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,
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- 计算机控制 技术 实验 报告