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1、三、数字滤波 71. 一阶惯性实验 7实验二 开环系统的数字程序控制 11一、实验目的 11二、实验内容 11三、实验步骤及结果 11四、思考题 13实验三 数字PID闭环控制 14数字PID控制算法 14积分分离法PID控制 15简易工程法整定PID 参数 16扩充响应曲线法 16实验心得 16实验一 过程通道和数据采集处理一、 输入输出通道（一）实验目的1学习A/D 转换器原理及接口方法，并掌握ADC0809 芯片的使用2学习D/A 转换器原理及接口方法，并掌握TLC7528 芯片的使用（二）实验内容1编写实验程序，将5V+5V的电压作为ADC0809 的模拟量输入，将转换所得8位数字量保

2、存于变量中。2. 编写实验程序，实现D/A 转换产生周期性三角波，并用示波器观察波形。（三）实验过程与结果1. A/D转换实验（1） 打开联机操作软件，打开ACC1-1-1.ASM例程，编译、链接。（2） 按图1.1-1 接线 （注意：图中画“o”的线需用户自行连接），无错误后开启设备电源。单次阶跃 模数转换单元 控制计算机图1.1-1 （3）将程序中定义的全局变量“AD0AD9”加入到变量监视中。（4）打开虚拟仪器菜单项中的万用表选项，选择“电压档”用示波器单元中的“CH1”表笔测量图1.1-1 中的模拟输入电压“Y”端，点击虚拟仪器中的“运行”按钮，调节图1.1-1 中的单次阶跃中的电位器

3、，确定好模拟输入电压值。（5） 做好以上准备工作后，运行程序，改变输入电压并记录。表1.1-1 模拟输入电压 （V）-5-4-3-2-112345对应的数字量 （H）001A334C668099B3CDE6FF2.D/A转换实验（1） 打开ACC1-1-2.ASM，编译、链接并装载到控制计算机中。（2） 按图1.1-3 接线 （注意：（3） 运行程序，用示波器观测输出波形。二、 信号的采样与保持1熟悉信号的采样和保持过程2学习和掌握香农采样定理3学习用直线插值法和二次曲线插值法还原信号1实现信号通过A/D 转换器转换成数字量送到控制计算机，计算机再把数字量送到D/A 转换器输出。2分别用直线插

4、值法和二次曲线插值法还原信号。1.采样与保持（1） 打开ACC1-2-1.ASM，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Tk32H 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。（以下记录的是

5、Tk=34H时的波形。）三、 数字滤波1学习和掌握一阶惯性滤波2. 学习和掌握四点加权滤波 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。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

6、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。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1.3-3 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。一阶惯性:Tk=01Tk=08四点加权:Tk=01HTk=0.84. 如果滤波效果不满意

7、，修改参数，再运行程序，观察实验效果。参数Tk 16进制Ts （ms） 1-a a A1 A2 A3 A4 滤波前后正弦幅值比滤波前后干扰幅值比项目一阶惯性01 5 10 90 3/3 0.5/0.1 08 40 3/2.15 0.5/0 四点加权30 20 0.5/0.4 0.5/0.2 不适当的应用数字滤波反而会降低控制效果，甚至造成系统不稳定。在实际应用中，对于参数变化缓慢的 （如温度） 可用惯性滤波，对于参数变化快的信号可用加权平均滤波。实验二 开环系统的数字程序控制掌握脉宽调制 （PWM） 的方法。用程序实现脉宽调制，并对直流电机进行调速控制。1主程序及PWM 子程序见ACC2-1-

8、1.ASM，打开、编译、链接。2按图2.2-2 接线，检查无误后开启设备的电源。3装载程序，将全局变量TK （PWM 周期） 和PWM_T （ 占空比）加入监视，以便实验过程中修改。4运行程序，观察电机运行情况。5终止程序运行，加大脉冲宽度，即将占空比PWM_T 变大，重复第3 步，再观察电机的运行情况，此时电机转速应加快。电机每转动一圈，“HR”端（霍尔元件的输出端）就会输出一个脉冲，用虚拟仪器中示波器的一路表笔测“HR”端的脉冲信号可算出电机此时的转速。6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D

9、OUT0 为0 时，直流电机将全速转动，如果长时间直流电机处于全速转动，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。Tk=0C8H; PWM_T=14H PWM_T=20H; PWM_T=30H;（四）实验思考题本实验中是通过改变脉冲的占空比，周期T 不变的方法来改变电机转速的，还有什么办法能改变电机的转速，应该怎么实现？ 答:可以保持高平电压时间不变，改变周期T，这样输出的平均电压值也会改变，或者同时改变占空比和周期T，同样能改变电机的转速。实验三 数字PID闭环控制一、 积分分离法PID控制1了解PID参数对系统性能的影响。2学习凑试法

10、整定PID参数。3掌握积分分离法PID控制规律（二）实验过程与结果1打开程序ACC3-2-1.ASM，编译、链接。2按照实验线路图3.22接线，检查无误后开启设备电源。图3.223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。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值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。用积分分离法整定PID二、 简易工程法整定PID参数1学习并掌握扩充临界比例度

11、法整定PID参数。2 学习并掌握扩充响应曲线法整定PID参数。1.扩充临界比例度法（1） 打开ACC3-4-1.ASM，编译、链接并装载程序。（2） 按照实验线路图3.42接线，调节信号源使其输出幅值为3V，周期6S的方波。图3.42（3） 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） 运行程序且只用比例控制 （EI = 0，TD = 0），KP由小变大，使系统等幅振荡，记下此时的临界比例系数KPU和临界振荡周期TU。五、实验思考题 如何利用扩充响应曲线法实现P、I、D参数自整定？答：对系统输入单位阶跃激励，根据曲线计算出或者测量出时滞t和时间常数T，再根据查表可得整定的参数。实验感悟：