Wmax为信号的最高频率，Ws为采样频率。
实验线路图：
本实验中，我们将具体来验证香农定理。
可设计如下的实验线路图，图中
画“○”的线需用户在实验中自行接好，其它线系统已连好。
上图中，控制计算机的“OUT1”表示386EX内部1＃定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX内部主片8259的“7”号中断，用作采样中断。
这里，正弦波单元的“OUT”端输出周期性的正弦波信号，通过模数转换单元的“IN7”端输入,系统用定时器作为基准时钟（初始化为10ms），定时采集“IN7”端的信号，转换结束产生采样中断，在中断服务程序中读入转换完的数字量，送到数模转换单元，在“OUT1”端输出相应的模拟信号。
由于数模转换器有输出锁存能力，所以它具有零阶保持器的作用。
采样周期T=TK×10ms，TK的范围为01~FFH，通过修改TK就可以灵活地改变采样周期。
实验参考程序：
请参照随机软件中的example目录中的ACC1-2-1.ASM文件
2．信号的还原
（1）实验原理
从香农定理可知，对于信号的采集，只要选择恰当的采样周期，就不会失去信号的主要特征。
在实际应用中，一般总是取实际采样频率Ws比2Wmax大，如：
Ws≥10Wmax。
但是如果采用插值法恢复信号，就可以降低对采样频率的要求，香农定理给出了采样频率的下限，但是用不同的插值方法恢复信号需要的采样频率也不相同。
（2）实验线路图设计
为了验证上面的原理，可以设计如下的实验线路图，图中画“○”的线需用户在实验中自行接好，其它线系统已连好。
上图中，控制计算机“OUT1”表示386EX内部1＃定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX内部主片8259的7号中断，用作采样中断。
这里，正弦波单元的“OUT”端输出周期性正弦波信号，通过模数单元的“IN7”端输入，系统用定时器作为基准时钟（初始化为10ms），定时采集“IN7”端的信号，并通过控制机算计读取转换完后的数字量，再送到数模转换单元，由“OUT1”端输出相应的模拟信号。
采样周期T=TK×10ms，TK的范围为01~FFH。
实验参考程序：
直线插值法参照随机软件中的example目录中的ACC1-2-2.ASM文件，
二次曲线插值法请参照随机软件中的example目录中的ACC1-2-3.ASM文件。
实验步骤及结果
1.采样与保持
（1）参考流程图1.2-2编写零阶保持程序，编译、链接。
（2）按照实验线路图1.2-1接线，检查无误后开启设备电源。
（3）用示波器的表笔测量正弦波单元的“OUT”端，调节正弦波单元的调幅、调频电位器及拨动开关，使得“OUT”端输出幅值为3V，周期1S的正弦波。
（4）加载程序到控制机中，将采样周期变量“Tk”加入到变量监视中，运行程序，用示波器的另一路表笔观察数模转换单元的输出端“OUT1”。
（5）增大采样周期，当采样周期>0.5S时，即Tk>32H时，运行程序并观测数模转换单元的输出波形应该失真，记录此时的采样周期，验证香农定理。
2.信号的还原
（1）分别编写直线插值和二次曲线插值程序，并编译、链接。
（2）按照线路图接线，检查无误后，开启设备电源。
调节正弦波单元的调幅、调频电位器，使正弦波单元输出幅值为3V，周期1S的正弦波。
（3）分别装载并运行程序，运行程序前将采样周期变量Tk加入到变量监视中，方便实验中观察和修改。
用示波器观察数模转换单元的输出，和零阶保持程序的运行效果进行比较。
实验三平滑与数字滤波算法
实验目的
1.学习和掌握一阶惯性滤波
2.学习和掌握四点加权滤波
实验设备
PC机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX系统板一块
实验内容
分别编写一阶惯性滤波程序和四点加权滤波程序，将混合干扰信号的正弦波送到数字滤
波器，并用示波器观察经过滤波后的信号。
实验原理
一般现场环境比较恶劣，干扰源比较多，消除和抑制干扰的方法主要有模拟滤波和数字
滤波两种。
由于数字滤波方法成本低、可靠性高、无阻抗匹配、灵活方便等特点，被广泛应
用，下面是一个典型数字滤波的方框图：
滤波器算法设计（一阶惯性滤波）：
相当于传函
的数字滤波器，由一阶差分法可得近似式YK=（1-a）XK+（a）YK-1.，其中
XK:
当前采样时刻的输入
YK：
当前采样时刻的输出
YK-1：
前一采样时刻的输出
T:
采样周期
实验参考程序：
一阶惯性请参照随机软件中的example目录中的ACC1-3-1.ASM，四点加权参照ACC1-3-2.ASM。
实验线路图
图中画“○”的线需用户在实验中自行接好，运放单元需用户自行搭接。
上图中，控制计算机的“OUT1”表示386EX内部1＃定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX内部主片8259的7号中断，用作采样中断。
电路中用RC电路将S端方波微分，再和正弦波单元产生的正弦波叠加。
注意R点波形不要超过±5V，以免数字化溢出。
计算机对有干扰的正弦信号R通过模数转换器采样输入，然后进行数字滤波处理，去除干扰，最后送至数模转换器变成模拟量C输出。
实验步骤及结果
1.参照流程图分别编写一阶惯性和四点加权程序，检查无误后编译、链接。
2.按图接线，检查无误后开启设备电源。
调节正弦波使其周期约为2S，调信号源单元使其产生周期为100ms的干扰信号（从“NC”端引出），调节接线图中的两个47K电位器使正弦波幅值为3V，干扰波的幅值为0.5V。
3.分别装载并运行程序，运行前可将“TK”加入到变量监视中，方便实验中观察和修改。
用示波器观察R点和C点，比较滤波前和滤波后的波形。
4.如果滤波效果不满意，修改参数，再运行程序，观察实验效果。
实验四积分分离法PID控制
实验目的：
1.了解PID参数对系统性能的影响。
2.学习凑试法整定PID参数。
3.掌握积分分离法PID控制规律。
实验设备：
PC机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX系统板一块
实验原理和内容：
上图是一个典型的PID闭环控制系统方框图。
其硬件电路原理及接线图如下：
实验中，采用位置式PID算式。
在一般的PID控制中，当有较大的扰动或大幅度改变给定值时，会有较大的误差，并使系统有惯性和滞后。
因此，在积分项的作用下，往往会使系统超调变大、过渡时间变长。
为此，采用积分分离法PID控制算法，即：
当误差e（k）较大时，取消积分作用；当误差e（k）较小时才将积分作用加入。
实验步骤：
1.编写实验程序，检查无误后编译、链接。
2.按照实验线路图接线，检查无误后开启设备电源。
3.调节信号源中的电位器及拨动开关，使信号源输出幅值为2V，周期6S的方波。
确定系统的采样周期以及积分分离值。
4.装载程序，将全局变量TK（采样周期）、EI（积分分离值）、KP（比例系数）、TI（积分系数）和TD（微分系数）加入变量监视，以便实验过程中观察和修改。
5.运行程序，将积分分离值设为最大7FH（相当于没有引入积分分离），用示波器分别观测输入端R和输出端C。
6.如果系统性能不满意，用试凑法修改PID参数，直到响应曲线满意，并记录响应曲线的超调量和过渡时间。
7.修改积分分离值为20H，记录此时响应曲线的超调量和过渡时间，并和未引入积分分离值时的响应曲线进行比较。
8.将6和7中的较满意的响应曲线分别保存，写实验报告。
实验五最小拍控制系统
实验目的：
1.掌握最小拍有纹波控制系统的设计方法。
2.掌握最小拍无纹波控制系统的设计方法。
实验设备：
PC机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX系统板一块
实验原理和内容：
上图是一个典型的最小拍控制系统方框图。
针对阶跃输入：
1.有纹波系统控制算法设计为：
，
当阶跃输入信号幅值为2.5V时，
U（Z）=D（Z）E（Z）=1.3590-1.4744Z-1+1.0571Z-2-0.7580Z-3+…
2.最小拍无纹波系统设计：
其硬件电路原理及接线图如下：
实验步骤：
1.编写实验程序，检查无误后编译、链接。
2.按照实验线路图接线，检查无误后开启设备电源。
3.将模拟实验对象进行整定。
对象的输入信号选择：
当为有纹波设计时，选择方波。
调节电位器使方波信号的幅值为2.5V，周期为6S，当为无纹波设计时，选择单位斜波信号，斜波幅值为6V，上升时间为6S。
4.分别将有纹波和无纹波设计方法得到的参数写入程序，分别装载并运行程序，用示波器观察对象的测量点“C”和数模转换单元的“OUT1”端，并记录波形进行分析。
注意：
实验中有纹波是针对阶越输入设计，而无纹波是针对斜波输入信号设计，所以实验时要注意正确的选择信号源。
实验六 大林算法
实验目的：
1.掌握用大林算法实验对纯滞后系统的控制。
2.掌握振铃消除的方法。
实验设备：
PC机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX系统板一块
实验原理和内容：
1.大林算法设计
大多数工业对象具有较大的纯滞后时间，可以近似用一阶惯性加纯滞后环节来表示，其
传递函数为：
。
上图是一个典型的大林算法设计的闭环控制系统方框图。
2．振铃现象的消除：
振铃现象是指数字调节器的输出以2T的周期上下振荡，由于D（Z）中含有左半平面内的
极点，极点越接近－1，振荡越严重。
振铃现象不是大林算法特有的现象，它与最小拍控制
中的纹波现象本质上是一样的，振铃也会引起采样点之间系统输出波纹，并使执行机构磨损，
甚至会影响系统的稳定性，因此必须消除振铃。
大林提出消除振铃的方法是：
找出D（Z）算式中造成振铃的极点因子，令其中Z=1。
根据
终值定理，这样既消除了振铃，也不会影响D（Z）的稳定性。
在上面的式子中：
将振铃因子（1＋0.865Z-1）中Z=1，则
。
由于改变了D（Z），导致系统闭环传函Φ（Z）变化，因此要验证修改后Φ（Z）的稳定性。
其硬件电路原理及接线图如下：
实验参考程序：
请参照随机软件中的example目录中的ACC4-2-1.ASM（有振铃），
ACC4-2-1.ASM（消除振铃）。
实验步骤：
1．参考流程图编写程序，检查无误后编译、链接。
2．按照实验线路图接线，检查无误后开启设备电源。
3．调节信号源使其输出幅值为2V，周期6S的方波。
4．将D（Z）算式的参数写入程序，装载并运行程序，用示波器观察对象的测量点C，并记录系统的性能指标；用示波器观察数模转换单元的“OUT1”端，看是否有振铃现象。
若无振铃，可能是对象整定有误差，此时只要将图中的25K电阻对应的电位器微调一下即可。
5．当出现振铃现象时，将消除振铃因子后的D（Z）算式参数写入程序，运行程序，观察振铃现象是否消除。
实验七 直流电机闭环调速控制系统设计和实现
实验目的
1．了解闭环调速控制系统的构成。
2．熟悉PID控制规律，并且用算法实现。
实验原理
这是一个典型的直流电机调速实验的系统方框图：
根据上述系统方框图，硬件线路图可设计如下，图中画“○”的线需用户自行接好。
上图中，控制机算机的“DOUT0”表示386EX的I/O管脚P1.4，输出PWM脉冲经驱动后控制直流电机，“IRQ7”表示386EX内部主片8259的7号中断，用作测速中断。
实验中，用系统的数字量输出端口“DOUT0”来模拟产生PMW脉宽调制信号，构成系统的控制量，经驱动电路驱动后控制电机运转。
霍尔测速元件输出的脉冲信号记录电机转速构成反馈量。
在参数给定情况下，经PID运算，电机可在控制量作用下，按给定转速闭环运转。
系统定时器定时1ms，作为系统采样基准时钟；测速中断用于测量电机转速。
实验要求
1．编写实验程序，编译、链接。
2．按图接线，检查无误后开启设备电源，将编译链接好的程序装载到控制机中。
3．打开专用图形界面，运行程序，观察电机转速，分析其响应特性。
4．若不满意，改变参数：
积分分离值Iband、比例系数KPP、积分系数KII、微分系数KDD的值后再观察其响应特性，选择一组较好的控制参数并记录下来。
5．注意：
在程序调试过程中，有可能随时停止程序运行，此时DOUT0的状态应保持上次的状态。
当DOUT0为1时，直流电机将停止转动；当DOUT0为0时，直流电机将全速转动，如果长时间让直流电机全速转动，可能会导致电机单元出现故障，所以在停止程序运行时，最好将连接DOUT0的排线拔掉或按系统复位键。
实验八温度闭环控制系统的设计和实现
实验目的
1．了解温度闭环控制系统的构成。
2．掌握PID控制规律，并且用算法实现。
实验原理
温度闭环控制系统实验的系统方框图如下：
根据上述系统方框图，硬件线路图设计如下，图中画“○”的线需用户在实验中自行接好。
上图中，控制机算机的“DOUT0”表示386EX的I/O管脚P1.4，输出PWM脉冲经驱动后控制烤箱或温度单元，“OUT1”表示386EX内部1＃定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX内部主片8259的7号中断（采样中断）。
实验中，使用了10K热敏电阻作为测温元件，温度变化，电阻值变换，经转换电路变换成电压信号，由模数转换器进行转换，转换完成产生采样中断，在中断程序中读取数字量，构成反馈量，在参数给定的情况下，经PID运算产生相应的控制量，最后由系统的“DOUT0”端输出PWM脉冲信号，经驱动电路驱动烤箱（温度范围室温～200℃）或温度单元（温度范围室温～70℃）加热或关断，使温度稳定在给定值。
其中系统定时器定时10ms，一方面作为A/D的定时启动信号，另一方面作为系统的采样基准时钟。
实验要求
1．编写程序，再编译，链接。
2．按图接线，检查无误后开启设备电源。
3．装载程序，打开专用图形界面，运行程序并观察波形，分析其响应特性。
4．若不满意，改变参数积分分离值IBAND、比例系数KPP、积分系数KII、微分系数KDD的值后再观察其响应特性，选择一组较好的控制参数并记录下来。
5．注意：
在程序调试过程中，有可能随时停止程序运行，此时DOUT0的状态应保持上次的状态。
当DOUT0为1时，烤箱或温度单元将停止加热；当DOUT0为0时，烤箱或温度单元将满功率加热，如果长时间让烤箱或温度单元处于全功率加热状态，可能会导致烤箱或温度单元损坏，所以在停止程序运行时，最好将连接DOUT0的排线拔掉或按系统复位键。
实验九现场总线应用实验
实验目的
1．了解现场总线的基本知识；
2.掌握PROFIBUS的使用方法；
3.掌握硬件及软件的设计方法。
实验设备
PC机一台，PROFIBUS网络教学实验系统一套
实验说明
本实验为教学演示实验。
1.系统结构
上面一层为主站及监控层，包含两个PLC站、触摸屏和上位机，所用网络位MPI、工业以太网和PROFIBUS-FMS；中间一层为DP从站，从左到右为ET200M、PROFIMESS电量模块、SIPARTDR21调节器、DP/ASI链路、带DP接口的变频器；下面一层为现场层，包含ASI从站、PA温度传感器、变频电机。
右下角的开关分别为：
系统总电源开关和PROFIMESS电量模块的三相电源开关。
2.系统起动
具体操作参照《安徽大学PROFIBUS网络教学演示屏－操作说明》
3.TP27触摸屏操作介绍
参照《安徽大学PROFIBUS网络教学演示屏－操作说明》
4.电源接线图（220VAC）
参照《安徽大学PROFIBUS网络教学演示屏－操作说明》附图1
5.电源接线图（24VDC）
参照《安徽大学PROFIBUS网络教学演示屏－操作说明》附图2
6.网络结构图
参照《安徽大学PROFIBUS网络教学演示屏－操作说明》附图3
7.模拟量信号接线图
参照《安徽大学PROFIBUS网络教学演示屏－操作说明》附图4
8.PROFIMESS电量模块三相进线接线图
参照《安徽大学PROFIBUS网络教学演示屏－操作说明》附图5
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