计算机控制实验.docx
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计算机控制实验
实验一A/D与D/A转换
姓名:
学号:
班级:
自动化1105
实验指导老师:
___孙红鸽______成绩:
____________________
1、实验目的
1.通过实验了解了解实验系统的结构与使用方法;
2.通过实验了解模拟量通道中模数转换与数模转换的实现方法
2、实验数据
1、A/D转换实验
输入电压与二进制对应关系为:
-10-10对应0-16383的转换实验表格如下表1.1
输入电压(V)
AD原码(二进制)
AD原始码(十六进制)
补后的码(十进制)
-10
10000000000000
2000
0
-8
10011000111001
2639
1593
-4
11001100000100
3300
4868
0
11111111010000
3FD0
8144
4
00110010100001
0CA1
11425
8
01100101100100
1964
14692
10
01111111001000
1FC8
16328
1.1A/D转换实验表格
2.D/A转换实验
转换的数据关系为:
-5-5V对应0-4095.其实验数据表格如下表1.2
D/A输入数字量(十进制)
D/A二进制
D/A输出模拟电压(V)
0
000000000000
-4.81
1590
011000110110
-1.04
2590
101000011110
1.32
3650
111001000010
3.84
4095
111111111111
4.9
1.2D/A转换实验表格
3、实验结论
从表1-1和表2-1中实验结果与理论值比较,可见存在转换误差。
分析产生误差的原因有仪器测量误差及精度误差、实验软件的精度误差。
一些误差是不可避免的,如标度变换精度,可通过增加转换位数来减小误差一些。
实验二数字PID调节器算法的研究
一、实验目的
1.学习并熟悉常规的数字PID控制算法的原理;
2.学习并熟悉积分分离PID控制算法的原理;
3.掌握具有数字PID调节器控制系统的实验和调节器参数的整定方法。
二、实验数据或曲线
1.整定PID控制器响应曲线分析
、对应参数K=0.8Ti=5Td=0Ts=0.1曲线见图1.1
图1.1实验曲线
、对应参数K=1.15Ti=2.0Td=0.45Ts=0.05曲线见图1.2
图1.2实验曲线
、对应参数K=0.78Ti=3.6Td=0Ts=0.2曲线见图1.3
图1.3实验曲线
、对应参数K=1.0Ti=1.9Td=0.55Ts=0.16曲线见图1.4
图1.4实验曲线
、对应参数K=0.68Ti=3.9Td=0Ts=0.5曲线见图1.5
图1.5实验曲线
、对应参数K=0.85Ti=1.62Td=0.82Ts=0.34曲线见图1.6
图1.6实验曲线
2、增量式PID控制响应分析
、对应参数K=0.84Ti=0.34Td=0Ts=0.1曲线见图2.1
图2.1实验曲线
、对应参数K=1.15Ti=2.0Td=0.45Ts=0.05曲线见图2.2
图2.2实验曲线
、对应参数K=0.78Ti=3.6Td=0Ts=0.2曲线见图2.3
图2.3实验曲线
、对应参数K=1.0Ti=1.9Td=0.55Ts=0.16曲线见图2.4
图2.4实验曲线
、对应参数K=0.68Ti=3.9Td=0Ts=0.5曲线见图
图2.5实验曲线
、对应参数K=0.85Ti=1.62Td=0.82Ts=0.34曲线见图2.6
图2.6实验曲线
3、积分分离PID控制响应分析
、对应参数K=0.84Ti=0.34Td=0Ts=0.1曲线见图3.1
图3.1实验曲线
、对应参数K=1.15Ti=2.0Td=0.45Ts=0.05曲线见图3.2
图3.2实验曲线
、对应参数K=0.78Ti=3.6Td=0Ts=0.2曲线见图3.3
图3.3实验曲线
、对应参数K=1.0Ti=1.9Td=0.55Ts=0.16曲线见图3.4
图3.4实验曲线
、对应参数K=0.68Ti=3.9Td=0Ts=0.5曲线见图3.5
图3.5实验曲线
、对应参数K=0.85Ti=1.62Td=0.82Ts=0.34曲线见图3.6
图3.6实验曲线
三、实验结论
由实验可知,比例控制能提高系统的动态响应速度,反应误差迅速,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,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,直到偏差为零,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。
实验三最少拍控制算法的研究
一、实验目的
1.学习并熟悉最少拍控制器的设计和算法;
2.研究最少拍控制系统输出采样点间纹波的形成;
3.熟悉最少拍无纹波控制系统控制器的设计和实现方法。
二、实验曲线
1.二阶被控对象的电路图:
被控对象模拟与计算机闭环控制系统的构成
实验系统被控对象的传递函数为:
其模拟电路图为:
图1二阶被控对象的模拟电路图
其中:
R1=200K,R2=100K,R3=100K,C1=10uF,C2=10uF
2、最少拍有纹波算法实验波形图
3、无纹波实验波形
三、实验结论
对比最少拍有纹波系统和最少拍无纹波系统的控制曲线可以得出以下结论:
最少拍有纹波系统最终输出的值与理论值总是存在偏差,而且输出值总是在理论值的上下方呈现波动,始终不能稳定的输出理论值;最少拍无纹波系统应该最终输出的值始终与理论值大致相同。
实验四单闭环直流调速系统
一、实验目的
1.掌握用PID控制规律的直流调速系统的调试方法;
2.了解PWM调制、直流电机驱动电路的工作原理。
二、实验数据或曲线
1、K=2Ti=2Td=0Ts=0.05采集周期50ms测得转速=35.038
2、改变采集周期。
K=2Ti=2Td=0Ts=0.05采集周期100ms测得转速34.530
3、调整PID参数,测量周期不变(50ms)。
K=1.6Ti=2.3Td=0.2Ts=0.1测得转速为34.435
三、实验结论
PID调节器各校正环节的作用是
1、比例环节:
即时成比例地反应控制系统的偏差信号
e(t),偏差一旦产生,调节器立即产生控制作用以减少偏差;
2、积分环节:
主要用于消除静差,提高系统的无差度。
积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti,Ti越大,积分作用越弱,反之则越强;
3、微分环节:
能反映偏差信号的变化趋势(变化速率),并能在偏差信号的值变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减少调节时间。
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