DA数模转换实验Word文档下载推荐.docx
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2•熟悉12位A/D转换的方法。
D/A卡完成12位A/D转换的实验,转换公式如下:
数字量=模拟量/VrefX2N其中N是A/D的位数,Vref是基准电压。
N=12Vref=5.0模拟量=2.5
则数字量=(5-2.5/5.0)x212=1024(十进制)
三、实验步骤
将自控实验箱上标有AD1IN的插孔与DA1OUT的插孔相连。
(2)实验硬件原理示意图:
由A/D&
D/A卡输出模拟量一D转换一计算机显示结果
1、打开软件,在实验课题菜单中选中A/D数模转换实验;
或者在左栏快捷区选中A/D数模转换实验项目条,双击即可。
2、在相应弹出的对话框中填写参数;
在模拟量对应区填写模拟量
注意:
模拟量范围从-5-----+5V
3、点击变换按钮,响应的模拟量转换成数字量。
完成填写参数后,如果点击运行后,则执行采样数据,等待数据传输完成;
点击取消,则取消当前实验。
实验1,实验2共用相同的测量图。
在实验1中,数字量为X轴,电压量为丫轴在实验2中,仍用数字量为X轴,电压量为丫轴
4、完成后起用测量标尺,观测图形并测量数据;
在主窗口中单击Measure键,使用弹出标尺,进行单值测量;
选择Single项,进行单测量;
Double项,进行双测量,测量标尺可以拖动使用退出实验,在实验课题菜单中选择退出即可。
1.画出模拟量与数字量的对应曲线。
实验三数字PID控制
、实验目的
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1型系统及其2型系统的稳定误差。
、实验内容
1
•系统结构图示于图3.1o
2
图3.1
3•被控对象GP1(s)为“0型”系统,采用PI控制或PID控制,可使系统变为“1型”系统,被控对象Gp2(s)为“1型”系统,采用PI控制或PID控制可使系统变成“2型”系统。
4.当r(t)=1(t)时(实际是方波),研究其过渡过程。
5.PI调节器及PID调节器的增益
Gc(s)=Kp(1+K1/s)
=KpK1((1/k1)s+1)/s
=K(Tis+1)/s
式中K=KpKi
Ti=(1/K1)
不难看出PI调结器的增益K=KpKi,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Kpo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),其输送信号为u(t),则离散的递推算法如下:
Uk=Kpek+Kiek2+Kd(ek-ek-1)
其ek2是误差累积和四、软件使用
1、打开软件,在实验课题菜单中选中数字PID控制实验;
或者在左栏快捷区选中数字PID控制实验项目条,双击即可。
2、相应弹出的对话框中填写参数,在AD1标签填写AD采样参数
A、打开AD启用标志,操作:
点击即可;
B、填写采样周期(0.01----100S),操作:
填写参数;
C、填写采样电数(50——999),操作:
填写参数;
D打开AD显示标志,操作:
E、选择AD采样数据显示颜色,信源颜色按钮;
AD启用是AD采样通道开启标志;
采样周期最小为0.01s;
F、AD显示是AD采样通道显示颜色;
(不能使用与系统背景相同的颜色)
填写相关参数V,KP,KI,KD
电压给定不要超过范围限制;
3、完成填写参数后,如果点击确认,则执行采样数据,等待数据传输完成;
点击取消,则取消当前实验。
选择Single项,进行单测量;
Double项,进行双测量,测量标尺可以
拖动使用退出实验,在实验课题菜单中选择退出即可。
五、实验步骤
1•连续Gp1(s)为对象的模拟电路图11-1及A/D&
D/A信号线。
检查无误后,接通土12V电源。
2•输入采样周期T,(参考值T=0.02)
3.输入参数Kp,KI,Kd(参考值Kp=1,Ki=2,kd=0)4.观察响应曲线。
若不满意,改变Kp,Ki,Kd的数值和与其相对、应的性能指标p、ts的数值。
5.取满意的Kp,Ki,Kd值,观查有无稳态误差。
6•断开电源,连接模拟电路图11-2,并接上A/D,D/A信号线。
7.接通电源,重复2-8步骤。
六、实验报告
1.画出所做实验的模拟电路图。
2.当被控对象为Gp1(s时)取过渡过程为最满意时的Kp,Ki,Kd,画出校正后的Bode图,查出相稳定裕量和穿越频率c。
3•比较对象为Gp1(s)和对象为Gp2(s)时三角波输入情况下的稳态误差。
4.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。
七、PID软件流程图
(ek为误差,ek1为上一次的误差,ek2为误差的累积和,uk是控制量)
初始化控制步数、采样点数Point
初始化ek,ek1,ek2,uk
初始系统输出希望值start
画希望值曲线
使硬件被控对象初始值输出=0
采集硬件被控对象的输出inputf
inputf浮点化求ek=start-inputf
判积分分离限
uk=kpek+kd(ek-ek1)
uk=kpek+kiek2+kd(ek-ek1)
判uk是否超上下限
输出uk
ek仁ekek2=ek2+ek
画被控对象第J点输出inputf
J+1
JvPoint
结束
实验四状态反馈与状态观测器
1•研究现代控制理论中用状态反馈配置极点的方法。
2•研究状态观测器的设计方法。
1•被控对象模拟电路图示于图4.1。
C=1000
3•带有状态观测器的状况反馈系统方框图示于图4.2
图4.2
图中
G=eAT
H=oT(t)dtB(t)=eAt
K1x2维状态反馈系统矩阵,由计算机算出。
L2X1维观测器的反馈矩阵,由计算机算出。
Kr为使y(t)跟踪r(t)乘的比例系数,它由计算机自动地递推算出。
由图4.2可得Xk=GXk-i+HUk-i+L(Yk-1-CXk-i)
Uk=-KXk+KrRk
4.希望的系数极点(参考值):
s1,2=-7.35±
j7.5,它对应在Z平面上应
为
Z1,2=0.712±
j0.22
5.观测器极点参考值:
Z1,2=0.1±
j0
三、软件使用
1.打开软件,在实验课题菜单中选中状态反馈与状态观测器中的阶跃响应;
或者在左栏快捷区选中状态反馈与状态观测器中的阶跃响应实验项目条,双击即可。
2.在弹出的对话框中填写参数,在AD1标签填写AD采样参数
A、打开AD启用标志,操作:
D打开AD显示标志,操作:
E、选择AD采样数据显示颜色,信源颜色按钮;
采样周期最小为0.01s;
AD显示是AD采样通道显示颜色;
在相关参数区中填写参数
阶跃给定不要超过给定范围-5+5
3.完成填写参数后,如果点击确认,则执行采样数据,等待数据传输完成;
4.实验完成后起用测量标尺,观测图形并测量数据;
Double项,进行双测量,测量标尺可以拖动使用。
5.要退出实验,在实验课题菜单中选择退出即可。
跟踪响应
1、打开软件,在实验课题菜单中选中状态反馈与状态观测器中的跟踪响应;
或者在左栏快捷区选中状态反馈与状态观测器中的跟踪响应实验项目条,双击即可。
2、在弹出的对话框中填写相关参数:
在AD1标签填写AD采样参数,参数的填写与阶跃响应相同;
在相关参数区中填写参数V,阶数,希望极点,
观测极点,矩阵A,B,C
、,、-、、八
阶跃给定不要超过给定范围-5+5
3、其它实验操作与阶跃响应实验相同
四、实验步骤
1.连接图12所示被控对象模拟电路图,并连接A/D&
2.执行程序,修正Kr参数,使y(t)=r(t).
五、实验报告
1、画出被控对象模拟电路图。
2、计算Gp(S),A,B,C。
3、计算离散化模拟参数G,H,并与计算机结果比较。
4、计算希望的系统单位阶跃响应指标中的超调量Gp和调节时间Ts并与实时控制结果比较。
六、状态观测器软件流程图
(yk为当前输出,yk1为上一次系统输出,xk1为上一次的观测阵)(xk是当前观测阵,u1是当前控制量)
实验五数字滤波器实验
1.研究数字滤波器对系统稳定性及过渡过程的影响。
2.熟悉和掌握系统过渡过程的测量方法。
3.掌握数字滤波器的设计方法。
4.了解数字滤波器的通带对系统性能的影响。
、实验内容
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
(2)系统开环传递函数
计算机
(4)数字滤波器的递推公式模拟滤波器的传函:
Tis+1
T2S+I
利用双线性变换得数字滤波器的递推公式:
Uk=qOxUk-i+q1xek+q2xek-i
qO=(T-2T2)/(T+2T2)
q1=(T+2Ti)/(T+2T2)
q2=(T-2Ti)/(T+2T2)
丁=采样周期T1=超前时间常数T2=滞后时间常数
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
U1
(3)系统闭环结构图:
「s+1
T2S+1
Uk=q0Uk-1+q1ek+q2ek-1
q0=(T-2T2)/(T+2T2)
q1=(T+2T1)/(T+2T2)
q2=(T-2T1)/(T+2T2)
T=采样周期T1=超前时间常数T2=滞后时间常数
三、实验步骤
1.连接模拟电路图,按软件默认的T1、T2测量系统阶跃响应,并记录超调量p和调节时间ts.
2.改变T1、T2重复步骤1,观察实验结果。
四、软件使用
1、打开软件,在实验课题菜单中选中数字滤波器实验中的超前校正;
或者在左栏快捷区选中数字滤波器中的超前校正实验项目条,双击即可。
2、在相应弹出的对话框中填写参数,在AD1标签填写AD采样参数
注意:
(不能使用与系统背景相同的颜色)
3、在相关参数区填写参数V,滞后常数,超前常数
给定电压不要超过提示范围
4、完成填写参数后,如果点击确认,则执行采样数据,等待数据传输完成;
5、完成后起用测量标尺,观测图形并测量数据;
在主窗口中单击Measure键,使用弹出标尺,进行单值测量;
Double项,进行双测量,测量标尺可以拖动使用
6、退出实验,在实验课题菜单中选择退出即可。
滞后校正
1、打开软件,在实验课题菜单中选中数字滤波器实验中的滞后校正;
或者在左栏快捷区选中数字滤波器中的滞后校正实验项目条,双击即可。
2、AD1标签填写AD采样参数参数的填写与超前校正相同
3、在相关参数区填写参数V,滞后常数,超前常数,其它操作与超前校正
相同。
1.画出所做实验的模拟图,结构图。
2.分析加数字滤波器前系统的稳定特性。
3.从响应曲线中分析校正后的结果并与理论分析比较。
六、数字滤波软件流程图
(ek为误差,ek1为上一次的误差,uk是控制量,uk1是上一次的控制量)
实验六大林算法
1、掌握大林算法的特点及适用范围。
2、了解大林算法中时间常数T对系统的影响。
1、实验被控对象的构成:
1)惯性环节的仿真电路及传递函数
G(S)=-2/(T什1)D/A1—
Ti=0.2
2)纯延时环节的构成与传递函数
G(s)=e-N
=采样周期N为正整数的纯延时个数
由于纯延时环节不易用电路实现,在软件中由计算机实现。
3)被控对象的开环传函为:
G(S)=-2e-N/(T1+1)
2、大林算法的闭环传递函数:
Go(s)=e-N/(Ts+1)T=大林时间常数
3、大林算法的数字控制器:
D(Z)=(1-e/T)(1-e-/T1Z-1)/[k(1-e-/T1)[1-e-/TZ-1-(1-e"
/T)Z"
N-1]]设k1=e-/TK2=e-/T1T1=0.2T=大林常数K=2
(K-Kk2)Uk=(1-k1)ek-(1-k1)k2ek-1+(k-kk2)k1Uk-1+(k-kk2)(1-k1)Uk-N-1
1、按电路图接好线路。
2、启动软件,按默认参数运行,观察运行结果。
3、改变大林常数和延时周期数N,观察运行结果。
1、打开软件,在实验课题菜单中选中大林算法;
或者在左栏快捷区选中大林算法实验项目条,双击即可。
2、在相应弹出的对话框中填写参数,在AD1标签填写AD采样参数
A、打开AD启用标志,操作:
B、填写采样周期(0.01----10S),操作:
填写参数;
C、填写采样电数(50——999),操作:
填写参数;
AD显示是AD采样通道显示颜色;
在相关参数区填写参数V,延时周期,大林常数注意:
给定电压不要超过给定范围
在主窗口中单击
Measure键,使用弹出标尺,进行单值测量;
Double项,进行双测量,测量标尺可以拖动使用
5、退出实验,在实验课题菜单中选择退出即可。
1、分析开环系统下的阶跃响应曲线。
2、画出闭环的阶跃响应曲线,并求出超调和响应时间
3、分析大林时间常数对系统稳定性的影响。
六、大林算法软件流程图
(uknl是上N+1次的控制量)
初始化控制步数、采样点数Point求K,K1,K2
1F
初始系统输出希望值
start
inputf浮点化
inputf延迟N步
求ek=start-inputf
(K-Kk2)Uk=(1-ki)ek-(1-ki)k2eki+(k-kk2)kiUki+(k-kk2)(1-ki)Ukni
ek仁ekUkni更新
实验七炉温控制实验
1•了解温度控制系统的特点。
3•研究采样周期T对系统特性的影响。
4•研究大时间常数系统PID控制器的参数的整定方法。
、炉温控制的基本原理
1•系统结构图示于图10。
图中Gc(s)=Kp(1+Ki/s+Kds)
Gh(s)=(1—e-TS)/s
Gp(s)=1/(Ts+1)
2.系统的基本工作原理
整个炉温控制系统由两大部分组成,第一部分由计算机和A/D&
D/A卡组成,主要完成温度采集、PID运算、产生控制可控硅的触发脉冲,第二部分由传感器信号放大,同步脉冲形成,以及触发脉冲放大等组成。
炉温控制的基本原理是:
改变可控硅的导通角即改变电热炉加热丝两端的有效电压,有效电压的可在0〜
140V内变化。
可控硅的导通角为0〜5CH温度传感是通过一只热敏电阻及其放大电路组成的,温度越高其输出电压越小。
第二部分电路原理图见附录一。
3.PID递推算法:
如果PID调节器输入信号为e(t),其输送信号为u(t),则离散的递推算法如下:
Uk=Kpek+Kiek2+Kd(ek-ek-1)
其ek2是误差累积和。
三、实验内容:
1、设定炉子的温度在一恒定值。
2、调整P、I、D各参数观察对其有何影响。
开环控制实验
1、打开软件,在实验课题菜单中选中炉温控制实验中的开环控制实验;
或
者在左栏快捷区选中炉温控制响应中的开环控制实验项目条,双击即可。
2、在相应弹出的对话框中填写参数,在AD1标签填写AD采样参数
B、填写采样周期(0.01----10S),操作:
AD采样周期最小为0.01s;
(不能使用与系统背景相同的颜色)
在相关参数区填写参数该参数是从0---100注意:
本实验是采用在固定区间加热的比例,所以参数是从0---100
Double项,进行双测量,测量标尺可以拖动使用
闭环控制实验
1、打开软件,在实验课题菜单中选中炉温控制实验中的闭环控制实验;
或者在左栏快捷区选中炉温控制实验中的闭环控制实验项目条,双击即可。
2、相应弹出的对话框中填写参数
在AD1标签填写AD采样参数同开环控制实验
在相关参数区填写参数T(给定温度),KP,KI,KD注意:
给定参数温度T从相对温度0---100
3、其它操作同开环实验
五、实验步骤
1.将A/D&
D/A卡插入计算机的扩展槽中,把A/D&
D/A卡和温度控制盒用20芯的扁平信号线相连,然后把温度传感器(热敏电阻)
放入炉内,检查无误后,接通温控盒220V电源。
2.输入采样周期T
3.输入参数Kp,KI,Kd
4.观察响应曲线。
若不满意,改变Kp,Ki,Kd的数值和与其相对、应的性能指标p、ts的数值。
5.取满意的Kp,Ki,Kd值,观查有无稳态误差。
6.记录实验结果。
六、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。
2.分析此情况下的超调量、响应时间及稳态误差。
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。
七、温度控制软件流程图
(可控硅导通角控制量=0〜5bH,=0导通角最大,=5b导通角为零),
实验八电机调速实验
1•了解直流电机调速系统的特点。
3•研究电机调速系统PID控制器的参数的整定方法。
、控制的基本原理
1•系统结构图示于图8.1o
r(t)
(t)
T
计算机含A/D&
D/A卡
图8.1
整个电机调速系统由两大部分组成,第一部分由计算机和A/D&
D/A卡组成,主要完成速度采集、PID运算、产生控制电枢电压的控制电压,第二部分由传感器信号整形,控制电压功率放大等组成。
电机速度控制的基本原理是:
通过D/A输出-2.5v〜+2.5V的电压控制7812的输出,以达到控制直流