计算机实验讲解Word格式.docx

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三、数字滤波7

1.一阶惯性实验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“AD0～AD9”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，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

-1

1

2

3

4

5

对应的数字量（H）

00

1A

33

4C

66

80

99

B3

CD

E6

FF

2.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Tk>

32H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=01

Tk=08

四点加权:

Tk=01H

Tk=0.8

4.如果滤波效果不满意，修改参数，再运行程序，观察实验效果。

参数

Tk16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ACC2-1-1.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DOUT0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3.2－2接线，检查无误后开启设备电源。

图3.2－2

3．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3.4－2接线，调节信号源使其输出幅值为3V，周期6S的方波。

图3.4－2

（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：