北航自动化学院计算机控制系统实验报告

2011- 2012 学年 第二学期
计算机控制实验报告
班级 姓名
392311 李 柏
学院 学号
高等工程
3903· 2415
2012 年 6 月 12 日

实验 1 模拟式小功率随动系统的实验调试
一、实验目的
1.熟悉反馈控制系统的结构和工作原理，进一步了解位置随动系统的特点。 2. 掌握判别闭环系统的反馈极性的方法。 3.了解开环放大倍数对稳定性的影响及对系统动态特性的影响，对静态误差的影响。
二、实验仪器
XSJ-3 小功率直流随动系统学习机一台 DH1718 双路直流稳压电源一台 4 1/2 数字多用表一台
三、 实验原理
模拟式小功率随动系统结构如图 2-3 所示 调试步骤如下： 零位调整：为了保证精度，同时判断运放是否好用，在连接成闭环系统之前进行零位的调整。首先，把三个运放负相端输入 电阻接地，并使其增益为 1（利用电阻调整） ，再利用运放上方的调零旋钮，使输出端输出为 0；然后将电位计两端接上±10V 电压后，用数字电压表测其电刷输出，旋转之，使其电刷输出为 0，并同时调整刻度盘零点于 0 点。 开环工作状态：断开反馈电为计，加入给定电压，使电压从小到大，当信号大时，电机转速高，信号反极性时，电机反转。 反馈极性判断。 首先判断测速机反馈极性。在一级运放处加一电压（正或负） ，记住电机转向，然后断开输入，用手旋转电 机按同一转向转动，测量测速机输出电压，如与前电机所加电压极性相同，则可将该信号接入运放二的负端；否则应把测速 机输出极性倒置， 即把另一信号接入运放二的负相端。 其次判断位置反馈极性。 将回路接成开环状态， 给电机加入一正电压， 可使其转动，然后使电机回零，顺着电机刚才转动的方向转一小角度（不可转到非线性区） ，同时用数字电压表测电位计电 刷的输出电压，倘若其值为负，则表明此时是负反馈，否则，需把电位计两端±10V 接线头对调，以保证闭环系统是负反馈。 检验系统跟随情况：按图 2-2 连线，逐渐加大电压，察看输出角度是否也同时增加（绝对量值） ，如跟随则系统跟随情况良 好。 开环放大系数 K 与静态误差的关系：实际控制系统由于元件存在固有误差和非线性因素及安装误差，所以不可能没有误差。 该系统误差主要由电机死区引起。 实验方法：改变放大器的反馈电阻可使系统放大倍数 K 改变。取三个 K 值，每取一个 K 值，给定电位计输入一定角度，系统 旋转一个角度，将输入、输出角度记录下来，计算出角度误差。同时记录放大器 1 的输出.

表 2-1 模拟式小功率随动系统实验记录表 运放Ⅱ比例系数 给定角度（度） 输出角度（度） 静差角度（读） 静态误差（mV） 过度过程曲线 K1 270 266 0 19.3 K2 90 96 2 -24.6 K3 90 94.5 0.5 32.6 K4
fig.
1
fig.
2

fig.
3
fig.
4
从 fig. 1 中可以看出有较大的静态误差，从 fig. 2 中可以看出此时的静态误差较小。fig. 3 此时出现较大的超 调量。从 fig. 4 中可以看出系统阶跃响应已经呈现高频振荡。
四、 思考题的解答
一、 如果速度反馈极性不对应如何处理？如果位置反馈极性不对应如何处理？ 答：给定 1v 的输入电压，用万用表测反馈的电压值，如果不为负值，说明速度环的反馈极性不对应，这 时候应该要把测速机的输出极性倒置。 同速度环反馈极性的测量方法，如果反馈极性不对应，就将电位计端±10V 的接线对调。 二、系统是几阶无静差系统？产生静差的原因。

答：系统为二阶无静差系统，当比例因子 K 是以偏差调节电机转角的，所以会产生静差。积分环节用于消 除静差 产生静差的其它原因有： 1.实验条件的限制，无法满足严格的理论值。 2.时间上存在延迟。 3. 运算放大器的开环放大系数数值有限 三、说出开环放大系数与静差及稳定性的关系. 适当的开环放大系数有利于减小静态误差。但是当开环系数过大的时候会减小稳定性，增大静态误差。
实验 2 A/D 接口的使用和数据采集
一、 实验目的
了解 A/D 接口的基本原理,硬件结构及编程方法等; 掌握机器内部的数据转换和储存方式; 学会定时器的原理及使用方法. 测量 A/D 的输入/输出特性,分析误差产生原因.
二、 实验内容及仪器
用 C 语言编制带定时器的 A/D 程序; 输入电压进行测试; 分析误差产生原因 IBM PC 系列微机一台(586) HD1219 12 位 A/D D/A 接口板一块 DH1718 双路直流稳压电源一台 4 1/2 数字多用表一台
三、 实验原理
1. 在 C 环境下编写 A/D 程序，并编译连接； （程序流程图如下）

2. 输入模拟电压，运行程序，输出 16 进制数码； 输入电压与偏移二进制码对应关系如下：
表 3-2 A/D 输入电压与数码对应表 电压（V） 偏移码 补码 浮点数 -10 0 ffff -0.100 -7.5 20a fdf5 -0.744 -5 3f4 fc0b -0.505 -2.5 5f8 fa07 -0.253 0 7fa f805 -0.0005 2.5 9ff f600 0.295 5 c00 f3ff 0.5 7.5 eoc f1f3 0.756 10 fa5 f05a 0.956
3. 将 16 进制数码转换成电压，与输入电压进行比较；
Co 大小 V(理论值) V(实测值) 转换码
0000 -5 -4.97 0
2000 -3.75 -3.73 1ffe
4000 -2.5 -2.48 3ffc
6000 -1.25 -1.24 5ffa
8000 0 0 7ff8
A000 1.25 1.24 9ff6
C000 2.5 2.48 bff4
E000 3.75 3.73 dff2
FFFF 5 4.97 fff0