課程實驗PPT課件

1、目錄11.1 模擬量過程通道和數(shù)據(jù)采集處理11.2 數(shù)字量過程通道和數(shù)據(jù)采集處理11.3 地址譯碼電路設(shè)計 第1頁/共46頁目錄11.4 ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器硬件設(shè)計實驗 11.5 采樣控制系統(tǒng)分析 11.6 PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定分析第2頁/共46頁目錄11.7 最少拍控制系統(tǒng)計算機(jī)仿真11.8 組態(tài)王軟件的組態(tài)設(shè)計第3頁/共46頁11.1 模擬量過程通道和數(shù)據(jù)采集處理 11.1.1 實驗?zāi)康?11.1.2 實驗設(shè)備 11.1.3 實驗內(nèi)容與步驟第4頁/共46頁11.1.1 實驗?zāi)康?（1）掌握用數(shù)據(jù)采集卡來采集模擬信號的硬件系統(tǒng)的接線方法。 （2）掌握用數(shù)據(jù)采集卡來輸出模擬量信號的硬件系

2、統(tǒng)的接線方法。 （3）深入學(xué)習(xí)A/D 轉(zhuǎn)換器原理及接口方法及D/A 轉(zhuǎn)換器的原理及接口方法。 （4）掌握用KingView組態(tài)王軟件來編寫數(shù)據(jù)采集卡的模擬量輸入以及輸出程序的方法。第5頁/共46頁11.1.2 實驗設(shè)備 （1）硬件環(huán)境 工業(yè)控制計算機(jī)一臺，PCI-1710HG數(shù)據(jù)采集板卡、ADAM-3968接線端子板以及PCL-10168，05V的可變電壓源。 （2）軟件平臺 操作系統(tǒng)：Windows 2000以上。 軟件工具：KingView組態(tài)王軟件及PCI-1710板卡的驅(qū)動程序。第6頁/共46頁11.1.3 實驗內(nèi)容與步驟 （1）首先是正確的安裝數(shù)據(jù)采集板卡。將PCI-1710板卡安裝

3、在工控機(jī)的擴(kuò)展槽里，并安裝板卡的驅(qū)動程序和研華板卡的檢測程序。 （2）模擬量輸入通道數(shù)據(jù)的采集。即改變輸入端的模擬電壓值，利用KingView組態(tài)王軟件編程以連續(xù)方式采集并顯示當(dāng)前電壓值，同時繪制電壓變化的實時曲線。 （3）模擬量輸出通道數(shù)據(jù)的輸出。即可以在程序中人為地產(chǎn)生一個變化的數(shù)值（比如范圍是（05），利用外接電路指示燈的亮度變化以及示波器可以顯示當(dāng)前模擬量輸出通道轉(zhuǎn)換結(jié)果的電壓值，并同時在程序中繪制給定數(shù)據(jù)的變化曲線。 （4）擴(kuò)展模擬量輸出通道實驗。編寫程序自動生成連續(xù)變化的數(shù)值，通過輸出通道的 D/A 轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個脈沖三角波形，并在外接線路的指示燈中觀察其亮度是否隨之交替變化，同時用

4、示波器觀察其波形。第7頁/共46頁11.2 數(shù)字量過程通道和數(shù)據(jù)采集處理 11.2.1 實驗?zāi)康?11.2.2 實驗設(shè)備 11.2.3 實驗內(nèi)容與步驟第8頁/共46頁11.2.1 實驗?zāi)康?（1）掌握用數(shù)據(jù)采集卡輸入數(shù)字量信號的硬件系統(tǒng)的接線方法。 （2）掌握用數(shù)據(jù)采集卡輸出數(shù)字量信號的硬件系統(tǒng)的接線方法。 （3）深入學(xué)習(xí)數(shù)字量輸入輸出通道的組成原理及接口方法。 （4）掌握用KingView組態(tài)王軟件來編寫數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字量輸入以及輸出程序的方法。第9頁/共46頁11.2.2 實驗設(shè)備 （1）硬件環(huán)境 工業(yè)控制計算機(jī)一臺，PCI-1710HG數(shù)據(jù)采集板卡、ADAM-3968接線端子板以及PCL

5、-10168，電氣開關(guān)、繼電器以及指示燈等。 （2）軟件平臺 操作系統(tǒng)：Windows 2000以上。 軟件工具：KingView組態(tài)王軟件及PCI-1710板卡的驅(qū)動程序。第10頁/共46頁11.2.3 實驗內(nèi)容與步驟 （1）首先是正確的安裝數(shù)據(jù)采集板卡。將PCI-1710板卡安裝在工控機(jī)的擴(kuò)展槽里，并安裝板卡的驅(qū)動程序和研華板卡的檢測程序。 （2）數(shù)字量輸入通道數(shù)據(jù)的采集。即利用外部線路中的電氣開關(guān)產(chǎn)生開關(guān)數(shù)字信號，在組態(tài)王程序中采集并通過程序使畫面中信號指示燈的顏色隨之改變。 （3）數(shù)字量輸出通道數(shù)據(jù)的輸出。即通過在程序中人為地產(chǎn)生一個數(shù)字信號，利用外接繼電器電路控制指示燈的亮滅來驗證數(shù)

6、字量的輸出，并同時在畫面中實現(xiàn)信號指示燈顏色的變化。第11頁/共46頁11.3 地址譯碼電路設(shè)計 11.3.1 實驗?zāi)康?11.3.2 實驗設(shè)備 11.3.3 實驗內(nèi)容與步驟第12頁/共46頁11.3.1 實驗?zāi)康?（1）熟悉Proteus軟件的開發(fā)環(huán)境。 （2）學(xué)習(xí)3-8譯碼器在接口電路中的應(yīng)用。 （3）掌握I/O接口地址譯碼電路的一般設(shè)計方法。第13頁/共46頁11.3.2 實驗設(shè)備 （1）硬件環(huán)境 微型計算機(jī)一臺，Pentium4以上各類微機(jī)。 （2）軟件平臺 操作系統(tǒng)：Windows 2000以上。 仿真軟件工具：Proteus軟件。第14頁/共46頁11.3.3 實驗內(nèi)容與步驟 （1

7、）使用ISA總線的AEN（DMA地址使用信號，高電平有效）信號、地址信號A0A9、3-8譯碼器芯片74HCT138，以及其它的基本門電路，在Proteus中搭建一個地址譯碼電路，使其譯碼出的8個端口的可尋址的地址范圍為3A0H3A7H。 （2）運行程序，觀察設(shè)計的地址譯碼電路譯出地址的正確性。第15頁/共46頁11.4 ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器硬件設(shè)計實驗 11.4.1 實驗?zāi)康?11.4.2 實驗設(shè)備 11.4.3 實驗內(nèi)容與步驟第16頁/共46頁11.4.1 實驗?zāi)康?（1）熟悉Proteus軟件的開發(fā)環(huán)境。 （2）熟悉Keil軟件的使用以及程序設(shè)計方法。 （3）熟悉模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理。

8、第17頁/共46頁11.4.2 實驗設(shè)備 （1）硬件環(huán)境 微型計算機(jī)一臺，Pentium4以上各類微機(jī)。 （2）軟件平臺 操作系統(tǒng)：Windows 2000以上。 仿真軟件工具：Proteus軟件以及Keil軟件。第18頁/共46頁11.4.3 實驗內(nèi)容與步驟 （1）在Proteus中完成如圖11.1所示的硬件系統(tǒng)搭建，仿真中主要用到的器件為AT89C51單片機(jī)、ADC0808以及7SEG-MPX4-CA數(shù)碼顯示管*4。 圖11.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換仿真原理圖 （2）在Keil中完成軟件程序的編寫。 （3）進(jìn)行軟硬件的聯(lián)合聯(lián)調(diào)。 （4）模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果驗證，比較電壓表顯示數(shù)據(jù)和數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)是否一致，并填

9、寫表11.1。第19頁/共46頁11.4.3 實驗內(nèi)容與步驟第20頁/共46頁11.4.3 實驗內(nèi)容與步驟表11.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果比較表12345678電壓值二進(jìn)制值十進(jìn)制第21頁/共46頁11.5 采樣控制系統(tǒng)分析 11.5.1 實驗?zāi)康?11.5.2 實驗設(shè)備 11.5.3 實驗內(nèi)容與步驟第22頁/共46頁11.5.1 實驗?zāi)康?（1）熟悉MATLAB中Simulink的實現(xiàn)方法。 （2）考察連續(xù)時間系統(tǒng)的采樣控制中，零階保持器的作用與采樣周期T對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。第23頁/共46頁11.5.2 實驗設(shè)備 （1）硬件環(huán)境 微型計算機(jī)一臺，Pentium4以上各類微機(jī)。 （2）軟件平臺 操作

10、系統(tǒng)：Windows 2000以上。 仿真軟件工具：MATLAB軟件（6.1以上版本）。第24頁/共46頁11.5.3 實驗內(nèi)容與步驟 （1）開機(jī)執(zhí)行MATLAB程序，用鼠標(biāo)雙擊MATLAB圖標(biāo)進(jìn)入其命令窗口Command Windows，在Command Windows窗口中輸入Simulink，進(jìn)入仿真界面，并新建Model文件。在Model界面中構(gòu)造如圖11.2所示的連續(xù)時間系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。作時域仿真并確定系統(tǒng)時域性能指標(biāo)。第25頁/共46頁11.5.3 實驗內(nèi)容與步驟Transfer Fcn10s +5s2StepScope圖11.2 連續(xù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第26頁/共46頁11.5.3 實驗內(nèi)容

11、與步驟 （2）帶零階保持器的采樣控制系統(tǒng)如圖11.3所示。同樣在MATLAB的Simulink下作時域仿真，并調(diào)整采樣周期T，觀察對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。Zero -OrderHoldTransfer Fcn10s +5s2StepScope圖11.3 帶零階保持器的采樣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第27頁/共46頁11.5.3 實驗內(nèi)容與步驟 （3）敘述零階保持器的作用。 （4）討論采樣周期T對系統(tǒng)特性的影響。第28頁/共46頁11.6 PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定分析 11.6.1 實驗?zāi)康?11.6.2 實驗設(shè)備 11.6.3 實驗內(nèi)容與步驟第29頁/共46頁11.6.1 實驗?zāi)康?（1）掌握MATLAB的M文件

12、編寫方法。 （2）研究PID控制器的Kp、Ti、Td三個參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響。第30頁/共46頁11.6.2 實驗設(shè)備 （1）硬件環(huán)境 微型計算機(jī)一臺，Pentium4以上各類微機(jī)。 （2）軟件平臺 操作系統(tǒng)：Windows 2000以上。 仿真軟件工具：MATLAB軟件（6.1以上版本）。 第31頁/共46頁11.6.3 實驗內(nèi)容與步驟 （1）開機(jī)執(zhí)行MATLAB程序，用鼠標(biāo)雙擊MATLAB圖標(biāo)進(jìn)入MATLAB命令窗口Command Windows，新建M-file，然后分別輸入以下設(shè)計好的程序。 % 比例控制 G=tf(10，1 6 11 6)；P=0.01：0.1：1；%傳遞

13、函數(shù)，Kp變化范圍 for i=1：length(P) G_c=feedback(P(i)*G，1)； %系統(tǒng)反饋 step(G_c)，hold on %單位階躍輸入響應(yīng) end第32頁/共46頁11.6.3 實驗內(nèi)容與步驟 % 比例積分控制 G=tf(10，1 6 11 6) %系統(tǒng)傳遞函數(shù) Kp=1；Ti=0.8：0.2：1.6； %Kp一定，不同Ti的輸入 for i=1：length(Ti) Gc=tf(Kp*1，1/Ti(i)，1，0)； %分別計算不同Ti的系統(tǒng)參數(shù) G_c=feedback(G*Gc，1)； step(G_c)，hold on %階躍響應(yīng)曲線響應(yīng) % 比例、積分、

14、微分控制 G=tf(10，1 6 11 6) %系統(tǒng)傳遞函數(shù) Kp=1；Ti=0.6；Td=0.1：0.2：2； %Kp、Ti一定，不同Td的輸入 for i=1：length(Td) Gc=tf(Kp*Ti*Td(i)，Ti，1/Ti，1，0)； %分別計算不同Td的系統(tǒng)參數(shù) G_c=feedback(G*Gc，1)；step(G_c)，hold on %階躍響應(yīng)曲線 end第33頁/共46頁11.6.3 實驗內(nèi)容與步驟 （2）進(jìn)行程序調(diào)試，并檢查錯誤，然后運行。 （3）觀察系統(tǒng)對不同參數(shù)的響應(yīng)曲線，分析其原因。 （4）總結(jié)三個參數(shù)分別對系統(tǒng)性能的影響。第34頁/共46頁11.7 最少拍控制

15、系統(tǒng)計算機(jī)仿真 11.7.1 實驗?zāi)康?11.7.2 實驗設(shè)備 11.7.3 實驗內(nèi)容與步驟第35頁/共46頁11.7.1 實驗?zāi)康?（1）掌握最少拍有紋波、無紋波系統(tǒng)的設(shè)計方法。 （2）學(xué)會最少拍控制系統(tǒng)的分析方法。 （3）學(xué)習(xí)并掌握最少拍有紋波和無紋波控制器的設(shè)計以及Simulink的實現(xiàn)方法。 （4）了解輸入信號對最少拍控制系統(tǒng)的影響及其改進(jìn)措施。第36頁/共46頁11.7.2 實驗設(shè)備 （1）硬件環(huán)境 微型計算機(jī)一臺，Pentium4以上各類微機(jī)。 （2）軟件平臺 操作系統(tǒng)：Windows 2000以上。 仿真軟件工具：MATLAB軟件（6.1以上版本）。第37頁/共46頁11.7.3

16、 實驗內(nèi)容與步驟 （1）在如圖11.4所示的計算機(jī)控制系統(tǒng)中，被控對象為，采樣周期T=1s，分別取輸入信號為單位階躍信號、單位速度信號和單位加速度信號，按有紋波系統(tǒng)和無紋波系統(tǒng)分別設(shè)計控制器D(z)。第38頁/共46頁11.7.3 實驗內(nèi)容與步驟圖11.4 最少拍系統(tǒng)原理圖 第39頁/共46頁11.7.3 實驗內(nèi)容與步驟 （2）按照最少拍系統(tǒng)原理圖，在MATLAB的Simulink下構(gòu)造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的仿真模型，并將輸入、輸出和誤差三條曲線放置在同一坐標(biāo)系內(nèi)，標(biāo)明參數(shù)，觀察輸入輸出波形，比較三種情況下的跟隨特性，并打印結(jié)果。 （3）觀察系統(tǒng)輸出波形在采樣點以外的波形。 （4）比較有紋波系統(tǒng)與無紋波

17、系統(tǒng)的區(qū)別，并分析其原因。第40頁/共46頁11.8 組態(tài)王軟件的組態(tài)設(shè)計 11.8.1 實驗?zāi)康?11.8.2 實驗設(shè)備 11.8.3 實驗內(nèi)容與步驟第41頁/共46頁11.8.1 實驗?zāi)康?（1）掌握并熟悉組態(tài)王軟件的使用。 （2）掌握研華PCL-818L A/D數(shù)據(jù)采集板卡的使用方法。 （3）熟悉組態(tài)王軟件與PCL-818L板卡的連接與通信。 （4）熟悉Pt100溫度傳感器及變送器的使用。第42頁/共46頁11.8.2 實驗設(shè)備 （1）硬件環(huán)境 工業(yè)控制計算機(jī)一臺，PCL-818L板卡及PCLD-8115接線端子板，Pt100溫度傳感器及變送器。 （2）軟件平臺 操作系統(tǒng)：Windows 2000以上。 軟件工具：KingView組態(tài)王軟件及PCL-818L板卡的驅(qū)動軟件。第43頁/共46頁