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10μs

3) 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)。调节阶跃信号的大小，然后继续观察AD转换器的转换结果，并与理论值(详见实验原理)进行比较；

5. 根据DA转换器的转换规律(详见本实验附录)，在DA部分的编辑框中输入一个十进制数据（如2457，其围为0～4095），然后虚拟示波器上观测DA转换值的大小；

6 实验结束后，关闭脚本编辑器窗口，退出实验软件。

六、实验结果

1、

（1）00001011110100 2、D/A转换结果、

(2) 3958

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。 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．利用本实验平台，设计并构成一个用于混合仿真实验的计算机闭环实时控制系统；

2．采用常规的PI 和PID 调节器，构成计算机闭环系统，并对调节器的参数进行整定，使之具有满意的动态性能；

3．对系统采用积分分离PID 控制，并整定调节器的参数。 四、实验原理

在工业过程控制中，应用最广泛的控制器是PID 控制器，它是按偏差的比例（P ）、积分（I ）、微分（D ）组合而成的控制规律。而数字PID 控制器则是由模拟PID 控制规律直接变换所得。

在PID 控制规律中，引入积分的目的是为了消除静差，提高控制精度，但系统中引入了积分，往往使之产生过大的超调量，这对某些生产过程是不允许的。因此在工业生产中常用改进的PID 算法，如积分分离PID 算法，其思想是当被控量与设定值偏差较大时取消积分控制；当控制量接近给定值时才将积分作用投入，以消除静差，提高控制精度。这样，既保持了积分的作用，又减小了超调量。 五、实验步骤

1、实验接线

1.1按图4-1和图4-2连接一个二阶被控对象闭环控制系统的电路；

图4-1 数-模混合控制系统的方框图

图4-2 被控二阶对象的模拟电路图

被控对象的传递函数为：

)

15.0)(1(5

)2)(1(10)(++=

++=

s s s s S G

1.2该电路的输出与数据采集卡的输入端AD1相连，电路的输入与数据采集卡的输出端DA1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，并将锁零单元的锁零按钮处于“解锁”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\数字PID调器算法”文件夹下选中“位置式PID”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；

2.4点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“启动”；用虚拟示波器观察图4-2输出端的响应曲线；

2.5点击脚本编辑器的调试菜单下“停止”，利用扩充响应曲线法（参考本实验附录4）整定PID控制器的P、I、D及系统采样时间Ts等参数，然后再运行。在整定过程中注意观察参数的变化对系统动态性能的影响；

2.6 参考步骤2.4、2.4和2.5，用同样的方法分别运行增量式PID和积分分离PID脚本程序，并整定PID 控制器的P、I、D及系统采样时间Ts等参数，然后观察参数的变化对系统动态性能的影响。另外在积分分离PID程序运行过程中，注意不同的分离阈值tem对系统动态性能的影响；

2.7 实验结束后，关闭脚本编辑器窗口，退出实验软件。

六、实验结果

(a)位置式PID控制响应曲线