工业计算机.docx

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实验一A/D、D/A转换实验

一、实验目的

1.了解温控系统的组成。

2.了解NI测量及自动化浏览器的使用并对数据采集卡进行设置。

3.了解Dasylab软件的各项功能，并会简单的应用。

4.通过实验了解计算机是如何进行数据采集、控制的。

二、实验设备

微型计算机、NIUSB6008数据采集卡、温度控制仪、温箱。

三、实验内容

1.了解温度控制系统的组成。

2.仔细观察老师对数据采集卡输入输出任务建立的过程及设置还有dasylab基本功能的演示。

3.仔细阅读dasylab相关文档，学习帮助文件tutorial了解其基本使用方法。

4.动手实践，打开范例，仔细揣摩，并独立完成数据采集卡输入输出任务的建立并建立并运行单独的AD及DA系统，完成之后，按照自己的需要及兴趣搭建几个简单的系统运行。

四、温控系统的组成

计算机温度控制系统由温度控制仪与计算机、数据采集卡一起构成，被控对象为温箱,温箱内装有电阻加热丝构成的电炉，还有模拟温度传感器AD590。

五、温控仪基本工作原理

温度控制仪由信号转换电路、电压放大电路、可控硅移相触发器及可控硅加热电路组成。

被控制的加热炉允许温度变化范围为0～100℃.集成电路温度传感器AD590（AD590温度传感器输出电流与绝对温度成正比关系,灵敏度为1uA/K）.将炉温的变化转换为电流的变化送入信号转换、电压放大电路.信号转换电路将AD590送来的电流信号转换为电压信号,然后经精密运算放大器放大、滤波后变为0～5V的标准电压信号，一路送给炉温指示仪表,直接显示炉温值。

另一路送给微机接口电路供计算机采样.计算机通过插在计算机USB总线接口上的NIUSB600812位数据采集卡将传感器送来的0～5V测量信号转换成0～FFFH的12位数字量信号,经与给定值比较,求出偏差值,然后对偏差值进行控制运算,得到控制温度变化的输出量,再经过NIUSB6008将该数字输出量经12位D/A转换器变为0～5V的模拟电压信号送入可控硅移相触发器,触发器输出相应控制角的触发脉冲给可控硅,控制可控硅的导通与关断,从而达到控制炉温的目的。

六、思考题

1.数据采集系统差分输入与单端输入有些什么区别？

各有什么优缺点？

单端输入：

输入信号以共同的地线为基准，判断信号与GND的电压差

优点：

连接较短，所有输入信号与信号源共地 缺点：

抗干扰能力差 

差分输入：

判断两个信号线的电压差，每个输入信号都有自己的基准地线。

优点：

可以有效抑制共模干扰信号，提高采集精度 缺点：

接线较单端复杂 

2.dasylab相对于ni其他软件有什么优缺点？

Dasylab都是用一些功能模块来建立系统，模块间用“导线”连接，相对于NI其他软件而言编程更方便，效率更高，功能更直观，图形化的界面，无需繁琐的编程工作，满足非专业编程人员的测试需要，通过多种功能模块的搭建可方便完成数据采集、显示、存储、分析、统计、运算、控制、触发等各种功能

3.利用你的发散思维，罗列出dasylab的应用场合，越多越好。

利用Dasylab可以应用于各种工业控制场合进行控制系统的搭建、测试，如温度控制，液面控制，压力控制，流量控制等。

4.给出一个你心目中dasylab的理想应用，用简单的dasylab模块画出来并辅以简洁的说明。

利用Slider分别设置给定的液面高度和温度，并通过Scaling进行换算，

通过Recorder显示给定液面高度和温度，Analog Input对水池温度、液面高度进行数据采集输入，通过Scaling进行换算通过Recorder显示当前液面高度和温度，通过对PID参数设置来调节泳池液面高度和温度，通过选择合适的参数获得最佳的响应曲线，最后通过模块Analog Output进行输出，从而达到温度液面高度控制作用。

七、实验总结 

通过本次实验了解了温控仪的组成和基本工作原理，如何对数据采集卡进行设置，以及对Dasylab有了简单的认识，通过阅读相关帮助文件学会了如何用Dasylab设计简单的控制系统，通过实验了结了计算机是如何进行数据采集控制的，对计算机在工业控制领域的应用有了一定了解。

实验二基于DASYLab的的温度控制系统设计实验

一、实验目的

利用Dasylab软件实现基本的PID温度控制算法。

二、实验设备

同实验一。

三、实验内容

1.利用NImax建立数据采集卡的输入输出任务。

2.在前面实验的基础上，在DASYLab工作区搭建完整的P、PI、PD、PID控制电路，设置相应的参数，运行程序查看控制效果。

3.分别搭建模入、模出通道并验证其有效性

4.在选取系统提供的PID模块，创建完整PID系统，添加合适的辅助模块，观察温度曲线。

在做好一组算法曲线之后，打开温箱外壳，自然冷却，待温度低于30度时装回外壳，再做另外一种算法。

对上课所学内容一一印证。

5.在有时间的情况之下，参考图自行搭建PID系统。

6.观察此次实验曲线和前面的采样曲线有什么区别？

到达峰值的时间？

超调量的大小等。

7.实验说明：

当给定温度为40°C时，控制电流曲线和测量温度值、误差变化如图

有关上面给出程序框图的说明：

1）程序框图为最小系统仅供参考，各人可根据自身的具体情况做适当的修改，譬如图的PID控制响应曲线上面有毛刺，不平滑，如果考虑在内，应当怎样去除毛刺？

构建出一个实际应用的仪器面板应当如何做？

2）上面的图示并未反映各个模块具体是怎么配置的情况，请自行分析，适当地设置。

3）有关PID参数的整定，请按照教科书或参考材料上的介绍的方法先做一个规划，有序地进行。

四、实验步骤

1.实验前认真阅读注意事项；

2.检查温控箱和数据采集卡的连线是否接好；

3.打开电脑，确定温控仪是否处在机控状态；

4.用NImax软件对数据采集卡进行配置（建立输入输出任务）。

然后进入NIDASYLab软件界面，点击老师通过电子教室分发的相关文档学习了解usb6008、nimax软件的设置，dasylab的基本用法；

5.选取模入通道模块、系统自带PID模块、模出通道及一些虚拟仪表等构成闭环；

6.设定合适的PID参数；

7.设定好以后点击启动按钮开始实验，观察实验现象；

8.做完一种算法实验后，关掉温度控制仪电源，打开温箱的外壳，使其自然冷却。

9.待炉温下降至30度以下，选择另外一种算法，用上述同样的方法重复前面的步骤实验；

10.观察此次实验曲线和前面的采样曲线有什么区别：

包括到达峰值的时间，超调量的大小等。

11.完善最小系统，加上滤波等模块，建立仪器面板等组成一个较为实用的系统。

五、实验注意事项

1.确定温控仪处在机控状态。

控制方式一定要处于机控，否则可能炉温上升过快，采样失败，更有可能导致炉温过热，烧毁电炉。

2.升温时电流大小达到0.9A左右

3.温度给定设在40度左右，以延长电炉的寿命并缩短实验时间。

4.采样期间因其过程较慢，要耐心等待。

5.每过一段时间用手触碰温箱的外壳，如果手感觉不烫，就说明温度没有失控。

6.务必先预习DASYLab帮助中“Basics、Tutorial”部分内容，而后再设计编程，以免浪费时间。

7.先利用控制模块组中的PID模块组成系统并改变参数做实验，然后不使用控制模块组中的PID模块，自行搭建PID控制模块试试。

8.因预习时同学们手头不一定有数据采集卡，因此可以暂时用声卡或信号发生器代替，到实际做实验时将其替换回即可。

六、实验步骤：

1.建立输入输出任务后进入NI  DASYLab软件界面，搭建PID控制系统：

对Scaling中的a、b参数分别设置为20和0，将Slider调至2V，电机启动按钮开始实验，通过观察Recorder中曲线得最终稳定温度值为43度，对Scaling参数进行修正，将b参数设置为“-3”，a保持不变。

2.PID参数调节：

待炉温下降至30度以下，调节PID Control模块设置PID算法，改变

P、I、D的参数后点击开始按钮开始实验，观察Recorder中曲线，然后选择另一种实验步骤，重复上述步骤观察Recorder中曲线的变化情况，对比几次算法所产生的曲线，选择响应最佳的那一种算法。

 由于本次实验时间有限，通过改变几次PID参数后得出最佳响应参数为P=10，I=0，D=0，此算法下输出响应如图

七、思考题

1.现在的温控系统只能控制炉温的上升，炉温的下降要靠自然冷却，所以在此期间无法通过计算机控制，如果是由你来设计一个温度控制系统，应该如何改进，以便炉温的上升和下降都能用计算机控制？

可以加入一个风扇，用工控机控制，当炉温高于设定值时，驱动风扇使温度

下降，当炉温低于设定值时风扇不工作，利用PID模块对风扇转速进行调节，由于本次实验中传感器对炉温的变化反应灵敏，故风扇功率不宜过大，否则会导致温度下降过大。

2.对于数据采集过程中产生的毛刺，如何去除？

用哪个模块？

简要说明之。

可采用滤波，使用digitalfilter模块，采用低通滤波器

3.感觉温度上升太慢，要针对这点改进，即做到温度上升较快，而又满足控制优化的目标，应当如何改进，给出dasylab的实际连线图，并简要说明之。

要使温度上升较快而又满足控制优化目标则应对PID模块进行调整，实验中只有PID环节而没有反馈环节，因此可以可PID加一反馈环节

基于Dasylab的网络测试系统研究

一、实验目的：

通过实验了解网络测控系统的组成及应用前景。

二、实验设备：

同实验一

三、实验内容：

不相邻的同学二人一组，在前面实验的基础上，一人设置成服务器，另一人设置成客户机，在原有程序基础上加入网络传输等模块并合理地配置之后，双方启动程序，服务器端向客户机端发送数据，在观察结果无误之后，二人交换服务器与客户机的角色直至完成实验。

四、实验步骤：

1.网络测试系统组成

在对某型号的武器装备试验进行测试时，由于试验现场环境恶劣且具有危险，而且要求对该信号进行定期或不定期的监测，在这种情况下，我们采用了网络测试技术，其测试连接如图1所示。

图中的Dewebook是集信号调理和A/D数据采集功能于一身的仪器，由在试验现场的电脑（服务器）通过1394口的数据线与其连接，运行虚拟仪器软件Dasylab10.0的程序对其进行控制。

将测试数据采集后，存入服务器的同时通过LAN网络发送给远端的客户机，由客户机进行数据整理、分析。

2.TCP/IP网络设置

2.1设置IP地址

在服务器上设置IP地址如下：

IP地址（I）：

192.168.0.228；子关掩码（U）：

255.255.255.0。

在客户机上设置IP地址如下:

IP地址（I）：

192.168.0.225；子关掩码（U）：

255.255.255.0。

2.2建立两机间的网络通讯

在客户机WINDOWS桌面下，点击“开始”，在点击“运行”，键入“command”命令,点击“确定”。

在出现的DOS界面下PING服务器的IP地址，即键入“ping192.168.0.228”,回车后如出现图所示，即表明两电脑之间的网络可以互联互通。

3.3、Dasylab软件设计与模块设置

3.1服务器的Dasylab程序设计

程序的主要模块有A/D采样、数字示波、工程量转换、数据存盘、和网络传输。

在Dasylab程序界面下点击“measurement”的下拉菜单，点击“remotecontrol”,来进行远程控制的设置，定义此机为