THBDC-1《计算机控制技术》实验指导书培训讲学
THBCC-1实验指导书(自控原理)
第二部分控制理论实验一典型环节的电路模拟与软件仿真一、实验目的1．熟悉并掌握THBCC-1型信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台的结构组成及上位机软件的使用方法。
2．通过实验进一步了解熟悉各典型环节的模拟电路及其特性，并掌握典型环节的软件仿真研究。
3．测量各典型环节的阶跃响应曲线，了解相关参数的变化对其动态特性的影响。
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．PC机1台(含上位机软件) 37针通信线1根3．双踪慢扫描示波器1台(可选)三、实验内容1．设计并构建各典型环节的模拟电路；2．测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数的变化对其输出响应的影响；3．在上位机界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比较。
四、实验原理自控系统是由比例、积分、惯性环节等按一定的关系连接而成。
熟悉这些惯性环节对阶跃输入的响应，对分析线性系统将是十分有益的。
在附录中介绍了典型环节的传递函数、理论上的阶跃响应曲线和环节的模拟电路图，以供参考。
五、实验步骤1.熟悉实验台，利用实验台上的模拟电路单元，构建所设计 (可参考本实验附录)并各典型环节（包括比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节）的模拟电路。
待检查电路接线无误后,接通实验台的电源总开关，并开启±5V，±15V直流稳压电源。
2.对相关的实验单元的运放进行调零（令运放各输入端接地，调节调零电位器，使其输出端为0V ）注意：积分、比例积分、比例积分微分实验中所用到的积分环节单元不需要锁零（令积分电容放电）时,需将锁零按钮弹开；使用锁零按扭时需要共地，只需要把信号发生器的地和电源地用导线相连。
3．测试各典型环节的阶跃响应，并研究参数的变化对输出响应的影响1) 不用上位机时，将实验平台上 “阶跃信号发生器”单元的输出端与相关电路的输入端相连，选择“正输出”然后按下按钮，产生一个阶跃信号(用万用表测试其输出电压,并调节电位器,使其输出电压为“1”V)，用示波器x-t 显示模式观测该电路的输入与输出曲线。
#THBDC1实验指导书
第一章 THBDC-1控制理论·计算机控制技术实验平台简介THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台主要是针对高校“控制理论”及“计算机控制技术”这两门课程而设计的。
该实验平台既考虑了学校理论教案的需要，又考虑了产品的开放性、扩展性、实用性。
如产品在信号采集部分并不是采用价格低廉的单片机系统，而是采用实验室或工业上常用的USB数据采集卡，在实验的设计上除了用运放来模拟各种受控对象的数学模型外，还针对性的设置了温度加热器、步进电机、直流电机、单容水箱四个实际被控对象，以便通过上位机来实现对它们输出量的自动控制。
在实验电路的设计上，除了完成实验的通用单元外，还增加了非线性单元，和一些自由布线区，这样可以在受控对象中引入非线性单元或其它电路单元，以增加算法研究的深度与广度。
另外还增加了实验中经常使用到的低频信号发生器、交直流数字电压表，便于实验室其它地方的使用。
一、硬件部分1．直流稳压电源直流稳压电源输出为±5V、±15V及+24V。
2．低频信号发生器见实验平台的低频函数信号发生器单元。
低频信号发生器由单片集成函数信号发生器ICL8038及外围电路组合而成，主要输出有正弦信号、三角波信号、方波信号、斜坡信号和抛物线信号。
输出频率分为T1、T2、T3为三档。
每一档正弦信号的范围为：0.1Hz～3.3Hz，2.5Hz～86.4Hz，49.8Hz～1.7KHz；V p-p值为25V，而方波信号输出幅度的V p-p值为15V。
使用时可根据需要选择合适频率的档并且调节“频率调节”和“幅度调节”两个个电位器即可调节输出信号的频率和幅值。
3．实验通用单元电路见实验平台的U1～U17单元。
这些单元主要由运放、电容、电阻、电位器和一些自由布线区等组成。
通过接线和短路帽的选择，可以模拟各种受控对象的数学模型。
其中U1为能控性与能观性单元，U2为无源器件单元，U3为带调零端的运放单元，U4为非线性单元，U5反相器单元，U6-U17为通用单元电路主要用于比例、积分、微分、惯性等环节电路的构造。
计算机控制技术实验指导书
计算机控制技术实验指导书微机原理实验室2012—3--21一、课程简介：本课程主要介绍计算机控制系统的组成原理、基本类型、设计方法和应用举例。
主要内容有：绪论（包括计算机监控系统的基本构成、类型和发展趋势）、数据通信基础、通道与I/O 接口、控制算法的计算机实现、常用软件技术、基于个人计算机的监控系统、基于PLC的计算机监控系统、现场总线技术、集散控制系统、计算机监控系统设计方法、计算机监控系统应用举例。
本实验的具体任务：1．通过实验，加深学生对微型计算机控制系统的认识和理解。
2．掌握基本控制方法的物理意义和实现方法。
3．能够设计基本的微机控制系统，掌握微机控制系统的软硬件设计方法。
二、课程实验目的与要求：本课程的教学目的在于通过教学使同学们掌握计算机监控系统的基本原理，掌握常用的硬件和软件设计方法，了解计算机监控技术的应用现状、最新发展以及发展趋势，掌握计算机监控系统的基本开发技术等。
具体体现在以下几方面：1．在实验过程中，教育学生养成良好的实验习惯，独立完成实验的全过程，爱护仪器和设备；遵守纪律，树立良好的学风，使学生了解实验的重要性以及实验课程的地位和作用；2．注意培养学生的科学实验能力，逐步提高排除故障、发现问题和解决问题的能力，培养学生进行微机软硬件的设计、调试的能力；3．拓宽和加深学生对已学过的理论知识的理解，培养学生实际应用能力，从而掌握比较全面的专业知识。
4．通过学生动手编程和电路连接，熟悉微型计算机控制系统的组成，让学生掌握微型计算机技术的实际应用方法和技能，掌握常用控制方法的程序设计。
5．实验完成后必须按时提交实验报告。
三、考试（考核）方式：根据实验报告、实验中的动手能力和解决实际问题的能力综合考核。
实验报告成绩占课程总成绩的40％。
实验中的动手能力和解决实际问题的能力考核占总成绩的60％。
四、场地与主要设备及消耗性器材1．场地：微机原理实验室面积:120平方米2．所用设备：微型计算机、EL-MUT-III微机原理实验箱、示波器等。
计算机控制技术01-“计算机控制技术”实验教程(含全部指导书)_版权_北京交通大学
numg=[0.1 0.03 −0.07]; deng=[1 −2.7 2.42 −0.72]; g=tf(numg,deng,−1) get(g); [nn, dd]=tfdata(g,'v') [zz,pp,kk]=zpkdata(g,'v') %Unite circle region with distrbuting zeros points and poles points hold on pzmap(g), hold off axis equal
序列进行传递，而对象模型部分则以连续的信号方式进行传递，它们之间需要通过采样(A/D) 和保持(D/A)环节进行信号转换，并且在这个信号的转换过程中，要符合采样(Shannon)定理。 离散时间系统模型描述方法有差分方程、Z 传递函数和零极点增益等多种形式，最典型的连 续时间系统模型有微分方程、拉普拉斯传递函数等，它们之间能够相互转换。每一种模型都
F(z) 逆 变 换 得 到 的 离 散 点 序 列 为
f (k) = k ⋅ bk−1 。
THBCC-1实验指导书
第一部分信号系统实验一常用信号的观察一、实验目的1.了解常用信号的波形和特点。
2.了解相应信号的参数。
3.学习示波器的使用。
二、实验设备1．THBCC-1型信号与系统²控制理论及计算机控制技术实验平台2．双踪慢扫描示波器1台3．PC机（安装数字信号发生器的软件），串口通信线一根。
三、实验内容1．观察常用的信号，如：正弦波、方波、三角波、锯齿波及一些组织函数波形如y=sin(n ³x)+cos(m³x)。
2．用示波器测量信号，读取信号的幅度和频率，并用坐标纸上记录信号的波形。
四、实验原理说明描述信号的方法有多种，可以是数学表达式（时间的函数），也可以是函数图形（即为信号的波形）。
对于各种信号可以分为周期信号和非周期信号；连续信号和离散信号等。
五、实验步骤1．连接数字信号发生器的串口通信线，打开数字信号发生器的电源。
2．运行上位机的波形发生器软件，选择串口和波特率，然后选择波形，点击发送数据，用示波器观察输出的波形。
3．选择不同的频率，观察输出波形的变化。
六、实验报告1．根据实验测量的数据，绘制各个信号的波形图，并写出相应的数学函数表达式。
实验二 零输入、零状态及完全响应一、实验目的1．通过实验，进一步了解系统的零输入响应、零状态响应和完全响应的原理。
2．掌握用简单的R-C 电路观测零输入响应、零状态响应和完全响应的实验方法。
二、实验设备1．THBCC-1型 信号与系统²控制理论及计算机控制技术实验平台 2．双踪慢扫描示波器1台三、实验内容1．连接一个能观测零输入响应、零状态响应和完全响应的电路图（参考图2-1）。
2．分别观测该电路的零输入响应、零状态响应和完全响应的动态曲线。
四、实验原理1.零输入响应、零状态响应和完全响应的模拟电路如图2－1所示。
图2-1 零输入响应、零状态响应和完全响应的电路图2.合上图2-1中的开关K1，则由回路可得iR+Uc ＝E (1)∵ i ＝C dt dUC ，则上式改为＝E c U dtc dURC + (2) 对上式取拉式变换得：RCU C （S ）-RCU C （0）+U C （S ）＝S15∴RC 1S 5RC 1S 15S15＝1RCS （0）RCU 1）S（RCS 15(S）＝c U c ++⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-+++，其中5V (0)U C =tRC 1-t RC 1-e e 1（t）＝15c U 5+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-(3)式(3)等号右方的第二项为零输入响应，即由初始条件激励下的输出响应；第一项为零状态响应，它描述了初始条件为零（Uc（0）=0）时，电路在输入E=15V作用下的输出响应，显然它们之和为电路的完全响应，图2-2所示的曲线表示这三种的响应过程。
THBDC-1计算机控制技术实验平台与实验指导书
以通用单元为例，现在搭建一个积分环节，比例常数为 1s。我们可以选择常用元件 100k、 10uF，T=1k×10uF=1s，其中通用单元电路二是满足要求的，把对应 100k 和 10uF 的插针使用 短路帽连接起来，锁零按钮按下去先对电容放电，然后用二号导线把正单位阶跃信号输入到积 分单元的输入端，积分电路的输出端接入反向器单元，保证输入、输出方向的一致性。观察输 出曲线，其具体电路如下图所示。
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第二章 硬件的组成及使用
一、直流稳压电源 直流稳压电源主要用于给实验平台提供电源。有±5V/0.5A、±15V/0.5A 及+24V/1.0A 五路，
每路均有短路保护自恢复功能。它们的开关分别由相关的钮子开关控制，并由相应发光二极管 指示。其中+24V 主用于温度控制单元和直流电机单元。
实验前，启动实验平台左侧的空气开关和实验台上的电源总开关。并根据需要将±5V、± 15V、+24V 钮子开关拔到“开”的位置。
流电压表使用，这时可用于测量直流电压；当自锁开关按下时，作交流毫伏表使用，它具有频 带宽（10Hz～400kHz）、精度高（±5‰）和真有效值测量的特点，即使测量窄脉冲信号，也能 测得其精确的有效值，其适用的波峰因数范围可达到 10。 六、通用单元电路
通用单元电路具体见实验平台所示“通用单元电路**”单元、“带调零端的运放单元”“反 相器单元”和“无源元件单元”。这些单元主要由运放、电容、电阻、电位器和一些自由布线区 等组成。通过接线和短路帽的选择，可以模拟各种受控对象的数学模型，主要用于比例、积分、 微分、惯性等电路环节的构造。一般为反向端输入，其中电阻多为常用阻值 51k、100k、200k、 510k；电容多在反馈端，容值为 0.1uF、1uF、10uF，其中通用单元电路二、三、九反向输入端 有 0.1uF 电容，通用单元电路八反向输入端有 4.7uF 电容，可作带微分的环节。
计算机控制技术 实验指导书
中国矿业大学银川学院《计算机控制技术》实验指导书机电动力与信息工程系季新芳编二0一三年十月第1章课程简介、实验项目及实验要求一、课程简介《计算机控制技术》是一门实践性很强的课程。
加强这门课程的实验教学可以起到重要的作用，有利于提高人才的培养质量，巩固和宽展实际的动手能力，实现知识向能力的转化。
实验的任务是使学生掌握计算机控制系统组成原理、设计方法和技术，培养学生设计和调试的能力，为今后从事工程应用和科学研究打好基础。
二、教学基本要求以提高学生实际工程设计能力为目的，通过实验和训练，使学生熟悉一种工程上常用的实验参数整定法。
三、实验项目与类型四、实验报告要求（1）学生在进行实验前应复习《计算机控制技术》等教材中的与实验相关的理论知识，认真阅读实验指导书及与其有关的参考资料，明确实验要求，做好实验准备。
（2）实验报告应按实验指导书的要求根据原始记录做出，于规定时间内交到指导教师处。
（3）要独立写出严谨、有理论分析、实事求是、文理通顺、字迹端正、图表清楚的实验报告。
数据真实、准确，结论明确。
报告要有经指导教师签字后的原始记录。
（4）实验报告应包括以下几个部分：①实验名称、班级、姓名、学号、实验日期②实验目的③实验内容及原理线路图④数据处理⑤实验总结：对实验结果和实验中的现象进行简明的分析并做出结论或评价；对本人在实验全过程中的经验、教训、体会、收获等进行必要的小结。
⑥提出对改进实验内容、安排、方法设备等的建议或具体设想。
（5）对数据处理的具体要求①将原始记录中要用到的数据整理后列表，并写明其实验条件；需要计算的加以计算后列入表中，同时说明所用的计算并以其中一点数据代入来说明计算过程。
②计算参数或性能等时，要先列出公式，然后代入数字，直接写出计算结果。
③对绘制曲线的要求：·绘制曲线可选用坐标纸。
使用时曲线的位置大小应适中，不要太小且偏于一方。
需要比较的各条曲线应画在同一坐标纸上。
·各坐标轴应标明代表物理量的名称和单位所用比例尺应方便作图和读数。
#THBDC1实验指导书06731
第一章 THBDC-1控制理论·计算机控制技术实验平台简介THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台主要是针对高校“控制理论”及“计算机控制技术”这两门课程而设计的。
该实验平台既考虑了学校理论教案的需要，又考虑了产品的开放性、扩展性、实用性。
如产品在信号采集部分并不是采用价格低廉的单片机系统，而是采用实验室或工业上常用的USB数据采集卡，在实验的设计上除了用运放来模拟各种受控对象的数学模型外，还针对性的设置了温度加热器、步进电机、直流电机、单容水箱四个实际被控对象，以便通过上位机来实现对它们输出量的自动控制。
在实验电路的设计上，除了完成实验的通用单元外，还增加了非线性单元，和一些自由布线区，这样可以在受控对象中引入非线性单元或其它电路单元，以增加算法研究的深度与广度。
另外还增加了实验中经常使用到的低频信号发生器、交直流数字电压表，便于实验室其它地方的使用。
一、硬件部分1．直流稳压电源直流稳压电源输出为±5V、±15V及+24V。
2．低频信号发生器见实验平台的低频函数信号发生器单元。
低频信号发生器由单片集成函数信号发生器ICL8038及外围电路组合而成，主要输出有正弦信号、三角波信号、方波信号、斜坡信号和抛物线信号。
输出频率分为T1、T2、T3为三档。
每一档正弦信号的范围为：0.1Hz～3.3Hz，2.5Hz～86.4Hz，49.8Hz～1.7KHz；V p-p值为25V，而方波信号输出幅度的V p-p值为15V。
使用时可根据需要选择合适频率的档并且调节“频率调节”和“幅度调节”两个个电位器即可调节输出信号的频率和幅值。
3．实验通用单元电路见实验平台的U1～U17单元。
这些单元主要由运放、电容、电阻、电位器和一些自由布线区等组成。
通过接线和短路帽的选择，可以模拟各种受控对象的数学模型。
其中U1为能控性与能观性单元，U2为无源器件单元，U3为带调零端的运放单元，U4为非线性单元，U5反相器单元，U6-U17为通用单元电路主要用于比例、积分、微分、惯性等环节电路的构造。
实验一THBDC-1典型环节地电路模拟
一、实验目的1.了解THBDC-1控制及理论实验平台的硬件组成和软件使用2.掌握典型环节的电路模拟3.测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响二、实验设备1.THBDC-1型控制理论计算机控制技术实验平台；2.PC机一台、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线。
三、实验内容1.熟悉THBDC-1控制理论实验平台的硬件组成和软件使用。
2.设计并组建比例、积分、微分、惯性、等典型环节的模拟电路；3.测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响。
四、实验步骤1.熟悉THBDC-1控制理论实验平台的相关硬件；直流稳压电源、阶跃信号发生器、低频函数信号发生器、锁零按钮、通用单元电路、数据采集接口单元、实物实验单元2.熟悉THBDC-1控制理论实验平台的软件3.设计组建比例、积分、微分、惯性、等典型环节的模拟电路并测试1）比例（P）环节传递函数G（s）=Uo(s)/Ui(s)=K根据比例环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计组建相应的模拟电路，如下根据模拟电子技术的信号的运算和处理章节有关反相比例运算电路部分可知K的绝对值=R2/R1图中后一个单元为反相器，其中R0=200K若比例系数K=1时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K若比例系数K=2时，电路中的参数取：R1=100K，R2=200K若比例系数K=4时，电路中的参数取：R1=51K，R2=200K当ui为一单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测，并记录相应K值时的实验曲线，并与理论值进行比较。
K=1 比例环节单位阶跃响应曲线K=2 比例环节单位阶跃响应曲线K=4 比例环节单位阶跃响应曲线2）积分（I）环节传递函数G（s）=Uo(s)/Ui(s)=1/(Ts)根据积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计组建相应的模拟电路，如下图所示。
若积分时间常数T=1S时，电路中参数取：R=100K，C=10μF若积分时间常数T=0.1S、0.5S时，电路中电阻电容参数应如何选取？T=RCT=0.1S时，电路中参数取：R=100K，C=1μFT=0.5S时，电路中参数取：R=51K，C=10μF当ui为单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测，并记录相应T值时的实验曲线，并与理论值进行比较积分时间常数T=1S的输出响应曲线积分时间常数T=0.1S的输出响应曲线积分时间常数T=0.5S的输出响应曲线分析实验步骤1）2）可得以下结论：比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用以减少偏差。
《计算机控制技术》实验指导书
《计算机控制技术》实验指导书《计算机控制技术》实验指导书Technology Of Computer Control Experiment Handbook : 总实验时数：8实验简介: 《计算机控制技术》这门课程是我国高等学校计算机应用专业和电子与电气工程专业的主干课程。
它集中了软件与硬件的理论知识，并使之与实际的应用联系在一起。
对于计算机专业大学高年级的学生，有关计算机的专业理论知识已了解许多，但对于计算机在自动化方面的应用，以及一些基本的自动化控制理论了解甚微。
为了扩大同学的就业范围，使我校的学生在今后的工作岗位上尽快适应工作要求，在学习完《计算机控制技术》的理论知识后，让同学们亲自动手做实验，了解PLC硬件和软件的功能，了解PLC如何实现现场控制要求，了解WINCC软件的使用，非常有助于学生对网络知识、计算机知识、以及有关控制方面知识综合掌握。
实验一PLC可编程控制器开关量输入/输出使用（西门子s7-200）实验时数：4学时实验类型：综合型实验对象以及应具备的基础：计算机应用专业高年级，电子电气专业实验组数以及每组人数：30组，每组2人实验平台：Windows操作系统下利用西门子Step7编程软件一. 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。
二．实验步骤（1）安装软件：此软件适合在WIN95/98，WINNT，WIN2000 SP2操作系统上安装。
首先，在光盘中的MICROWIN3.2中，双击SETUP图标，即可安装好版本V3.2：然后，在光盘中的MicroWin V3.2_SP1(中文补丁)中，双击STEP7-MicroWIN_V320_SP1图标，可以安装V3.2 SP1.安装过程中，可以选择使用语言，最好把英语和中文都选上。
THPFDC-1型实训指导书(含使用说明书)
THPFDC-1型 材料分拣实训模型一、实训目的1.了解气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容。
2.掌握PLC 控制的基本原理。
3.掌握变频器应用技术。
二、实训设备1.THPFDC-1型 材料分拣实训模型 1台2.计算机 (用户自备) 1台3.静音气泵（用户自备） 1台4.PLC 主机(含编程电缆) (用户自备) 1台5.变频器(用户自备) 1台 三、控制要求系统启动，将物料放到光电传感器前的皮带上，当光电传感器检测到有工件进入，即给控制系统发出信号，控制系统给变频器发出启动信号。
变频器驱动三相交流电机带动皮带转动，当物料为金属时电感传感器检测到信号，变频器停止，推料气缸一动作，将物料推入第一个料槽；当物料为非金属时电容传感器检测到信号，变频器停止，推料气缸二动作，将物料推入第二个料槽。
四、端子排布注：和THPF-B 配合使用时，请使用实训屏上的信号转接板进行连接，信号转接板使用方法请参考THPF-B 实训指导书中式的使用说明。
五、控制系统用户可根据需要自由配置控制系统，现就常见的西门子、三菱、欧姆龙PLC 和变频器做简单介绍。
可编程控制器与变频器配置表（可另配其他主机）123456789101112131415161718192021222324入料检测传感器正推料气缸一电磁阀负交流电机U 推料气缸一电磁阀正交流电机V 交流电机W入料检测传感器负入料检测传感器输出料槽一检测传感器输出料槽一检测传感器负料槽一检测传感器正料槽二检测传感器输出料槽二检测传感器负料槽二检测传感器正推料一气缸回位限位传感器正推料一气缸回位限位传感器负推料一气缸推出限位传感器正推料一气缸推出限位传感器负推料二气缸推出限位传感器负推料二气缸推出限位传感器正推料二气缸回位限位传感器负推料二气缸回位限位传感器正推料气缸二电磁阀正推料气缸二电磁阀负（一）西门子系统使用说明1.西门子PLC（二）三菱系统使用说明1.三菱PLC电气控制原理图初始值设置值120 50 上限频率（旋转频率设定旋钮，将运行频率设定为30Hz。
控制技术实验指导书
计算机控制技术实验指导及操作说明书实验十五单闭环温度恒值控制系统一、实验目的1．理解温度闭环控制的基本原理；2．了解温度传感器的使用方法；3．学习温度PID控制参数的配置。
二、实验设备1．THBDC-1型控制理论·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“THBDC-1”)三、实验原理1．温度驱动部分该实验中温度的驱动部分采用了直流15V的驱动电源，控制电路和驱动电路的原理与直流电机相同，直流15V经过PWM调制后加到加热器的两端。
2．温度测量端（温度反馈端）温度测量端（反馈端）一般为热电式传感器，热电式传感器式利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。
例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。
在各种热电式传感器中，已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。
其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶；将温度转换成为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻，如铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻等。
铜电阻的主要材料是铜，主要用于精度不高、测量温度范围（－50℃～150℃）不大的的地方。
而铂电阻的材料主要时铂，铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件和作为温度标准。
铂电阻与温度的关系在0℃～630.74℃以内为Rt＝R0（1＋at＋bt2）式中Rt――温度为t ℃时的温度；R0――温度为0℃时的电阻；t――任意温度；a、b――为温度系数。
该实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。
在实际的温度测量中，常用电桥作为热电阻的测量电阻。
在如图15-1中采用铂电阻作为温度传感器。
当温度升高时，电桥处于不平衡，在a，b两端产生与温度相对应的电位差；该电桥为直流电桥。
图15-1 温度测量及放大电路4．温度控制系统与实验十三的直流电机转速控制相类似，虽然控制对象不同，被控参数有差别，但对于计算机闭环控制系统的结构，却是大同小异，都有相同的工作原理，共同的结构及特点。
计算机控制技术实验指导书
《计算机控制技术》实验指导书自动化与电子工程学院2009.3目录实验设备简介 (2)实验一A/D与D/A转换 (5)实验二数字滤波 (6)实验三数字PID算法的研究 (7)实验四直流电机转速控制 (9)实验设备简介一、系统功能特点1．以PC微机为操作台，高效率支持“计算机控制”的教学实验。
2．系统含有高阶模拟单元，可根据教学实验需要进行灵活组合，构成各种典型环节与系统。
3．系统含有界面友好、功能丰富的软件。
PC微机在实验中，除了用作实验测试所需的虚拟仪器外，还可用作测试信号发生器以及具有很强柔性的数字控制器。
4．系统的硬件、软件设计，充分考虑了开放型、研究型实验的需要。
可自己设计实验内容，构建系统对象，编写控制算法，进行计算机控制技术的研究。
二、系统构成实验系统由上位PC微机（含实验系统上位机软件）、ACCT-I实验箱、USB2.0通讯线等组成。
ACCT-I实验箱内装有以C8051F060芯片（含数据处理系统软件）为核心构成的数据处理卡，通过USB口与PC微机连接。
ACCT-I实验箱是一个通用的实验箱。
它主要由电源部分U1单元，元器件部分U2单元，输入输出接口单元U3，反相器、非线性单元U4、U5、U6、U7，模拟电路单元U8～U16组成。
U1单元可提供＋5V，－5V，＋15V，－15V，0V，1.2V～15V可调电压的输出。
U2单元提供了实验所需的电容与电阻，电位器，另提供插接电路，供放置自己选定大小的元器件。
U3单元为数据处理模块，用于完成数据采集与数据输出，并通过并行口与上位PC机进行通讯。
U4为反相器；U5，U6，U7分别为典型的非线性环节电路。
U8～U16为由运算放大器与电阻，电容等器件组成的模拟电路单元，由场效应管组成的电路用于锁零。
在“计算机控制”实验中，这些单元常被用于模拟被控对象。
系统上位机界面采用LabVIEW 编程语言编写，操作简单，界面友好。
三、实验注意事项1．实验开始前需要对实验箱上的运算放大器电路进行调零。
计算机控制技术实验指导书
长江大学工程技术学院《计算机控制技术》实验指导书主编周勇长江大学工程技术学院二0一0年四月第1章课程简介、实验项目及学时安排一、课程简介《计算机控制技术》是一门实践性很强的课程。
加强这门课程的实验教学可以起到重要的作用，有利于提高人才的培养质量，巩固和宽展实际的动手能力，实现知识向能力的转化。
实验的任务是使学生掌握计算机控制系统组成原理、设计方法和技术，培养学生设计和调试的能力，为今后从事工程应用和科学研究打好基础。
二、教学基本要求以提高学生实际工程设计能力为目的，通过实验和训练，使学生熟悉一种工程上常用的实验参数整定法。
四、实验教学内容及学时分配实验一数／模转换与模／数转换（3学时）1、目的要求熟悉模／数转换的电路工作原理、熟悉数／模转换的电路工作原理、掌握模／数转化的量化特性、熟悉多路数／模转换电路的工作原理。
2、方法原理参考实验指导书3、主要实验仪器和材料：DICE-AT2实验箱4、实验内容（1）单路模／数与转换实验（2）双路模／数、数／模转换实验。
实验二采样与保持（3学时）1、目的要求掌握模／数、数／模采样电路的工作原理、掌握模／数、数／模保持电路的工作原理掌握采样周期T对输出波形的影响、熟悉零阶保持器在采样电路中的作用。
2、方法原理参考实验指导书3、主要实验仪器和材料：DICE-AT2实验箱4、实验内容（1）采样（2）保持实验三最小拍控制系统（3学时）1、目的要求熟悉最小拍控制系统的设计原理、熟悉最小拍控制系统的电路工作原理、掌握最小拍有纹波纹控制系统的(D)Z算法、掌握模拟连续系统的参数整定方法。
2、方法原理参考实验指导书3、主要实验仪器和材料：DICE-AT2实验箱4、实验内容（1）最小拍有纹波设计（2）最小拍无纹波设计实验四大林算法（3学时）1、目的要求熟悉大林算法系统的设计原理、熟悉大林算的电路工作原理、了解大林算法对斜坡输入影响特性。
2、方法原理参考实验指导书3、主要实验仪器和材料：DICE-AT2实验箱4、实验内容大林算法第2章实验仪器仪表设备简介一、计算机控制技术实验箱DICE-AT2：计算机控制技术实验其主要由以下七个模块组成：1、自动控制原理实验模块2、计算机控制技术实验模块3、信号源模块4、控制对象模块5、虚拟示波器模块6、控制对象输入显示模块7、CPU控制模块各模块相互交联关系框图见图1-1-1所示：DICE-AT2由各单元电路、8088CPU单元和PC机进行通讯的串口构成，其主要由信号源发生单元电路U1、正弦波单元U2、运算模拟单元电路U3-8、反向器单元U9、状态指示灯单元U10、电位器单元U11、单节拍脉冲发生单元U12、非线性单元电路U13、特殊运算环节单元U14、-5V电源发生单元U15、驱动单元U16、微型温度控制单元U17、电机单元U18、采样保持器及单稳单元电路U19、模/数转换单元电路U20、数/模转换单元电路U21、可变电阻器组单元U23、8088CPU单元电路U24、RS485通信单元U25等单元模块组成，利用本实验机所提供的这些单元模块可实现A/D、D/A转换实验、采样与保持实验、直流电机闭环调速实验、模拟/数字温度闭环综合控制实验等。
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T H B D C-1《计算机控制技术》实验指导书实验一 离散化方法研究一、实验目的1．学习并掌握数字控制器的设计方法；2．熟悉将模拟控制器D(S)离散为数字控制器的原理与方法；3．通过数模混合实验，对D(S)的多种离散化方法作比较研究，并对D(S)离散化前后闭环系统的性能进行比较，以加深对计算机控制系统的理解。
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、实验内容1．按连续系统的要求，照图3-1的方案设计一个与被控对象串联的模拟控制器D(S)，并用示波器观测系统的动态特性。
2．利用实验平台，设计一个数－模混合仿真的计算机控制系统，并利用D(S)离散化后所编写的程序对系统进行控制。
3．研究采样周期T S 变化时，不同离散化的方法对闭环控制系统性能的影响。
4．对上述连续系统和计算机控制系统的动态性能作比较研究。
四、实验原理由于计算机的发展，计算机及其相应的信号变换装置（A/D 和D/A ）取代了常规的模拟控制。
在对原有的连续控制系统进行改造时，最方便的办法是将原来的模拟控制器离散化，其实质是将数字控制部分（A/D 、计算机和D/A ）看成一个整体，它的输入与输出都是模拟量，因而可等效于一个连续的传递函数D(S)。
这样，计算机控制系统可近似地视为以D(S)为控制器的连续控制系统。
下面以一个具体的二阶系统来说明D(S)控制器的离散化方法。
1、二阶系统的原理框图如图3-1所示。
图3-1 二阶对象的方框图图3-2 二阶对象的模拟电路图2、系统性能指标要求系统的速度误差系数5≥v K 1/s ，超 调量%10≤p δ，系统的调整时间1≤s t s据K v 要求可得： 5)15.0(lim 00=+→S S K S s ，50=K )2(10)15.0(5)(0+=+=S S S S S G 令a S S S D ++=2)(，则校正后的开环传递函数为)2()(10)2(102)(2n n S S a S S S S a S S S D ξωω+=+=+⨯++= 由上式得 10=n ω，a n =ξω2，取21＝ξ，则47.410212==ass s s S S S D 22.015.0145.022.015.0147.4247.42)(++⨯=++⨯=++= 所以校正后系统的模拟电路图如下图所示。
图3-3 校正后二阶系统的模拟电路图实验建议单元：U 3、U 8、U 11、U 5、U 4及反相器单元SS S C R S C R R S D 22.015.012.2)1()1(R )(221112++=⨯++=，为使校正后的5=v K ，要求对象K 由5增至10。
K R 5101=，uF C 11＝45.0R R 12=，K R 2202=（实际可取200K 电阻），uF C 12＝ 3、)(S D 的离散化算法图3-4 数—模混合控制的方框图图3-3中)(S D 的离散化可通过数据采集卡的采样开关来实现。
传递函数与Z 传递函数间的相互转换，可视为模拟滤波器与数字滤波器之间的转换。
常用的转换方法有：a) 阶跃响应不变法（或用脉冲响应法）b) 后向差分法c) 双线性变换1) 阶跃跃响应不变法 )](1[)(1s D s L t u -= )()(kT u kT u s =)]([)]([)(kT u Z kT u Z z u s ==)(kT u －数字滤波器在阶跃作用下输出响应的)(kT u)(kT u s －模拟滤波器在阶跃作用下输出响应的采样值)(kT u s111)]([E(Z)U(Z)D(Z)--==z kT u Z s S S S D 22.015.01)(++=Θ， 54.427.11)22.01(5.01)(++=++=S S S S S S U t e t u 54.427.11)(-+=)1)(1()27.1(27.2127.111)(154.41154.4154.41----------+-=-+-=z e z z e z e z z u t t T 据此得 154.4154.411)27.1(27.211)(E(Z)U(Z)D(Z)------+-=-==ze z ez z U T T 即 1)-)e(k (1.27-2.27e(k)1)-U(k U(k)54.454.4T T e e --++=2) 后向差分法令 )1()()(--≈k e k e t de ，T dt =Tk e k e dt t de )1()()(--≈∴ 后向差分S 与Z 之间关系为Tz S 11--=，代入D(S)表达式中得 111122.022.015.05.022.01122.0115.01)()()(----+--+⨯+=-+-+==Z T Z T T TZ T Z Z D Z E Z U 于是得)1(22.05.0)(22.05.0)1(22.022.0)(-+-+++-+=k e T k e T T k U T k U 3) 双线性变换 s T s T Ts e e e Z 22-==Θ由泰勒级数得 s T e s T 212+≈，s T e s T 212-≈-111121122121--+-⨯=+-⨯=⇒-+≈∴z z T S Z Z T S s T s T Z 或，代入D(s)得 )1(44.0)1()1()1(11T 20.22111T 20.51D(Z)11111111---------++++-=+-⨯⨯++-⨯⨯+=Z Z T T Z Z Z Z Z Z 111144.044.01)1()1(44.01)44.0()44.0()1()1()()(----+----+⨯+=--+--+=Z TT Z T T T Z T T Z T T z E z U 即 )1(44.01)(44.01)1(44.044.0)(-+--+++-+-=k e TT k e T T k u T T k u 五、实验步骤1、实验接线及准备1.1 按图3-2连接一个二阶被控对象的模拟电路；1.2，用导线将该电路的输入端连接到数据采集卡的“DA1”输出端，电路的输出端与数据采集卡的“AD1”输入端相连；1.3待检查电路接线无误后，打开实验平台的电源总开关，并按下锁零按钮使其处于“锁零”状态；2、脚本程序运行2.1启动计算机，在桌面双击图标“THBCC-1”，运行实验软件；2.2顺序点击虚拟示波器界面上的“”按钮和工具栏上的 “” 按钮(脚本编程器)；2.3在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击“打开”按钮，并在“计算机控制算法VBS\计算机控制技术基础算法\D(S)离散化方法研究”文件夹下选中“阶跃响应不变法”脚本程序并打开，阅读、理解该程序，然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“步长设置”，将脚本算法的运行步长设为100ms ；点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“启动”；弹起锁零按钮使其处于“解锁”状态，用虚拟示波器观察图3-2输出端的响应曲线。
结束本次实验后按下锁零按钮使其处于“锁零”状态；2.4参考步骤2.3，用同样的方法分别运行后向差分法和双线性变换脚本程序，用虚拟示波器观察图3-2输出端的响应曲线；2.5将采样周期Ts 减小或增大，重复步骤2.3和2.4，用虚拟示波器观测采样周期Ts 的减小或增大对系统阶跃响应的影响。
如系统出现不稳定情况，记下此时的采样周期Ts 和所采用的离散化方法；2.6按图3-3连接二阶被控对象在加入模拟控制器（PID 校正装置）后的模拟电路，并在其输入端输入2V 的阶跃信号，然后观察其响应曲线，并与前面2.3和2.4步骤中采用数字控制器的实验曲线相比较；2.7 实验结束后，关闭脚本编辑器窗口，退出实验软件。
注：为了更好的观测实验曲线，实验时可适当调节软件上的分频系数(一般调至刻度2)和选择“”按钮(时基自动)，以下实验相同。
六、实验报告要求1．绘出实验中二阶被控对象在加入模拟控制器（PID校正装置）前后的响应曲线。
2．编写数字控制器（阶跃响应不变法）的脚本程序。
3．绘出二阶被控对象在采用数字控制器后的响应曲线，并分析采样周期Ts的减小或增大对系统阶跃响应的影响。
七、附录1．数字控制器（阶跃响应不变法）的程序编写与调试示例dim pv,sv,ei,eix,op,opx,Ts ‘变量定义sub Initialize(arg) ‘初始化函数WriteData 0 ,1eix=0opx=0end subsub TakeOneStep (arg)‘算法运行函数pv = ReadData(1) ‘采集卡通道AD1的测量值sv=2 ‘给定值Ts=0.1 ‘采样周期ei=sv-pv ‘控制偏差op=exp(-4.54*Ts)*opx+(2.27*ei-(1.27+exp(-4.54*Ts))*eix)*0.45 ‘控制器输出值eix=ei ‘eix为控制偏差的前项opx=op ‘opx为控制输出的前项if op<=-4.9 then ‘输出值限幅op=-4.9end ifif op>=4.9 thenop=4.9end ifWriteData op ,1 ‘控制信号从DA1端口输出end subsub Finalize (arg) ‘退出函数WriteData 0 ,1end sub2.数字控制器（后向差分法）的程序编写与调试示例dim pv,sv,ei,eix,op,opx,Tssub Initialize(arg) '初始化函数WriteData 0 ,1opx=0eix=0end subsub TakeOneStep (arg) '算法运行函数pv = ReadData(1) '当前测量值sv=2Ts=0.1 '采集周期ei=sv-pvop=0.22/(Ts+0.22)*opx+((Ts+0.5)/(Ts+0.22)*ei-0.5/(Ts+0.22)*eix)*0.45 '当前输出值eix=eiopx=opif op<=-4.9 then '输出值限幅op=-4.9end ifif op>=4.9 thenop=4.9end ifWriteData op ,1end subsub Finalize (arg) '退出函数WriteData 0 ,1end sub3.数字控制器（双线性变换法）的程序编写与调试示例dim pv,sv,ei,eix,op,opx,Tssub Initialize(arg) '初始化函数WriteData 0 ,1eix=0opx=0end subsub TakeOneStep (arg) '算法运行函数pv = ReadData(1) '当前测量值sv=2Ts=0.1 '采样周期ei=sv-pvop=(0.44-Ts)/(0.44+Ts)*opx+((1+Ts)/(0.44+Ts)*ei-(1-Ts)/(0.44+Ts)*eix)*0.45 '当前输出值eix=eiopx=opif op<=-4.9 then '输出值限幅op=-4.9end ifif op>=4.9 thenop=4.9end ifWriteData op ,1end subsub Finalize (arg) '退出函数WriteData 0 ,1end sub实验二数字PID调节器算法的研究一、实验目的1．学习并熟悉常规的数字PID控制算法的原理；2．学习并熟悉积分分离PID控制算法的原理；3．掌握具有数字PID调节器控制系统的实验和调节器参数的整定方法。