计算机控制系统实验指导书

《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：

V

V K K K V U ref ref o 52/)222(8006677+=+++=

例如：数字量=01010001 K 7=0，K 6=1，K 5=0，K 4=1，K 3=0，K 2=0，K 1=0，K 0=1 模拟量0.12/)222(8006677=+++=K K K V U ref o

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/N 2Vref 。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 则数字量=1.0/5.0×28

=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

五、实验内容和步骤

（一）

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DA0连接，输出端uo与实验平台信号引出区的IN0孔连接。（在实验1～4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1～4中同此，不再赘述，如不选择，则设为默认值，选择COM1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IN0。将拔掉短路子J1、J2。

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“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、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

))

11.0(/(1)())11.0)(15.0/((5)(/)1()()/1()(21+=++=-=++=-S S S G S S S G S

e S G S K S K K S G P P TS h d i P C

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)(1S G P ，图2-3对应)(2S G P

3、被控对象)(1S G P 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)(2S G P 为“Ⅰ型”系统，采用PI 控制或PID 控制，可使系统变为“Ⅱ型”系统。

图2-2

图2-3

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。

S

S T K S S K K K S K K S G i i i P i P C /)1(/)1)/1(()/1()(+=+=+= 式中

)

/1(i i i P K T K K K ==

不难看出PI 调节器的增益i P K K K =，因此在改变Ki 时，同时改变了闭环增益K ，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：

)(12--++=K K d K i K P K e e K e K e K U

其中2K e 是误差累积和。

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DA0、IN0。

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。