D 和D/A 为主的模拟量输入输出通道，A/D 和D/A 的芯片非常多，这里主要介绍人们最常用的ADC0809 和TLC7528。

2．编写实验程序，实现D/A 转换产生周期性三角波，并用示波器观察波形。

计算机控制技术实验报告

计算机控制技术实验报告实验名称：计算机控制技术实验实验目的：通过学习计算机控制技术的基本原理和方法，掌握计算机控制技术的应用。

实验原理：计算机控制技术是一种应用于现代工业自动化控制中的控制技术。

计算机控制系统由计算机硬件和软件组成，通过采集、处理和输出各种信号来完成对被控对象的控制。

实验仪器：计算机、控制器、传感器、被控对象等。

实验步骤：1.确定实验目标和实验要求。

2.研究被控对象的性质和特点，设计控制方案。

3.配置硬件设备，连接传感器、控制器和计算机。

4.编写控制程序，设置控制算法，实现被控对象的控制。

5.进行实验操作，观察并记录实验结果。

6.对实验结果进行分析和评价，总结实验经验。

实验结果和分析：在实验中，我们选择了一个温度控制系统作为被控对象。

通过传感器采集环境温度，并通过控制器将控制信号发送给加热器，调节加热器的功率来控制环境温度。

通过实验操作，我们观察了不同环境温度下的控制效果。

实验结果表明，在控制系统正常工作时，环境温度可以稳定在设定温度附近，并具有很好的控制精度。

此外，我们还对控制系统进行了稳定性和响应速度等性能指标的评价。

实验结果显示，控制系统具有较好的稳定性和快速响应的特点，可以满足实际工业生产中对温度控制的要求。

实验总结：通过本次实验，我们深入学习了计算机控制技术的基本原理和方法，并通过实践掌握了实验操作的技巧。

实验结果表明，计算机控制技术在工业生产中具有广泛的应用前景。

在今后的学习中，我们将进一步深入研究计算机控制技术的进一步发展，并不断提高实际应用能力，为工业自动化控制的发展贡献自己的力量。

计算机控制实验报告4(电机调速实验)

班级：座号：姓名成绩：课程名称：计算机控制技术实验项目：电机调速实验实验预习报告（上课前完成）一、实验目的1．了解直流电机调速系统的特点。

2．研究采样周期T对系统特性的影响。

3．研究电机调速系统PID控制器的参数的整定方法。

二、实验仪器1．EL-AT-II型计算机控制系统实验箱一台2．PC计算机一台3．直流电机控制实验对象一台三、控制的基本原理1．系统结构图示于图8－1。

图8－1 系统结构图图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds）Gh（s）=（1－e-TS）/sGp（s）=1/（Ts+1）2．系统的基本工作原理整个电机调速系统由两大部分组成，第一部分由计算机和A/D&D/A卡组成，主要完成速度采集、PID运算、产生控制电枢电压的控制电压，第二部分由传感器信号整形，控制电压功率放大等组成。

电机速度控制的基本原理是：通过D/A输出-2.5v～+2.5v的电压控制7812的输出，以达到控制直流电机电枢电压的目的。

速度采集由一对红外发射、接收管完成，接收管输出脉冲的间隔反应了电机的转速。

第二部分电路原理图3．PID递推算法：如果PID调节器输入信号为e（t），其输送信号为u（t）,则离散的递推算法如下：Uk=Kpek+Kiek2+Kd(ek-ek-1)其ek2是误差累积和。

四、实验内容：1、设定电机的速度在一恒定值。

2、调整P、I、D各参数观察对其有何影响。

五、实验步骤1．启动计算机，在桌面双击图标[Computerctrl]或在计算机程序组中运行[Computerctrl]软件。

2．测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。

如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。

3． 20芯的扁平电缆连接实验箱和炉温控制对象，检查无误后，接通实验箱电源。

开环控制4．选中[实验课题→电机调速实验→开环控制实验]菜单项,鼠标单击将弹出参数设置窗口。

在参数设置窗口设置给定电压，及电机控制对象的给定转速，点击确认在观察窗口观测系统响应曲线。

计算机控制系统实验报告

计算机控制系统实验一班级：自动化092班姓名：Lcy一、实验目的1：验证闭环系统可以克服干扰。

2：搭建由PID控制器组成的闭环控制系统，测试P、I、D（比例、积分、微分参数）变化对控制系统的影响。

验证PID控制器对不同的控制对象都有控制作用，即控制对象的变动对PID控制器的影响不大。

3：验证PID控制器对大惯性对象的调节不明显。

二、实验步骤1：在Simulink工具箱下构建开环系统，选择合适的对象，仿真观察开环下该系统在阶跃信号和同是阶跃信号的干扰信号的作用下系统的输出情况。

2：将上述开环系统由负反馈构成闭环，其他不变动，观察仿真结果与开环是比较，观察闭环是否可以克服干扰。

3：记录PID控制器的初试参数及初试参数下系统的输出情况，然后先后依次调节P、I、D三个参数，再观察记录系统的输出情况，并比较，得出比例、积分、和微分参数变化下对系统动态特性的影响。

4；保持原来的PID控制器的参数不变，改变控制对象的传递函数，仿真，观察输出情况是否发生变化。

5：将控制对象改成大惯性环节，PID控制器保持不变，然后调节PID 控制器的参数，观察阶跃信号及干扰信号下系统的输出在PID调节下是否有明显改善。

三、实验结果及数据记录1：开环系统系统开环在单位阶跃信号及阶跃干扰信号下的输出情况结果：系统开环时，在单位阶跃信号和阶跃干扰信号的作用下，系统是发散的，很显然是不稳定的。

闭环系统如下：系统闭环下输出情况如下：结果：系统闭环后在0时刻给定阶跃信号，在时刻10时趋于稳定，在时刻50时介入干扰信号，系统又恢复稳定，可见闭环的系统抗干扰性能上明显优于开环系统。

2：初始P 、PI 、PD 的系数都为1===D I p K K K ，被控对象为二阶系统，传递函数为15.01)(2++=s s s Gp K 变大到5 p K 时，系统的输出情况p K 减小到1.0=p K 时，系统的输出情况1==D P K K ；5=I K 时的系统输出1==D P K K ；1.0=I K 时的系统输出1==I P K K ;5=D K 时系统的输出1==I P K K ;1.0=D K 时系统的输出最佳整定：先调节比例、再调节积分、最后调微分下系统的输出情况总的调节参数表格如下：K P K I K D超调调整时间振荡次数1 1 1 0.444 10 20.1 1 1 0.585 26 45 1 1 0.215 25 11 5 1 系统在t=470时开始发散1 0.1 1 0.535 100 11 1 5 0.258 30 21 1 0.1 0.62 100 2310 8 20 0.037 8 1 PID控制规律总结：1：比例调节是对偏差及时反应的，偏差一旦出现，调节立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于K，加大比例系数可以减小稳态误差，但是P K过大会使系比例系数P统动态特性变坏，引起系统振荡，甚至导致系统出现不稳定。

计算机控制技术实验1实验报告

计算机控制技术实验报告基础实验实验目的(1) 了解工业控制机与微机的相同点和不同点。

(2) 掌握利用工业控制语言（梯形图）编写控制循环。

(3) 理解PLC输入点和输出点的关系，模拟量输入与开关量输入的区别，学会在实验室模拟现场调试。

实验要求利用Step7编程软件编写梯形图程序，实现工作台的顺序控制过程，通过输入点和输出点的二极管显示变化调试程序。

实现当按下某一个开关时，模拟控制工作台快速向前的输出灯点亮，说明工作台正在快速向前运动；当拨动另一开关时，模拟快速向前的灯灭，而指示慢速向前的灯亮；当拨第三个开关时，指示慢速向前的灯亮一定的时间后（5秒），指示快速后退的灯亮同时慢速向前的灯灭，直到模拟后退到位开关拨到位后，后退指示灯自动熄灭。

解题思路用I0.0，I0.1，I0.2，I0.3这四个拨动开关控制输出灯的变化，输出灯有Q0.0，Q0.1，Q0.2I0.0 : 控制第一个灯亮I0.1：第二个灯亮的同时第一个灯熄灭I0.2: 2秒后第三个灯亮I0.3: 重置操作，在任何状态下都可以重置，所有灯灭。

下面展示梯形图：图1图2图3图4图1中显示网络1、2、3，由网络1确定Q0.0的亮灭，当I0.0有输入时，由于I0.1、I0.3为常闭，所以Q0.0会点亮。

添加会使Q0.0常亮，不会因I0.0的断开而熄灭。

同理网络2完成Q0.1的点亮功能，I0.3是常闭，完成复位操作，如图2中的网络6。

实现当按下某一个开关时，模拟控制工作台快速向前的输出灯点亮，说明工作台正在快速向前运动；网络3中按下I0.2时，触发M0.0，开始计时，如图2网络4所示，为计时器状态。

当计时时间到达2S时，网络5通，Q0.2亮，同时Q0.1灭，实现当拨第三个开关时，指示慢速向前的灯亮一定的时间后（5秒），指示快速后退的灯亮同时慢速向前的灯灭.网络6中，按下I0.3时，对网络实现重置，所有的灯在按下I0.3时都会熄灭。

实验结果结果情况详见附件中的视频。

计算机控制技术实验报告

实验一基于Matlab 的控制系统模型一、实验目的1. 熟悉Matlab 的使用环境，学习Matlab 软件的使用方法和编程方法2. 学习使用Matlab 进行各类数学变换运算的方法3. 学习使用Matlab 建立控制系统模型的方法二、实验器材x86系列兼容型计算机，Matlab 软件三、实验原理1. 香农采样定理对一个具有有限频谱的连续信号f(t)进行连续采样，当采样频率满足max 2ωω≥S 时，采样信号f*(t)能无失真的复现原连续信号。

作信号tet f 105)(-=和kT10*5)(-=et f 的曲线，比较采样前后的差异。

幅度曲线： T=0.05 t=0:T:0.5f=5*exp(-10*t) subplot(2,1,1) plot(t,f) gridsubplot(2,1,2) stem(t,f) grid请改变采样周期T ，观察不同的采样周期下的采样效果。

幅频曲线： w=-50:1:50F=5./sqrt(100+w.^2) plot(w,F) grid若|)0(|1.0|)(|max F j F =ω，选择合理的采样周期T 并加以验证。

（抽样后的频谱是将原信号频谱以抽样频率s ω为周期进行周期延拓，幅度变为原来的s T 1而得到）w=-400:20:400ws=200 Ts=2*pi/wsF0=5/Ts*(1./sqrt(100+(w).^2)) F1=5/Ts*(1./sqrt(100+(w-ws).^2)) F2=5/Ts*(1./sqrt(100+(w+ws).^2)) plot(w,F0,w,F1,w,F2) grid请改变采样频率ws ，观察何时出现频谱混叠？2. 拉式变换和Z 变换使用Matlab 求函数的拉氏变换和Z 变换拉式变换： syms a w t f1=exp(-a*t)Z 变换： syms a k T f1=exp(-a*k*T)laplace(f1) f2=tlaplace(f2) f3=t* exp(-a*t) laplace(f3) f4=sin(w*t) laplace(f4)f5=exp(-a*t)*cos(w*t) laplace(f5)反拉式变换 syms s a f1=1/silaplace(f1) f2=1/(s+a) ilaplace(f2) f3=1/s^2 ilaplace(f3)f4=w/(s^2+w^2) ilaplace(f4)f5=1/(s*(s+2)^2*(s+3)) ilaplace(f5)ztrans(f1) f2=k*T ztrans(f2)f3=k*T*exp(-a*k*T) ztrans(f3) f4=sin(a*k*T) ztrans(f4) f5=a^k ztrans(f5)反Z 变换 syms z a T f1=z/(z-1) iztrans(f1)f2=z/(z-exp(-a*T)) iztrans(f2) f3=T*z/(z-1)^2 iztrans(f3) f4=z/(z-a) iztrans(f4)f5=z/((z+2)^2*(z+3)) iztrans(f5)3. 控制系统模型的建立与转化传递函数模型：num=[b1,b2,…bm]，den=[a1,a2,…an]，nn n mm m b s a s a b s b s b den num s G ++++++==-- 121121)( 零极点增益模型：z=[z1,z2,……zm]，p=[p1,p2……pn]，k=[k]，)())(()())(()(2121n m p s p s p s z s z s z s ks G ------=建立系统模型65)3)(2()1()(22+++=+++=s s ss s s s s s G 和65)3)(2()1()(22+++=+++=z z zz z z z z z G 传递函数模型： num=[1,1,0] den=[1,5,6] T=0.1Gs1=tf(num,den) Gz1=tf(num,den,T) 零极点增益模型： z=[0,-1] p=[-2,-3] k=[1] T=0.1Gs2=zpk(z,p,k) Gz2=zpk(z,p,k,T)传递函数模型和零极点增益模型相互转化传递函数模型转化零极点增益模型： num=[1,1,0] den=[1,5,6] T=0.1Gs1=tf(num,den) Gz1=tf(num,den,T) [z,p,k]=tf2zp(num,den) Gs2=zpk(z,p,k) Gz2=zpk(z,p,k,T)零极点增益模型转化传递函数模型： z=[0,-1] p=[-2,-3] k=[2] T=0.1Gs1=zpk(z,p,k) Gz1=zpk(z,p,k,T)[num,den]=zp2tf(z',p',k) Gs2=tf(num,den) Gz2=tf(num,den,T)建立系统模型)84)(2()22)(1()(222++++++=s s s s s s s G 和)84)(2()22)(1()(222++++++=z z z z z z z G num1=[1,1]num2=[1,2,2] den1=[1,0,2] den2=[1,4,8]num=conv(num1,num2) den=conv(den1,den2) T=0.1Gs1=tf(num,den) Gz1=tf(num,den,T) [z,p,k]=tf2zp(num,den) Gs2=zpk(z,p,k) Gz2=zpk(z,p,k,T)四、实验步骤1. 根据参考程序，验证采样定理、拉氏变换和Z 变换、控制系统模型建立的方法2. 观察记录输出的结果，与理论计算结果相比较3. 自行选则相应的参数，熟悉上述的各指令的运用方法五、实验数据及结果分析记录输出的数据和图表并分析 T=0.05时，幅度曲线和幅频曲线0.050.10.150.20.250.30.350.40.450.501234500.050.10.150.20.250.30.350.40.450.50123450.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5012345-50-40-30-20-10102030405000.10.20.30.40.5T=0.1时，幅度曲线和幅频曲线拉氏变换结果：反拉氏变换结果： f1 = f1= exp(-a*t) 1/s ans = ans= 1/(s+a) 1 f2 = f2 =t 1/(s+a) ans = ans =1/s^2 exp(-a*t) f3 = f3 = t*exp(-a*t) 1/s^2 ans = ans= 1/(s+a)^2 t f4 = f4=sin(w*t) w/(s^2+w^2) ans = ans=w/(s^2+w^2) sin(w*t) f5 = f5 =0 0.0 0. 0.1 0. 0.2 0. 0.30. 0.4 0.1 2 3 4 5 -5-4 -3 -2 -1 01 2 3 4 50 0. 0. 0. 0.0.0.05 0.10.15 0.20.25 0.30.35 0.40.45 0.50 1 2 3 4 50.05 0.10.15 0.20.25 0.30.35 0.40.45 0.50 1 2 3 4 5exp(-a*t)*cos(w*t) 1/s/(s+2)^2/(s+3) ans = ans =(s+a)/((s+a)^2+w^2) 1/12+(-1/2*t+1/4)*exp(-2*t)-1/3*exp(-3*t)s ω=200时， s ω=400时，Z 变换：反Z 变换： f1 =f1 = exp(-a*k*T) z/(z-1) ans = ans = z/exp(-a*T)/(z/exp(-a*T)-1) 1 f2 = f2 =k*T z/(z-exp(-a*T)) ans = ans =T*z/(z-1)^2 exp(-a*T)^n f3 = f3 =k*T*exp(-a*k*T) T*z/(z-1)^2 ans = ans = T*z*exp(-a*T)/(z-exp(-a*T))^2 T*n f4 = f4 = sin(a*k*T) z/(z-a) ans = ans = z*sin(a*T)/(z^2-2*z*cos(a*T)+1) a^n f5 = f5 =a^k z/(z+2)^2/(z+3) ans = ans =z/a/(z/a-1) -(-2)^n-1/2*(-2)^n*n+(-3传递函数模型：零极点增益模型： Transfer function: Zero/pole/gain:s^2 + s s (s+1) ------------- ----------- s^2 + 5 s + 6 (s+2) (s+3) Transfer function: Zero/pole/gain:-400-300-200-100010020030040005101520253035-400-300-200-1000100200300400246810121416z^2 + 5 z + 6 z (z+1) Sampling time: 0.1 -----------(z+2) (z+3)Sampling time: 0.1系统模型：num =1 3 4 2den =1 4 10 8 16T =0.1000Transfer function:s^3 + 3 s^2 + 4 s + 2-------------------------------s^4 + 4 s^3 + 10 s^2 + 8 s + 16Transfer function:z^3 + 3 z^2 + 4 z + 2-------------------------------z^4 + 4 z^3 + 10 z^2 + 8 z + 16Sampling time: 0.1z =-1.0000 + 1.0000i-1.0000 - 1.0000i-1.0000p =-2.0000 + 2.0000i-2.0000 - 2.0000i-0.0000 + 1.4142i-0.0000 - 1.4142ik =1Zero/pole/gain:(s+1) (s^2 + 2s + 2)--------------------------(s^2 + 2) (s^2 + 4s + 8)Zero/pole/gain:(z+1) (z^2 + 2z + 2)--------------------------(z^2 + 2) (z^2 + 4z + 8)Sampling time: 0.1实验二基于Matlab 的控制系统仿真一、实验目的1. 学习使用Matlab 的命令对控制系统进行仿真的方法2. 学习使用Matlab 中的Simulink 工具箱进行系统仿真的方法二、实验器材 x86系列兼容型计算机，Matlab 软件三、实验原理1. 控制系统命令行仿真建立如图所示一阶系统控制模型并进行系统仿真。