實(shí)驗(yàn)一 DA數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一 D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理。2、熟悉12位D/A轉(zhuǎn)換的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過A/D&D/A卡完成12位D/A轉(zhuǎn)換的實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)換公式如下：Uo=Vref(211K12+210K11+.+20K0)/212Vref=5.0V例如：數(shù)字量=0100,0000,0000K11=0,K10=1,K9=0,K8=0,K7=0,K6=0,K5=0,K4=0 K3=0, K2=0, K1=0, K0=0模擬量Uo=Vref(4096-211K7+210K6+.+20K0)/212三、實(shí)驗(yàn)方法（1）硬件連接：將數(shù)據(jù)采樣卡上標(biāo)有AD1 IN 的插孔與DA1 OUT 的插

2、孔相連。（2）實(shí)驗(yàn)硬件原理示意圖：數(shù)字量 D/A 轉(zhuǎn)換 A/D采集 計(jì)算機(jī)顯示結(jié)果四、軟件使用1、 打開軟件，在實(shí)驗(yàn)課題菜單中選中D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)；或者在左欄快捷區(qū)選中D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條，雙擊即可。2、 在相應(yīng)彈出的對話框中填寫參數(shù),在數(shù)字量對應(yīng)區(qū)填寫目標(biāo)數(shù)字量。注意：數(shù)字量的范圍從0-40963、 點(diǎn)擊變換按鈕，轉(zhuǎn)換出對應(yīng)的模擬量，如果點(diǎn)擊運(yùn)行，則執(zhí)行采樣數(shù)據(jù)，等待數(shù)據(jù)傳輸完成后，在測量圖形中觀測對應(yīng)的數(shù)據(jù)；點(diǎn)擊取消，則取消當(dāng)前實(shí)驗(yàn)。4、 實(shí)驗(yàn)完成后起用測量標(biāo)尺，觀測圖形并測量數(shù)據(jù)；在主窗口中單擊Measure鍵，使用彈出標(biāo)尺，進(jìn)行單值測量；選擇Single項(xiàng)，進(jìn)行單測量；Doubl

3、e項(xiàng)，進(jìn)行雙測量，測量標(biāo)尺可以拖動使用5、 退出實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)課題菜單中選擇退出即可。五實(shí)驗(yàn)報(bào)告1畫出數(shù)字量與模擬量的對應(yīng)曲線。2計(jì)算出理論值，將其與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，分析產(chǎn)生誤差的原因。實(shí)驗(yàn)二 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本原理。2熟悉12位A/D轉(zhuǎn)換的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過A/D&D/A卡完成12位A/D轉(zhuǎn)換的實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)換公式如下：數(shù)字量=模擬量/Vrefx2N 其中N是A/D的位數(shù)，Vref是基準(zhǔn)電壓。例如：N=12 Vref=5.0 模擬量=2.5 則數(shù)字量= (5-2.5/5.0) x 212=1024 (十進(jìn)制）三、實(shí)驗(yàn)步驟（1）硬件連接：將自控實(shí)驗(yàn)箱上標(biāo)有AD

4、1 IN 的插孔與DA1 OUT 的插孔相連。（2）實(shí)驗(yàn)硬件原理示意圖：由A/D&D/A卡輸出模擬量 A/D轉(zhuǎn)換 計(jì)算機(jī)顯示結(jié)果四、軟件使用1、 打開軟件，在實(shí)驗(yàn)課題菜單中選中A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)；或者在左欄快捷區(qū)選中A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條，雙擊即可。2、 在相應(yīng)彈出的對話框中填寫參數(shù)；在模擬量對應(yīng)區(qū)填寫模擬量注意：模擬量范圍從-5-+5V3、 點(diǎn)擊變換按鈕，響應(yīng)的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。完成填寫參數(shù)后，如果點(diǎn)擊運(yùn)行后，則執(zhí)行采樣數(shù)據(jù)，等待數(shù)據(jù)傳輸完成；點(diǎn)擊取消，則取消當(dāng)前實(shí)驗(yàn)。注意：實(shí)驗(yàn)1，實(shí)驗(yàn)2共用相同的測量圖。在實(shí)驗(yàn)1中，數(shù)字量為X軸，電壓量為Y軸在實(shí)驗(yàn)2中，仍用數(shù)字量為X軸，電壓量

5、為Y軸4、 完成后起用測量標(biāo)尺，觀測圖形并測量數(shù)據(jù)；在主窗口中單擊Measure鍵，使用彈出標(biāo)尺，進(jìn)行單值測量；選擇Single項(xiàng)，進(jìn)行單測量；Double項(xiàng)，進(jìn)行雙測量，測量標(biāo)尺可以拖動使用退出實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)課題菜單中選擇退出即可。 五實(shí)驗(yàn)報(bào)告1畫出模擬量與數(shù)字量的對應(yīng)曲線。2計(jì)算出理論值，將其與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，分析產(chǎn)生誤差的原因。 實(shí)驗(yàn)三 數(shù)字PID控制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究PID控制器的參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響。2研究采樣周期T對系統(tǒng)特性的影響。3研究1型系統(tǒng)及其2型系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示于圖3.1。 r（t） T Y（t） Gc（S） Gh（s） Gp（s） 圖中

6、Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds） Gh（s）=（1e-TS）/s Gp1（s）=5/（0.5s+1）（0.1s+1） Gp2（s）=1/（s（0.1s+1）2GP1（s）,Gp2（s）。 1mf 1uf 500k 100k 100k 100k u D/A1 y A/D1 1mf 1mf 100K 100k 100k u D/A1 y A/D1 3被控對象GP1（s）為“0型”系統(tǒng)，采用PI控制或PID控制，可使系統(tǒng)變?yōu)椤?型”系統(tǒng)，被控對象Gp2（s）為“1型”系統(tǒng)，采用PI控制或PID控制可使系統(tǒng)變成“2型”系統(tǒng)。4當(dāng)r（t）=1（t）時(shí)（實(shí)際是方波），研究其過渡過程。5PI調(diào)節(jié)器及

7、PID調(diào)節(jié)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）不難看出PI調(diào)結(jié)器的增益K=KpKi，因此在改變Ki時(shí)，同時(shí)改變了閉環(huán)增益K，如果不想改變K,則應(yīng)相應(yīng)改變Kp。采用PID調(diào)節(jié)器相同。6PID遞推算法如果PID調(diào)節(jié)器輸入信號為e（t），其輸送信號為u（t）,則離散的遞推算法如下： Uk=Kpek+Kiek2+Kd(ek-ek-1)其ek2是誤差累積和。四、軟件使用1、 打開軟件，在實(shí)驗(yàn)課題菜單中選中數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)；或者在左欄快捷區(qū)選中數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條，雙擊即可。2、 相應(yīng)彈出的對話

8、框中填寫參數(shù)，在AD1標(biāo)簽填寫AD 采樣參數(shù)A、 打開AD啟用標(biāo)志， 操作：點(diǎn)擊即可；B、 填寫采樣周期（0s），操作：填寫參數(shù) ；C、 填寫采樣電數(shù)（50-999），操作：填寫參數(shù) ；D、 打開AD顯示標(biāo)志， 操作：點(diǎn)擊即可；E、 選擇AD采樣數(shù)據(jù)顯示顏色，信源顏色按鈕；注意：AD啟用是AD 采樣通道開啟標(biāo)志；采樣周期最小為0.01s；F、 AD顯示是AD采樣通道顯示顏色；（不能使用與系統(tǒng)背景相同的顏色）填寫相關(guān)參數(shù)V，KP，KI，KD注意： 電壓給定不要超過范圍限制；3、 完成填寫參數(shù)后，如果點(diǎn)擊確認(rèn)，則執(zhí)行采樣數(shù)據(jù)，等待數(shù)據(jù)傳輸完成；點(diǎn)擊取消，則取消當(dāng)前實(shí)驗(yàn)。4、 完成后起用測量標(biāo)尺，觀

9、測圖形并測量數(shù)據(jù)；在主窗口中單擊Measure鍵，使用彈出標(biāo)尺，進(jìn)行單值測量；選擇Single項(xiàng)，進(jìn)行單測量；Double項(xiàng)，進(jìn)行雙測量，測量標(biāo)尺可以拖動使用退出實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)課題菜單中選擇退出即可。五、實(shí)驗(yàn)步驟1連續(xù)Gp1（s）為對象的模擬電路圖11-1及A/D&D/A信號線。檢查無誤后，接通±12V電源。2輸入采樣周期T，（參考值2）3輸入?yún)?shù)Kp, KI, Kd（參考值Kp=1, Ki=2, kd=0）4觀察響應(yīng)曲線。若不滿意，改變Kp, Ki, Kd的數(shù)值和與其相對、應(yīng)的性能指標(biāo)sp、ts的數(shù)值。5取滿意的Kp,Ki,Kd值，觀查有無穩(wěn)態(tài)誤差。6斷開電源，連接模擬電路圖

10、11-2，并接上A/D，D/A信號線。7接通電源，重復(fù)2-8步驟。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1畫出所做實(shí)驗(yàn)的模擬電路圖。2當(dāng)被控對象為Gp1（s時(shí)）取過渡過程為最滿意時(shí)的Kp, Ki, Kd,畫出校正后的Bode圖，查出相穩(wěn)定裕量g和穿越頻率wc。3比較對象為Gp1（s）和對象為Gp2（s）時(shí)三角波輸入情況下的穩(wěn)態(tài)誤差。4總結(jié)一種有效的選擇Kp, Ki, Kd方法，以最快的速度獲得滿意的參數(shù)。七、PID軟件流程圖（ek為誤差，ek1為上一次的誤差，ek2為誤差的累積和，uk是控制量） 初始化控制步數(shù)、采樣點(diǎn)數(shù)Point 初始化ek ,ek1,ek2,uk 初始系統(tǒng)輸出希望值start 畫希望值曲線 使硬件被

11、控對象初始值輸出=0 采集硬件被控對象的輸出inputf inputf浮點(diǎn)化 求ek=start-inputf 判積分分離限 uk=kpek+kiek2+kd(ek-ek1) uk=kpek+kd(ek-ek1) 判uk是否超上下限 輸出uk ek1=ek ek2=ek2+ek 畫被控對象第J點(diǎn)輸出inputf J+1 J<Point 結(jié)束實(shí)驗(yàn)四 狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究現(xiàn)代控制理論中用狀態(tài)反饋配置極點(diǎn)的方法。2研究狀態(tài)觀測器的設(shè)計(jì)方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1被控對象模擬電路圖示于圖4.1。 1mf 1mf 400k 700k 100k u1D/A1 A/D1 y 100k 100

12、k 100k 100k 圖 2系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 （1）被控對象傳遞函數(shù)為 Gp（s）=Y（s）/U（s）=100/(s2+3.928s+103.57) （2）被控對象狀態(tài)方程 X=Ax+Bu Y=Cx式中 0 1 0 A= B= -103.57 -3.928 1 C=100 03r U x x y Kr B S-1 C A L 計(jì)算機(jī) x x y H Z-1 C G K 圖中 G=eAT H=ò0Tj(t)dtB j(t)=eAt K 1×2維狀態(tài)反饋系統(tǒng)矩陣，由計(jì)算機(jī)算出。 L 2×1維觀測器的反饋矩陣，由計(jì)算機(jī)算出。 Kr 為使y(t)跟蹤r(t)乘的比例系數(shù)，它

13、由計(jì)算機(jī)自動地遞推算出。 Xk=GXk-1+HUk-1+L(Yk-1-CXk-1) Uk=-KXk+KrRk 4希望的系數(shù)極點(diǎn)（參考值）：±j7.5,它對應(yīng)在Z平面上應(yīng)為±5 觀測器極點(diǎn)參考值：±j0三、軟件使用1.打開軟件，在實(shí)驗(yàn)課題菜單中選中狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測器中的階躍響應(yīng)；或者在左欄快捷區(qū)選中狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測器中的階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條，雙擊即可。2.在彈出的對話框中填寫參數(shù)，在AD1標(biāo)簽填寫AD 采樣參數(shù)A、 打開AD啟用標(biāo)志， 操作：點(diǎn)擊即可；B、 填寫采樣周期（0s），操作：填寫參數(shù) ；C、 填寫采樣電數(shù)（50-999），操作：填寫參數(shù) ；D、 打開AD

14、顯示標(biāo)志， 操作：點(diǎn)擊即可；E、 選擇AD采樣數(shù)據(jù)顯示顏色，信源顏色按鈕；注意：AD啟用是AD 采樣通道開啟標(biāo)志；采樣周期最小為0.01s；AD顯示是AD采樣通道顯示顏色；（不能使用與系統(tǒng)背景相同的顏色）在相關(guān)參數(shù)區(qū)中填寫參數(shù)注意：階躍給定不要超過給定范圍-5-+53.完成填寫參數(shù)后，如果點(diǎn)擊確認(rèn)，則執(zhí)行采樣數(shù)據(jù)，等待數(shù)據(jù)傳輸完成；點(diǎn)擊取消，則取消當(dāng)前實(shí)驗(yàn)。4.實(shí)驗(yàn)完成后起用測量標(biāo)尺，觀測圖形并測量數(shù)據(jù)；在主窗口中單擊Measure鍵，使用彈出標(biāo)尺，進(jìn)行單值測量；選擇Single項(xiàng)，進(jìn)行單測量；Double項(xiàng)，進(jìn)行雙測量，測量標(biāo)尺可以拖動使用。5.要退出實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)課題菜單中選擇退出即可。跟蹤

15、響應(yīng)1、 打開軟件，在實(shí)驗(yàn)課題菜單中選中狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測器中的跟蹤響應(yīng)；或者在左欄快捷區(qū)選中狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測器中的跟蹤響應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條，雙擊即可。2、 在彈出的對話框中填寫相關(guān)參數(shù)：在AD1標(biāo)簽填寫AD 采樣參數(shù)，參數(shù)的填寫與階躍響應(yīng)相同；在相關(guān)參數(shù)區(qū)中填寫參數(shù)V，階數(shù)，希望極點(diǎn)，觀測極點(diǎn)，矩陣A，B，C注意： 階躍給定不要超過給定范圍-5-+53、 其它實(shí)驗(yàn)操作與階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)相同四、實(shí)驗(yàn)步驟1連接圖12所示被控對象模擬電路圖，并連接A/D&D/A信號線。2執(zhí)行程序,修正Kr參數(shù)，使y(t)=r(t).五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、畫出被控對象模擬電路圖。2、計(jì)算Gp（S），A，B，C。3、計(jì)算離

16、散化模擬參數(shù)G，H，并與計(jì)算機(jī)結(jié)果比較。4、計(jì)算希望的系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)指標(biāo)中的超調(diào)量Gp和調(diào)節(jié)時(shí)間Ts并與實(shí)時(shí)控制結(jié)果比較。六、狀態(tài)觀測器軟件流程圖（yk為 當(dāng)前輸出，yk1為上一次系統(tǒng)輸出，xk1為上一次的觀測陣） （xk是當(dāng)前觀測陣，u1是當(dāng)前控制量） 初始化控制步數(shù)、采樣點(diǎn)數(shù)Point 初始化u1 ,xk1 初始系統(tǒng)輸出希望值r1 畫希望值曲線 計(jì)算矩陣H，G，L，Kr 使硬件被控對象初始值輸出=0 采集硬件被控對象的輸出input input浮點(diǎn)化成Y1 計(jì)算U1=U1+Kr 判u1是否超上下限 輸出u1 計(jì)算Xk=GXk1+HU1+L(Y1-CXk1) 計(jì)算U1=-KXk+KrR1

17、Xk1=Xk 畫被控對象第J點(diǎn)輸出input J+1 J<Point 結(jié)束 實(shí)驗(yàn)五 數(shù)字濾波器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.研究數(shù)字濾波器對系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響。2.熟悉和掌握系統(tǒng)過渡過程的測量方法。3.掌握數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法。4.了解數(shù)字濾波器的通帶對系統(tǒng)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1需加入串聯(lián)超前校正的開環(huán)系統(tǒng)電路及傳遞函數(shù) (1)實(shí)驗(yàn)電路 1mf R2 1mf 200k 100k R1 200k 100k u1 u2D/A1 100K （2）系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù) U1 10 2 U2 S 2 0.2S+1 (3)系統(tǒng)閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖： R1 T1s+1 U1 10 2 U2 - T2s+1 S 2

18、 0.2S+1 計(jì)算機(jī) (4)數(shù)字濾波器的遞推公式模擬濾波器的傳函： T1s+1 T2S+1利用雙線性變換得數(shù)字濾波器的遞推公式： Uk=q0xUk-1+q1xek+q2xek-1q0=(T-2T2)/(T+2T2)q1=(T+2T1)/(T+2T2)q2=(T-2T1)/(T+2T2)T=采樣周期 T1=超前時(shí)間常數(shù) T2=滯后時(shí)間常數(shù) 2需加入串聯(lián)滯后校正的開環(huán)系統(tǒng)電路及傳遞函數(shù)(1)實(shí)驗(yàn)電路 1mf 1mf D/A1 500k 100k 100k 100k 100k u1 50k u2 A/D1 1uF （2）系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù) U1 10 5 1 U2 S 0.05S+1 0.1S+1

19、(3)系統(tǒng)閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖： R1 T1s+1 U1 10 5 2 U2 - T2s+1 S 0.05s+1 0.1S+1 計(jì)算機(jī) (4)數(shù)字濾波器的遞推公式模擬濾波器的傳函： T1s+1 T2S+1 利用雙線性變換得數(shù)字濾波器的遞推公式： Uk=q0Uk-1+q1ek+q2ek-1 q0=(T-2T2)/(T+2T2) q1=(T+2T1)/(T+2T2) q2=(T-2T1)/(T+2T2) T=采樣周期 T1=超前時(shí)間常數(shù) T2=滯后時(shí)間常數(shù) 三、實(shí)驗(yàn)步驟1連接模擬電路圖，按軟件默認(rèn)的T1、T2測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并記錄超調(diào)量sp和調(diào)節(jié)時(shí)間ts.2改變T1、T2重復(fù)步驟1，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。四、軟件

20、使用1、 打開軟件，在實(shí)驗(yàn)課題菜單中選中數(shù)字濾波器實(shí)驗(yàn)中的超前校正；或者在左欄快捷區(qū)選中數(shù)字濾波器中的超前校正實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條，雙擊即可。2、 在相應(yīng)彈出的對話框中填寫參數(shù)，在AD1標(biāo)簽填寫AD 采樣參數(shù)A、打開AD啟用標(biāo)志， 操作：點(diǎn)擊即可；B、填寫采樣周期（），操作：填寫參數(shù) ；C、填寫采樣電數(shù)（50-999），操作：填寫參數(shù) ；D、打開AD顯示標(biāo)志， 操作：點(diǎn)擊即可；E、選擇AD采樣數(shù)據(jù)顯示顏色，信源顏色按鈕；注意：AD啟用是AD 采樣通道開啟標(biāo)志；采樣周期最小為0.01s；AD顯示是AD采樣通道顯示顏色；（不能使用與系統(tǒng)背景相同的顏色）3、 在相關(guān)參數(shù)區(qū)填寫參數(shù)V，滯后常數(shù)，超前常數(shù)注意：給

21、定電壓不要超過提示范圍4、 完成填寫參數(shù)后，如果點(diǎn)擊確認(rèn)，則執(zhí)行采樣數(shù)據(jù)，等待數(shù)據(jù)傳輸完成；點(diǎn)擊取消，則取消當(dāng)前實(shí)驗(yàn)。5、 完成后起用測量標(biāo)尺，觀測圖形并測量數(shù)據(jù)；在主窗口中單擊Measure鍵，使用彈出標(biāo)尺，進(jìn)行單值測量；選擇Single項(xiàng)，進(jìn)行單測量；Double項(xiàng)，進(jìn)行雙測量，測量標(biāo)尺可以拖動使用6、 退出實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)課題菜單中選擇退出即可。滯后校正1、 打開軟件，在實(shí)驗(yàn)課題菜單中選中數(shù)字濾波器實(shí)驗(yàn)中的滯后校正；或者在左欄快捷區(qū)選中數(shù)字濾波器中的滯后校正實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條，雙擊即可。2、 AD1標(biāo)簽填寫AD 采樣參數(shù) 參數(shù)的填寫與超前校正相同3、 在相關(guān)參數(shù)區(qū)填寫參數(shù)V，滯后常數(shù)，超前常數(shù)，其它

22、操作與超前校正相同。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1畫出所做實(shí)驗(yàn)的模擬圖，結(jié)構(gòu)圖。2分析加數(shù)字濾波器前系統(tǒng)的穩(wěn)定特性。3從響應(yīng)曲線中分析校正后的結(jié)果并與理論分析比較。六、數(shù)字濾波軟件流程圖（ek為誤差，ek1為上一次的誤差，uk是控制量，uk1是上一次的控制量) 初始化控制步數(shù)、采樣點(diǎn)數(shù)Point 初始化ek ,ek1,ek2,uk求q0,q1,q2 初始系統(tǒng)輸出希望值start 畫希望值曲線 使硬件被控對象初始值輸出=0 采集硬件被控對象的輸出inputf inputf浮點(diǎn)化 求ek=start-inputf Uk=q0Uk1+q1ek+q2xek1 判uk是否超上下限 輸出uk ek1=ek uk1=uk

23、畫被控對象第J點(diǎn)輸出inputf J+1 J<Point 結(jié)束實(shí)驗(yàn)六 大林算法一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握大林算法的特點(diǎn)及適用范圍。2、了解大林算法中時(shí)間常數(shù)T對系統(tǒng)的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、實(shí)驗(yàn)被控對象的構(gòu)成： 1uF 1）慣性環(huán)節(jié)的仿真電路及傳遞函數(shù) 100K G(S)=-2/(T1+1) D/A1 - 200K A/D1 T1=0.2 + 2) 純延時(shí)環(huán)節(jié)的構(gòu)成與傳遞函數(shù) G(s)=e-Nt t=采樣周期 N為正整數(shù)的純延時(shí)個(gè)數(shù) 由于純延時(shí)環(huán)節(jié)不易用電路實(shí)現(xiàn)，在軟件中由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。 3）被控對象的開環(huán)傳函為： G(S)=-2e-Nt/(T1+1) 2、大林算法的閉環(huán)傳遞函數(shù)： Go(s)=

24、e-Nt/(Ts+1) T=大林時(shí)間常數(shù) 3、大林算法的數(shù)字控制器： D(Z)=(1-et/T)(1-e-t/T1Z-1)/k (1-e-t/T1)1-e-t/TZ-1-(1-e-t/T)Z-N-1 設(shè)k1=e-t/T K2=e-t/T1 T1=0.2 T=大林常數(shù) K=2 （K-Kk2）Uk=(1-k1)ek-(1-k1)k2ek-1+(k-kk2)k1Uk-1+(k-kk2)(1-k1)Uk-N-1三、實(shí)驗(yàn)步驟1、按電路圖接好線路。2、啟動軟件，按默認(rèn)參數(shù)運(yùn)行，觀察運(yùn)行結(jié)果。3、改變大林常數(shù)和延時(shí)周期數(shù)N，觀察運(yùn)行結(jié)果。四、軟件使用1、 打開軟件，在實(shí)驗(yàn)課題菜單中選中大林算法；或者在左欄快

25、捷區(qū)選中大林算法實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條，雙擊即可。2、 在相應(yīng)彈出的對話框中填寫參數(shù),在AD1標(biāo)簽填寫AD 采樣參數(shù)A、打開AD啟用標(biāo)志， 操作：點(diǎn)擊即可；B、填寫采樣周期（），操作：填寫參數(shù) ；C、填寫采樣電數(shù)（50-999），操作：填寫參數(shù) ；D、打開AD顯示標(biāo)志， 操作：點(diǎn)擊即可；E、選擇AD采樣數(shù)據(jù)顯示顏色，信源顏色按鈕；注意： AD啟用是AD 采樣通道開啟標(biāo)志；采樣周期最小為0.01s；AD顯示是AD采樣通道顯示顏色；（不能使用與系統(tǒng)背景相同的顏色）在相關(guān)參數(shù)區(qū)填寫參數(shù)V，延時(shí)周期，大林常數(shù)注意：給定電壓不要超過給定范圍3、 完成填寫參數(shù)后，如果點(diǎn)擊確認(rèn)，則執(zhí)行采樣數(shù)據(jù)，等待數(shù)據(jù)傳輸完成；點(diǎn)擊取

26、消，則取消當(dāng)前實(shí)驗(yàn)。4、 實(shí)驗(yàn)完成后起用測量標(biāo)尺，觀測圖形并測量數(shù)據(jù)；在主窗口中單擊Measure鍵，使用彈出標(biāo)尺，進(jìn)行單值測量；選擇Single項(xiàng)，進(jìn)行單測量；Double項(xiàng)，進(jìn)行雙測量，測量標(biāo)尺可以拖動使用5、 退出實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)課題菜單中選擇退出即可。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、分析開環(huán)系統(tǒng)下的階躍響應(yīng)曲線。2、畫出閉環(huán)的階躍響應(yīng)曲線，并求出超調(diào)和響應(yīng)時(shí)間。3、分析大林時(shí)間常數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。六、大林算法軟件流程圖（ek為誤差，ek1為上一次的誤差，uk是控制量，uk1是上一次的控制量) （ukn1是上N+1次的控制量） 初始化控制步數(shù)、采樣點(diǎn)數(shù)Point求K,K1,K2 初始化ek ,ek1,e

27、k2,uk 初始系統(tǒng)輸出希望值start 畫希望值曲線 使硬件被控對象初始值輸出=0 采集硬件被控對象的輸出inputf inputf浮點(diǎn)化 inputf延遲N步 求ek=start-inputf （K-Kk2)Uk=(1-k1)ek-(1-k1)k2ek1+(k-kk2)k1Uk1+(k-kk2)(1-k1)Ukn1 判uk是否超上下限 輸出uk ek1=ek Ukn1更新 畫被控對象第J點(diǎn)輸出inputf J+1 J<Point 結(jié)束實(shí)驗(yàn)七 爐溫控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解溫度控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。2研究采樣周期T對系統(tǒng)特性的影響。3研究大時(shí)間常數(shù)系統(tǒng)PID控制器的參數(shù)的整定方法。二、爐溫控

28、制的基本原理1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示于圖10。 r（t） T Y（t） Gc（S） Gh（s） Gp（s） 計(jì)算機(jī)含A/D&D/A卡 圖中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds） Gh（s）=（1e-TS）/s Gp（s）=1/（Ts+1）2系統(tǒng)的基本工作原理 整個(gè)爐溫控制系統(tǒng)由兩大部分組成，第一部分由計(jì)算機(jī)和A/D&D/A卡組成，主要完成溫度采集、PID運(yùn)算、產(chǎn)生控制可控硅的觸發(fā)脈沖，第二部分由傳感器信號放大，同步脈沖形成，以及觸發(fā)脈沖放大等組成。爐溫控制的基本原理是：改變可控硅的導(dǎo)通角即改變電熱爐加熱絲兩端的有效電壓，有效電壓的可在0140V內(nèi)變化?？煽毓璧膶?dǎo)通角為05CH。溫度傳

29、感是通過一只熱敏電阻及其放大電路組成的，溫度越高其輸出電壓越小。 第二部分電路原理圖見附錄一。3PID遞推算法 ：如果PID調(diào)節(jié)器輸入信號為e（t），其輸送信號為u（t）,則離散的遞推算法如下： Uk=Kpek+Kiek2+Kd(ek-ek-1)其ek2是誤差累積和。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、設(shè)定爐子的溫度在一恒定值。2、調(diào)整P、I、D各參數(shù)觀察對其有何影響。四、軟件使用開環(huán)控制實(shí)驗(yàn)1、 打開軟件，在實(shí)驗(yàn)課題菜單中選中爐溫控制實(shí)驗(yàn)中的開環(huán)控制實(shí)驗(yàn)；或者在左欄快捷區(qū)選中爐溫控制響應(yīng)中的開環(huán)控制實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條，雙擊即可。2、 在相應(yīng)彈出的對話框中填寫參數(shù),在AD1標(biāo)簽填寫AD 采樣參數(shù)A、打開AD啟用標(biāo)志，

30、操作：點(diǎn)擊即可；B、填寫采樣周期（），操作：填寫參數(shù) ；C、填寫采樣電數(shù)（50-999），操作：填寫參數(shù) ；D、打開AD顯示標(biāo)志， 操作：點(diǎn)擊即可；E、選擇AD采樣數(shù)據(jù)顯示顏色，信源顏色按鈕；注意：AD啟用是AD 采樣通道開啟標(biāo)志；AD采樣周期最小為0.01s；AD顯示是AD采樣通道顯示顏色；（不能使用與系統(tǒng)背景相同的顏色）在相關(guān)參數(shù)區(qū)填寫參數(shù) 該參數(shù)是從0-100注意：本實(shí)驗(yàn)是采用在固定區(qū)間加熱的比例，所以參數(shù)是從0-1003、 完成填寫參數(shù)后，如果點(diǎn)擊確認(rèn)，則執(zhí)行采樣數(shù)據(jù)，等待數(shù)據(jù)傳輸完成；點(diǎn)擊取消，則取消當(dāng)前實(shí)驗(yàn)。4、 實(shí)驗(yàn)完成后起用測量標(biāo)尺，觀測圖形并測量數(shù)據(jù)；在主窗口中單擊Measu

31、re鍵，使用彈出標(biāo)尺，進(jìn)行單值測量；選擇Single項(xiàng)，進(jìn)行單測量；Double項(xiàng)，進(jìn)行雙測量，測量標(biāo)尺可以拖動使用5、 退出實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)課題菜單中選擇退出即可。閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)1、 打開軟件，在實(shí)驗(yàn)課題菜單中選中爐溫控制實(shí)驗(yàn)中的閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)；或者在左欄快捷區(qū)選中爐溫控制實(shí)驗(yàn)中的閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條，雙擊即可。2、 相應(yīng)彈出的對話框中填寫參數(shù)在AD1標(biāo)簽填寫AD 采樣參數(shù) 同開環(huán)控制實(shí)驗(yàn)在相關(guān)參數(shù)區(qū)填寫參數(shù)T（給定溫度），KP，KI，KD注意：給定參數(shù)溫度T從相對溫度0-1003、 其它操作同開環(huán)實(shí)驗(yàn)五、實(shí)驗(yàn)步驟1將A/D&D/A卡插入計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展槽中，把A/D&D/A卡和溫度控制盒

32、用20芯的扁平信號線相連，然后把溫度傳感器（熱敏電阻）放入爐內(nèi)，檢查無誤后，接通溫控盒220V電源。2輸入采樣周期T3輸入?yún)?shù)Kp, KI, Kd4觀察響應(yīng)曲線。若不滿意，改變Kp, Ki, Kd的數(shù)值和與其相對、應(yīng)的性能指標(biāo)sp、ts的數(shù)值。5取滿意的Kp,Ki,Kd值，觀查有無穩(wěn)態(tài)誤差。6記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1記錄過渡過程為最滿意時(shí)的Kp, Ki, Kd并畫出其響應(yīng)曲線。2分析此情況下的超調(diào)量、響應(yīng)時(shí)間及穩(wěn)態(tài)誤差。3總結(jié)一種對溫度控制系統(tǒng)有效的選擇Kp, Ki, Kd方法，以最快的速度獲得滿意的參數(shù)。七、溫度控制軟件流程圖（ek為誤差，ek1為上一次的誤差，ek2為誤差的累積和，uk

33、是控制量) (可控硅導(dǎo)通角控制量a=05bH, a=0導(dǎo)通角最大，a=5b導(dǎo)通角為零）， 初始化控制步數(shù)、采樣點(diǎn)數(shù)Point 初始化ek ,ek1,ek2,uk 初始系統(tǒng)溫度希望值start 畫希望值曲線 采集硬件被控對象的輸出inputf inputf浮點(diǎn)化 求ek=start-inputf 判積分分離限 uk=kpek+kiek2+kd(ek-ek1) uk=kpek+kd(ek-ek1) 判uk是否超上下限，可控硅導(dǎo)通角05bH 輸出uk ek1=ek ek2=ek2+ek 畫被控對象第J點(diǎn)輸出inputf J+1 J<Point 結(jié)束實(shí)驗(yàn)八 電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解直流電機(jī)

34、調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)。2研究采樣周期T對系統(tǒng)特性的影響。3研究電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)PID控制器的參數(shù)的整定方法。二、控制的基本原理1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示于圖8.1。 r（t） T Y（t） Gc（S） Gh（s） Gp（s） 計(jì)算機(jī)含A/D&D/A卡 圖中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds） Gh（s）=（1e-TS）/s Gp（s）=1/（Ts+1）2系統(tǒng)的基本工作原理 整個(gè)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)由兩大部分組成，第一部分由計(jì)算機(jī)和A/D&D/A卡組成，主要完成速度采集、PID運(yùn)算、產(chǎn)生控制電樞電壓的控制電壓，第二部分由傳感器信號整形，控制電壓功率放大等組成。電機(jī)速度控制的基本原理是：通過D/A輸出的電壓控制7812的輸出，以達(dá)到控制直流電機(jī)電樞電壓的目的。速度采集由一對紅外發(fā)射、接收管完成，接收管輸出脈沖的間隔反應(yīng)了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 第二部分電路原理圖見附錄二。3PID遞推算法 ： 如果PID調(diào)節(jié)器輸入信號為e（t），其輸送信號為u（t）,則離散的遞推算法如下：Uk=Kpek+Kiek2+Kd(ek-ek-1)其ek2是誤差累積和。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、設(shè)定電機(jī)的速度在一恒定值。2、調(diào)整P、I、D各參數(shù)觀察對其有何影響。四、軟件使用