计算机控制系统实验报告.(DOC)

计算机控制系统实验报告
实验一：D/A数模转换实验实验报告：
1、数字量与模拟量的对应曲线：
2、理论值与实测值对比：
数字量
模拟量
理论值实测值
100 4756 4722 200 4512 4412 300 4268 4325 400 4023 4078 500 3780 3664 600 3535 3631
3、分析产生误差的原因：
答：a)外界干扰会对实验造成误差;
b)系仪器本身误差;
c)仪器元件不够精确，导致试验产生误差。

这是本实验的最主要的误差来源。

4、总结：
本次试验需要进行的连电路、实验软件操作都比较简单，但对于实验原理我们应有更加深刻的理解，对于实验箱内部的D/A转换原理要有所思考，不能只满足与简单的实验表象，而应思考更深层次的问题。

实验二：A/D模数转换实验
实验报告：
1、模拟量与数字量的对应曲线：
2、理论值与实测值对比：
数字量
模拟量
理论值实测值500 439 461
1000 409 410
2000 292 307
4000 97 103
-1000 586 614
-4000 879 921
3、分析产生误差的原因：
答：a)系仪器误差、实验软件的精度误差;
b)外界干扰会对实验造成误差;
c)仪器元件不够精确，导致试验产生误差。

这是本实验的最主要的误差来源。

4、总结：
书本上学习的模数转换都是理论知识，过程相对比较复杂，本次试验需要进行的连电路、实验软件操作都比较简单，但对于实验原理我们应有更加深刻的理解，对于实验箱内部的A/D转换原理要有所思考，不能只满足与简单的实验表象，而应思考更深层次的问题。

实验三：数字PID控制
实验报告：
1、画出所做实验的模拟电路图：
2、当被控对象为Gpl(s时)取过渡过程为最满意时Kp，Ki，Kd，画出校正后的Bode图，查出相对裕量γ和穿越频率Wc：
跃响应曲线及时域性能指标，记入表中：
0型系统:
实验结果
参数δ% Ts（ms）阶跃响应曲线
Kp Ki Kd
1 0.0
2 1 11．9% 720 见图3—1
1 0.05 1 32．5% 800 见图3--2
5 0.02 1 44．4% 1050 见图3--3
5 0.05 1 46.1% 1900 见图3--4
I型系统:
实验结果
参数δ% Ts（ms）阶跃响应曲线
Kp Ki Kd
1 0.0
2 1 16.0% 420 见图3—5
1 0.0
2 2 36.4% 606 见图3--6
3 0.02 1 49.4% 500 见图3--7
3 0.1 1 56.4% 1050 见图3--8
下面是根据上表中数据，所得到的相应曲线：
图3-1 Kp=1 Ki=0.02 Kd=1 Gp1最满意的曲线图
其中，相对稳定裕量γ= 82°穿越频率ωc=230rad/s
图3-2 Kp=1 Ki=0.05 Kd=1图3-3 Kp=5 Ki=0.02 Kd=1
图3-4 Kp=5 Ki=0.05 Kd=1 图3-5 Kp=1 Ki=0.02 Kd=1
图3-6 Kp=3 Ki=0.02 Kd=1图3-7 Kp=1 Ki=0.02 Kd=2
图3-8 Kp=3 Ki=0.01 Kd=1
3、总结一种有效的选择Kp，Ki，Kd方法，以最快的速度获得满意的参数：答：参数整定找最佳，从小到大顺序查，先是比例后积分，最后再把微分加，曲线振荡很频繁，比例度盘要放大，曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳，曲线偏离回复慢，积分时间往下降，曲线波动周期长，积分时间再加长，曲线振荡频率快，先把微分降下来，动差大来波动慢，微分时间应加长，理想曲线两个波，前高后低4比1。

4、总结：
由实验结果可知，比例控制能提高系统的动态响应速度，迅速反应误差，但比例控制不能消除稳态误差。

Kp的加大，会引起系统的不稳定。

积分控制的作用是消除稳态误差，因为只要系统存在误差，积分作用就不断地积累，输出控制量以消除误差，知道偏差为零，积分作用就停止，但积分作用太强会使系统超调量加大，甚至使系统出现振荡。

微分控制与偏差的变化率有关，它可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。

实验四：数字滤波器实验
实验报告：
1、画出所做实验的模拟图，结构图：
1．1需加入串联超前校正的开环系统电路及传递函数:
（1）实验电路：
图4－1 需加入串联超前校正的开环系统电路图(2)系统开环传递函数：
图4－2 系统开环结构图
(3)系统闭环结构图：
图4－3 系统闭环结构图
1.2需加入串联滞后校正的开环系统电路及传递函数:
(1)实验电路:
图4－4 需加入串联滞后校正的开环系统电路图(2)系统开环传递函数:
图4－5 系统开环结构图
(3)系统闭环结构图：
图4－6 系统闭环结构图
2、分析加数字滤波器前系统的稳定特性：
答：加数字滤波器前系统的稳定特性较差，输出波形不稳定。

3、从响应曲线中分析校正后的结果与理论分析比较：
答：从响应曲线中分析校正后的结果可知加入超前、之后校正环节后系统稳定性提高，输出波形稳定。

实验五：炉温控制实验
实验报告：
1、记录过渡过程为最满意时的Kp，Ki，Kd并画出其响应曲线：
改变参数设置，观测波形的变化，记入下表：
性能指标
阶跃响应曲线δ% Tp（秒）Ts（秒）占空比
30 如图5—1 70% 7.514.5
40 如图5—2 68% 7.013.5
图5-1 占空比=30
图5—2 占空比=40
改变PID参数，观测波形的变化，记入下表：
性能指标
阶跃响应曲线δ% Tp（秒）Ts（秒）参数
Kp Ki Kd
1 0.5 20 如图5—3 25% 6901 15000
1 0.5 10 如图5—4 16.% 8044 12004
0.1 0.5 20 如图5—5 40% 6045 18045
1 0.05 20 如图5—6 6.7% 5260 7023
图5—3 Ki=1 Kp=0.5 Kd=20 设置温度=60℃
图5—4 Ki=1 Kp=0.5 Kd=10 设置温度=60℃图5—5 Ki=0.1 Kp=0.5 Kd=20 设置温度=60℃图5—6 Ki=1 Kp=0.05 Kd=20 设置温度=60℃
综上所述：过渡过程最为满意时的Kp，Ki，Kd及响应曲线为：
Ki=1 Kp=0.05 Kd=20 设置温度=60℃
2、分析此情况下的超调量、响应时间及稳态误差：
答：由以上曲线可知：超调量=6.7% 响应时间=5260ms 稳态误差=5（由以上指标可知：此次结果令人满意，符合要求。

）
3、总结一种对温度控制系统有效的选择Kp，Ki，Kd方法，以最快的速度获得满意的参数：
答：由实验数据分析可知：PID参数的设置的大小根据：一方面是要根据控制对象的具体情况而定；另一方面是实验的经验。

(1)、幅值震荡，比例大了出现幅值震荡的幅度大，但震荡频率小，系统达到稳定时间长；积分大了响应速度慢，偏差较小，但超调增大；微分可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，一般微分设置都比较小，而且对系统影响比较小。

对于温度控制系统P在5-10%之间；I在180-240s之间；D在30以下。

对于压力控制系统P在30-60%之间；I在30-90s之间；D在30以下。

(2)本次实验的实验仪可能存在一些问题,经过与别人的数据对比,发现此数据里面总是存在较大稳态误差,这可能影响了此次实验的效果。

4、总结：a)由于实验仪器使用时间较长，导致实验结果不理想；
b)实验的外界环境会对实验结果产生误差；
c)计算机内部控制系统控制不精确，会对实验造成误差。

总之，实验与理论总是有差距的，我们要从中找出差距的原因与合理的分析问题，以便下次做实验进行改进。