工业计算机.docx

1、 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、NI USB 6008 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

2、，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0100.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

3、、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05V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NI USB 6008 12位数据采集卡将传感器送来的05V测量信号转换成0FFFH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NI USB 6008将该数字输出量经12位D/A转换器变为05V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

4、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

5、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，AnalogInput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

6、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AnalogOutput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

7、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

8、度为40C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NI max

9、软件对数据采集卡进行配置（建立输入输出任务）。然后进入NI DASYLab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usb 6008、ni max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

10、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

11、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NIDASYLab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PIDControl模块设置PID算法，改变P、I、D的

12、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

13、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digital filter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

14、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

15、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“ping 192.168.0.228”,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“remote control”,来进行远程控制的设置，定义此机为