计算机控制 实验报告.docx
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计算机控制实验报告
计算机控制实验报告
班级：
自动化08级2班姓名：
学号08
实验一基于NI6008的数据采集
一、实验目的：
理解基本计算机控制系统的组成，学会使用MATLAB和NI6008进行数据采集。
二、实验设备：
计算机控制实验箱、NI6008数据通讯卡、Matlab软件、计算机
三、实验内容：
（1）使用计算机控制实验箱搭建二阶被控对象，并测试对象特性
（2）在Matlab中设计数字PID控制器，对上述对象进行控制
四、实验步骤：
（1）选择合适的电阻电容，参考如下电路结构图，在计算机控制实验箱上搭建二阶被控对象，使得其被控对象传递函数为
图1电路结构图
建议数值：
R1=200kΩ，R2=200kΩ,C1=1μＦ，R4=300kΩ,R5=500kΩ，C2=1μＦ.
（2）测试NI6008数据通讯卡，确保数据输入输出通道正常。
（如何测试？
）
将数据采集卡的输入通道AI0的—与输出通道AO0的GND连接，AI的+与AO0连接，给AO0一个电压（1V）,观察AI0的输出是否是1V。
如果是，则数据采集卡正常，否则不正常。
（3）使用MATLAB和OPC通讯技术进行数据采集:
关于如何在Matlab中读写数据
da=opcda（‘localhost’,‘NIUSB-6008.Server’）;%定义服务器
connect（da）;%连接服务器
grp=addgroup（da）;%添加OPC组
itmRead=additem（grp,‘Dev1/AI0’）;%在组中添加数据项
itmWrite=additem（grp,'Dev1/AO0'）;%在组中添加数据项
r=read（itmRead）;
y
（1）=r.Value;%读取数据项的值
Write（itmWrite,1）;%向数据项中写值
disconnect（da）;%断开服务器
关于定时器的问题
t=timer（‘TimerFcn’,@myread,‘Period’,0.5,‘ExecutionMode’,‘fixedRate’）;%定义定时器
start（t）%打开定时器
out=timerfind;%寻找定时器
stop（out）;%停止定时器
delete（out）;%删除定时器
（4）编写程序，实现数据的定时采集和显示。
程序shiyan1.m
clearall
globalttkydagrpitmReadTsitmWriteux
x=0;
Ts=0.2;
u=0;
da=opcda（'localhost','NIUSB-6008.Server'）;
connect（da）;
grp=addgroup（da）;
itmRead=additem（grp,'Dev1/AI0'）;
itmWrite=additem（grp,'Dev1/AO0'）;
r=read（itmRead）;
y
（1）=r.Value;
%Write（itmWrite,1）;
t=timer（'TimerFcn',@myread,'Period',Ts,'ExecutionMode','fixedRate'）;
k=1;
start（t）
tt
（1）=0;
程序myread.m
functionmyread（obj,event）
globalttkydagrpitmReadTsitmWriteKpeduTiuTdx
r=read（itmRead）;
k=k+1;
tt（k）=（k-1）*Ts;
y（k）=r.Value;
%pid控制程序（增量式）
e
（1）=0;e
（2）=0;
Ti=0.9;
Kp=1;Td=0.05;%积分时间、比例系数、微分时间
e（k+2）=y（k）-1;
du=Kp*e（k+2）*Ts/Ti+Kp*（e（k+2）-e（k+1））+Kp*Td*（e（k+2）-2*e（k+1）+e（k））/Ts;
u=u-du;
Write（itmWrite,u）;
plot（tt,y）
ifk>30/Ts%30s后结束
Write（itmWrite,0）;%实验结束后令采集卡输出为0.
out=timerfind;
stop（out）;
delete（out）;
disconnect（da）;
end
5、数据记录
图2阶跃响应测试曲线
图3kp=1，Ti=0.9，Td=0.05时的PID控制曲线
计算机控制实验报告
班级：
自动化08级2班姓名：
学号08
实验二数字PID算法的实现
一、实验目的
熟悉PID控制器，实现PID算法，深入了解PID参数对系统控制效果的影响
2、实验设备
计算机控制实验箱、NI6008数据通讯卡、Matlab软件、计算机
三、实验内容：
（1）在实验一基础上编制PID数字控制器，实现闭环控制。
程序shiyan1.m
clearall
globalttkydagrpitmReadTsitmWriteux
x=0;
Ts=0.2;
u=0;
da=opcda（'localhost','NIUSB-6008.Server'）;
connect（da）;
grp=addgroup（da）;
itmRead=additem（grp,'Dev1/AI0'）;
itmWrite=additem（grp,'Dev1/AO0'）;
r=read（itmRead）;
y
（1）=r.Value;
%Write（itmWrite,1）;
t=timer（'TimerFcn',@myread,'Period',Ts,'ExecutionMode','fixedRate'）;
k=1;
start（t）
tt
（1）=0;
程序myread.m
functionmyread（obj,event）
globalttkydagrpitmReadTsitmWriteKpeduTiuTdx
r=read（itmRead）;
k=k+1;
tt（k）=（k-1）*Ts;
y（k）=r.Value;
%pid控制程序（增量式）
e
（1）=0;e
（2）=0;
Ti=0.9;
Kp=1;Td=0.05;%积分时间、比例系数、微分时间
e（k+2）=y（k）-1;
du=Kp*e（k+2）*Ts/Ti+Kp*（e（k+2）-e（k+1））+Kp*Td*（e（k+2）-2*e（k+1）+e（k））/Ts;
u=u-du;
Write（itmWrite,u）;
plot（tt,y）
ifk>30/Ts%30s后结束
Write（itmWrite,0）;%实验结束后令采集卡输出为0.
out=timerfind;
stop（out）;
delete（out）;
disconnect（da）;
end
（2）进行PID参数的整定分析：
a）取消积分和微分作用，分析比例系数数对系统控制性能的影响
b）保持比例系数不变，分析积分作用对系统控制性能的影响
c）保持比例系数和积分时间不变，分析微分作用对控制系统性能的影响
d）运用所学的PID参数整定方法，确定一组控制性能良好的PID参数
4、实验数据
1.纯比例作用
图1kp=0.5
图2kp=1
图3kp=1.5图4kp=2
图5kp=3
表1被控对象加纯比例控制性能指标
Kp
超调量%
调节时间
稳态误差
0.5
9.97
2.2
0.5398
1
27.6
3
0.3716
1.5
37.8
3.8
0.2849
2
50.3
4.4
0.2288
3
震荡
2.比例积分作用（kp=1保持不变）
图6Ti=0.5图7Ti=0.8
图8Ti=0.9图9Ti=2
图10Ti=5图11Ti=10
图12Ti=0.01
表2被控对象加比例积分控制性能指标
Ti（Kp=1）
超调量%
调节时间
稳态误差
0.5
43.2
2.0
0.001
0.8
18.8
2.1
0.001
0.9
1.23
2.2
0.001
2
0
6.2
0.001
5
0
16.8
0.001
10
0
50.2
0.001
0.01
震荡
3.比例积分微分作用（kp=1，Ti=0.9保持不变）
图13Td=0.01图14Td=0.05
图15Td=0.1图16Td=0.5
图17Td=1
表3被控对象加比例积分微分控制性能指标
Td（Kp=1、Ti=0.9）
超调量%
调节时间
稳态误差
0.01
11.2
2.2
0.001
0.05
10.6
2
0.001
0.1
3.5
1.8
0.001
0.5
震荡
1
震荡
4.误差分析
图18kp=1时实验曲线（左）与理论曲线（右）比较
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