计算机控制技术实验报告册.docx

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计算机控制技术实验报告册

计算机控制技术实验报告册

学院：

SSS

专业：

电气工程及其自动化

班级：

SS

姓名：

XXXX

学号：

XXXX

实验一D/A数模转换实验

一、实验目的

1．掌握数模转换的基本原理。

2．熟悉12位D/A转换的方法。

二、实验仪器

1．EL-AT-II型计算机控制系统实验箱一台

2．PC计算机一台

三、实验内容

通过A/D&D/A卡完成12位D/A转换的实验，在这里采用双极性模拟量输出，数字量输入范围为：

0～4096，模拟量输出范围为：

－5V～+5V。

转换公式如下：

Uo=Vref-2Vref（211K11+210K10+...+20K0）/212

Vref=5.0V

例如：

数字量=1则

K11=1,K10=0,K9=1,K8=0,K7=1,K6=1,K5=0,K4=1,K3=0,K2=0,K1=0,K0=1

模拟量Uo=Vref-2Vref（211K11+210K10+...+20K0）/212=4.0V

四、实验步骤

1．连接A/D、D/A卡的DA输出通道和AD采集通道。

A/D、D/A卡的DA1输出接A/D、D/A卡的AD1输入。

检查无误后接通电源。

2．启动计算机，在桌面双击图标[Computerctrl]或在计算机程序组中运行[Computerctrl]软件。

3．测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。

如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。

4．在实验项目的下拉列表中选择实验一[D/A数模转换实验],鼠标单击

按钮，弹出实验课题参数设置对话框。

5．在参数设置对话框中设置相应的实验参数后，在下面的文字框内将算出变换后的模拟量，

6.点击确定，在显示窗口观测采集到的模拟量。

并将测量结果填入下表1-1:

数字量

模拟量

理论值

实测值

405

4.01

3.94

110

4.73

4.66

1200

2.07

2.00

2300

-0.62

-0.72

表1-1

五、实验结果

实验得出数字量与模拟量的对应曲线如下图1-1：

图1-1

六、实验结果分析

表1-1中计算出理论值，与实验结果比较，分析产生误差的原因系仪器误差。

七、实验心得

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

一、实验目的

1．掌握模数转换的基本原理。

2．熟悉10位A/D转换的方法。

二、实验仪器

1．EL-AT-II型计算机控制系统实验箱一台

2．PC计算机一台

三、实验内容

通过A/D&D/A卡完成10位D/A转换的实验，在这里采用双极性模拟量输入，模拟量输入范围为：

－5V～+5V，数字量输出范围为：

0～1024。

转换公式如下：

数字量=（Vref－模拟量）/2Vref×210

其中Vref是基准电压为5V。

例如：

模拟量=1.0V则

数字量=（5.0－1.0）/（2×5.0）×210=409（十进制）

四、实验步骤

1.连接A/D、D/A卡的DA输出通道和AD采集通道。

A/D、D/A卡的DA1输出接A/D、D/A卡的AD1输入。

检查无误后接通电源。

2.启动计算机，在桌面双击图标[Computerctrl]或在计算机程序组中运行[Computerctrl]软件。

3.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。

如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。

4.在实验项目的下拉列表中选择实验二[A/D数模转换实验],鼠标单击

按钮，弹出实验课题参数设置对话框

5.在弹出的参数窗口中填入想要变换的模拟量，点击变换，在下面的文字框内将算出变换后的数字量。

6.点击确定，在显示窗口观测采集到的数字量。

并将测量结果填入下表2-1:

模拟量

数字量

理论值

实测值

-2.45

762

650.2

0.5

460

459.2

2.5

256

253.9

表2-1

五、实验结果

画出模拟量与数字量的对应曲线如图2-1：

图2-1

六、实验结果分析

表2-1中计算出理论值，与实验结果比较，分析产生误差的原因系仪器误差、实验软件的精度误差。

七、实验心得

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

一、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I型系统及系统的稳定误差。

二、实验仪器

1．EL-AT-II型计算机控制系统实验箱一台

2．PC计算机一台

三、实验内容

1．系统结构图如3-1图。

图3-1系统结构图

图中Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds）

Gh（s）=（1－e-TS）/s

Gp1（s）=5/（（0.5s+1）（0.1s+1））

Gp2（s）=1/（s（0.1s+1））

2．开环系统（被控制对象）的模拟电路图如图3-2和图3-3，其中图3-2对应GP1（s）,图3-3对应Gp2（s）。

图3-2开环系统结构图1图3-3开环系统结构图2

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“I型”系统，被控对象Gp2（s）为“I型”系统，采用PI控制或PID控制可使系统变成“II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调节器的增益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Kp。

采用PID调节器相同。

6．“II型”系统要注意稳定性。

对于Gp2（s）,若采用PI调节器控制，其开环传递函数为

G（s）=Gc（s）·Gp2（s）

=K（Tis+1）/s·1/s（0.1s+1）

为使用环系统稳定，应满足Ti>0.1，即K1<10

7．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：

u（k）=u（k-1）+q0e（k）+q1e（k-1）+q2e（k-2）

其中q0=Kp（1+KiT+（Kd/T））

q1=－Kp（1+（2Kd/T））

q2=Kp（Kd/T）

T--采样周期

四、实验步骤

1.连接被测量典型环节的模拟电路（图3-2）。

电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。

检查无误后接通电源。

2.启动计算机，在桌面双击图标[Computerctrl]或在计算机程序组中运行[Computerctrl]软件。

3.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。

如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。

4.在实验项目的下拉列表中选择实验三[数字PID控制],鼠标单击鼠标单击

按钮，弹出实验课题参数设置窗口。

5.输入参数Kp,Ki,Kd（参考值Kp=1,Ki=0.02,kd=1）。

6.参数设置完成点击确认后观察响应曲线。

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。

7.取满意的Kp,Ki,Kd值，观查有无稳态误差。

8.断开电源，连接被测量典型环节的模拟电路（图3-3）。

电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将纯积分电容的两端连在模拟开关上。

检查无误后接通电源。

9.重复4-7步骤。

10.计算Kp，Ki，Kd取不同的数值时对应的p、ts的数值，测量系统的阶跃响应曲线及时域性能指标，记入表中：

实验结果

参数

δ%

Ts（ms）

阶跃响应曲线

Kp

Ki

Kd

1

0.03

1

10%

220

见图3—1

1

0.05

1

30%

300

见图3--2

5

0.02

1

40%

200

见图3--3

1

0.03

1

65%

800

见图3--4

5

0.05

1

60%

680

见图3--5

五．实验结果

根据所测数据，可作出下图所示结果：

图3—1图3--2

图3—3图3--4

图3--5

六．实验分析：

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

一、实验目的

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。

二、实验仪器

1．EL-AT-II型计算机控制系统实验箱一台

2．PC计算机一台

三、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

图5－1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5－2系统开环结构图

（3）系统闭环结构图

图5－3系统闭环结构图

（4）数字滤波器的递推公式

模拟滤波器的传函：

T1s+1

T2S+1

利用双线性变换得数字滤波器的递推公式：

Uk=q0xUk-1+q1xek+q2xek-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

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5－4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5－5系统开环结构图

（3）系统闭环结构图：

图5－6系统闭环结构图

（4）数字滤波器的递推公式

模拟滤波器的传递函数：

T1s+1

T2S+1

利用双线性变换得数字滤波器的递推公式：

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

四、实验步骤

1.启动计算机，在桌面双击图标[Computerctrl]或在计算机程序组中运行[Computerctrl]软件。

2.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。

如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。

超前校正

3.连接被测量典型环节的模拟电路（图5-1）。

电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，