計算機控制技術(shù)實驗指導(dǎo)書

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一節(jié)系統(tǒng)概述 1\o"CurrentDocument"第二節(jié)硬件的組成及使用 2\o"CurrentDocument"第二章THBDC-1軟件安裝及使用說明 5\o"CurrentDocument"第一節(jié)THBDC-1軟件安裝說明 5\o"CurrentDocument"第二節(jié)THBDC-1軟件的使用說明 13\o"CurrentDocument"第三節(jié)Bode軟件的使用說明 43\o"CurrentDocument"第三章計算機控制技術(shù)實驗 54\o"CurrentDocument"實驗一A/D與D/A轉(zhuǎn)換 54\o"CurrentDocument"實驗二數(shù)字濾波器 58\o"CurrentDocument"實驗三離散化方法研究 62\o"CurrentDocument"實驗四數(shù)字PID調(diào)節(jié)器算法的研究 68\o"CurrentDocument"實驗五串級控制算法的研究 72\o"CurrentDocument"實驗六解耦控制算法的研究 75\o"CurrentDocument"實驗七最少拍控制算法的研究 80\o"CurrentDocument"實驗八具有純滯后系統(tǒng)的大林算法 85\o"CurrentDocument"實驗九線性離散系統(tǒng)的全狀態(tài)反饋控制 89\o"CurrentDocument"實驗十模糊控制系統(tǒng) 93\o"CurrentDocument"實驗十一具有單神經(jīng)元控制器的控制系統(tǒng) 97\o"CurrentDocument"實驗十二二次型狀態(tài)調(diào)節(jié)器 102\o"CurrentDocument"實驗十三單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 106\o"CurrentDocument"實驗十四步進電機轉(zhuǎn)速控制 109\o"CurrentDocument"實驗十五單閉環(huán)溫度的恒值控制 112第一章THBDC-1控制理論-計算機控制技術(shù)實驗平臺簡介第一節(jié)系統(tǒng)概述“THBDC-1型控制理論?計算機控制技術(shù)實驗平臺”是我公司結(jié)合教學(xué)和實踐的需要而進行精心設(shè)計的實驗系統(tǒng)。適用于高校的控制原理、計算機控制技術(shù)等課程的實驗教學(xué)。該實驗平臺具有實驗功能全、資源豐富、使用靈活、接線可靠、操作快捷、維護簡單等優(yōu)點。實驗臺的硬件部分主要由直流穩(wěn)壓電源、低頻信號發(fā)生器、階躍信號發(fā)生器、低頻頻率計、交/直流數(shù)字電壓表、數(shù)據(jù)采集接口單元、步進電機單元、直流電機單元、溫度控制單元、單容水箱、通用單元電路、電位器組等單元組成。上位機軟件則集中了虛擬示波器、信號發(fā)生器、VBScript和JScript腳本編程器、實驗仿真等多種功能于一體。其中虛擬示波器可顯示各種波形，有X-T、X-Y、Bode圖三種顯示方式，并具有圖形和數(shù)據(jù)存儲、打印的功能，而VBScript腳本編程器提供了一個開放的編程環(huán)境，用戶可在上面編寫各種算法及控制程序。實驗臺通過電路單元模擬控制工程中的各種典型環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)，并對控制系統(tǒng)進行仿真研究，使學(xué)生通過實驗對控制理論及計算機控制算法有更深一步的理解,并提高分析與綜合系統(tǒng)的能力。同時通過對本實驗裝置中四個實際被控對象的控制，使學(xué)生熟悉各種算法在實際控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。在實驗設(shè)計上，控制理論既有模擬部分的實驗，又有離散部分實驗；既有經(jīng)典理論實驗，又有現(xiàn)代控制理論實驗；而計算機控制系統(tǒng)除了常規(guī)的實驗外，還增加了當前工業(yè)上應(yīng)用廣泛、效果卓著的模糊控制、神經(jīng)元控制、二次型最優(yōu)控制等實驗。數(shù)據(jù)采集部分則采用實驗室或工業(yè)上常用的USB數(shù)據(jù)采集卡。它可直接插在IBM-PC/AT或與之兼容的計算機USB通訊□匕其采樣頻率為350K；有16路單端A/D模擬量輸入，轉(zhuǎn)換精度均為14位；4路D/A模擬量輸出，轉(zhuǎn)換精度均為12位；16路開關(guān)量輸入，16路開關(guān)量輸出。第二節(jié)硬件的組成及使用一、直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源主要用于給實驗平臺提供電源。有±5V/0.5A、+15V/0.5A及+24V/1.0A五路，每路均有短路保護自恢復(fù)功能。它們的開關(guān)分別由相關(guān)的鈕子開關(guān)控制，并由相應(yīng)發(fā)光二極管指示。其中+24V主用于溫度控制單元和直流電機單7Uo實驗前，啟動實驗平臺左側(cè)的空氣開關(guān)和實驗臺上的電源總開關(guān)。并根據(jù)需要將±5V、±15V、+24V鈕子開關(guān)拔到“開”的位置。實驗時，通過2號連接導(dǎo)線將直流電壓接到需要的位置。二、低頻函數(shù)信號發(fā)生器低頻函數(shù)信號發(fā)生器由單片集成函數(shù)信號發(fā)生器專用芯片及外圍電路組合而成，主要輸出有正弦信號、三角波信號、方波信號、斜坡信號和拋物線信號。輸出頻率分為Tl、T2、T3、T4四檔。其中正弦信號的頻率范圍分別為0.1Hz?3.3Hz、2.5Hz?86.4Hz、49.8Hz?1.7KHz、700Hz?lOKHz三檔，Vp_p值為16V。使用時先將信號發(fā)生器單元的鈕子開關(guān)拔到“開”的位置，并根據(jù)需要選擇合適的波形及頻率的檔位，然后調(diào)節(jié)“頻率調(diào)節(jié)”和“幅度調(diào)節(jié)”微調(diào)電位器，以得到所需要的頻率和幅值，并通過2號連接導(dǎo)線將其接到需要的位置。三、鎖零按鈕鎖零按鈕用于實驗前運放單元中電容器的放電。當按下按鈕時，通用單元中的場效應(yīng)管處于短路狀態(tài)，電容器放電，讓電容器兩端的初始電壓為0V；當按鈕復(fù)位時，單元中的場效應(yīng)管處于開路狀態(tài)，此時可以開始實驗。四、階躍信號發(fā)生器階躍信號發(fā)生器主要提供實驗時的階躍給定信號，其輸出電壓范圍為-10?+10V,正負檔連續(xù)可調(diào)。使用時根據(jù)需要可選擇正輸出或負輸出，具體通過“階躍信號發(fā)生器”單元的拔動開關(guān)來實現(xiàn)。當按下自鎖按鈕時，單元的輸出端輸出一個可調(diào)（選擇正輸出時，調(diào)RP1電位器；選擇負輸出時，調(diào)RP2電位器）的階躍信號（當輸出電壓為IV時，即為單位階躍信號），實驗開始；當按鈕復(fù)位時，單元的輸出端輸出電壓為0V。注：單元的輸出電壓可通過實驗臺上的直流數(shù)字電壓表來進行測量。五、低頻頻率計低頻頻率計是由單片機89C2051和六位共陰極LED數(shù)碼管設(shè)計而成的，具有輸入阻抗大和靈敏度高的優(yōu)點。其測頻范圍為：O.lHz-lO.OKHzo低頻頻率計主要用來測量函數(shù)信號發(fā)生器或外來周期信號的頻率。使用時先將低頻頻率計的電源鈕子開關(guān)拔到“開”的位置，然后根據(jù)需要將測量鈕子開關(guān)拔到“外測”（此時通過“輸入”或“地”輸入端輸入外來周期信號）或“內(nèi)測”（此時測量低頻函數(shù)信號發(fā)生器輸出信號的頻率）。另外本單元還有一個復(fù)位按鈕，以對低頻頻率計進行復(fù)位操作。注：將“內(nèi)測/外測"開關(guān)置于''外測"時，而輸入接口沒接被測信號時，頻率計有時會顯示一定數(shù)據(jù)的頻率，這是由于頻率計的輸入阻抗大，靈敏度高，從而感應(yīng)到一定數(shù)值的頻率。此現(xiàn)象并不影響內(nèi)外測頻。六、交/直流數(shù)字電壓表交/直流數(shù)字電壓表有三個量程，分別為200mV、2V、20Vo當自鎖開關(guān)不按下時，它作直流電壓表使用，這時可用于測量直流用壓；當自鎖開關(guān)按下時，作交流毫伏表使用，它具有頻帶寬（10Hz?400kHz）、精度高（±5%。）和真有效值測量的特點，即使測量窄脈沖信號，也能測得其精確的有效值，其適用的波峰因數(shù)范圍可達到10。七、通用單元電路通用單元電路具體見實驗平臺所示“通用單元電路**”單元、”帶調(diào)零端的運放單元”“反相器單元”和“無源元件單元”。這些單元主要由運放、電容、電阻、電位器和一些自由布線區(qū)等組成。通過接線和短路帽的選擇，可以模擬各種受控對象的數(shù)學(xué)模型，主要用于比例、積分、微分、慣性等電路環(huán)節(jié)的構(gòu)造。一般為反向端輸入，其中電阻多為常用阻值51k、100k、200k、510k；電容多在反饋端，容值為0.1uF>luF.10uF,其中通用單元電路二、三、九反向輸入端有0.1uF電容，通用單元電路八反向輸入端有4.7uF電容，可作帶微分的環(huán)節(jié)。以通用單元為例，現(xiàn)在搭建一個積分環(huán)節(jié)，比例常數(shù)為1s。我們可以選擇常用元件100k,10uF,T=lkX10uF=ls,其中通用單元電路二是滿足要求的，把對應(yīng)100k和10uF的插針使用短路帽連接起來，鎖零按鈕按下去先對電容放電，然后用二號導(dǎo)線把正單位階躍信號輸入到積分單元的輸入端，積分電路的輸出端接入反向器單元，保證輸入、輸出方向的一致性。觀察輸出曲線，其具體電路如下圖所示。八、非線性單元由兩個含有非線性元件的電路組成，一個含有雙向穩(wěn)壓管，另一個含有兩個單向二極管并且需耍外加正負15伏直流電源，可研究非線性環(huán)節(jié)的靜態(tài)特性和非線性系統(tǒng)。其中10k、47k電位器由電位器組單元提供。例如47k電位器，既可由一號導(dǎo)線連接也可由二號導(dǎo)線連接電位器單元組中的可調(diào)電位器兩個端點。R:Di200K-ER:Di200K-E以連接死區(qū)非線性環(huán)節(jié)為例，輸入端與正電源端、輸入端與負電源端分別為兩個10k可調(diào)電位器的固定端，分別用導(dǎo)線連接：正電源所連電位器的可調(diào)端與D1相連，另一個可調(diào)端與D2相連。然后使用低頻函數(shù)信號發(fā)生器輸出10Hz\l6V的正弦波，用導(dǎo)線連接到非線性環(huán)節(jié)的輸入端。實驗前斷開電位器與電路的連線，用萬用表測量R的阻值，然后再接入電路中。九、零階保持器零階保持器為實驗主面板上U3單元。它采用“采樣-保持器''組件LF398,具有將連續(xù)信號離散后的零階保持器輸出信號的功能，其采樣頻率由外接的方波信號頻率決定。使用時只要接入外部的方波信號及輸入信號即可。十、數(shù)據(jù)采集接口單元數(shù)據(jù)采集卡采用THBXD,它可直接插在IBM-PC/AT或與之兼容的計算機內(nèi)，其采樣頻率為350K；有16路單端A/D模擬量輸入，轉(zhuǎn)換精度均為14位；4路D/A模擬量輸出，轉(zhuǎn)換精度均為12位；16路開關(guān)量輸入，16路開關(guān)量輸出。接口單元則放于實驗平臺內(nèi)，用于實驗平臺與PC上位機的連接與通訊。數(shù)據(jù)采集卡接口部分包含模擬量輸入輸出(AI/AO)與開關(guān)量輸入輸出(DI/DO)兩部分。其中列出AI有4路，AO有2路，DI/DO各8路。使用虛擬示波器觀察?個模擬信號，可以用導(dǎo)線直接連接到接口中AD端(其中AD3和AD4兩輸入端有跟隨器輸入，而AD1和AD2通道沒有，用戶實驗時可根據(jù)情況選擇使用，但在選擇AD3和AD4通道時，兩個通道必須均有電信號輸入，不能有懸空)；若使用采集卡中的信號源，用DA輸出(即實驗中我們通常將信號輸入到AD1端，軟件內(nèi)部信號DA1輸出)。十一、實物實驗單元包括溫度控制單元、直流電機單元和步進電機單元，主要用于計算機控制技術(shù)實驗中，使用方法詳見實驗指導(dǎo)書。

第二章THBDC-1軟件安裝及使用說明第一節(jié)THBDC-1軟件安裝說明一、運行環(huán)境項目描述CPUP4(2.2G)以上內(nèi)存256M以上硬盤不限USB支持USB1.1最好USB2.0操作系統(tǒng)Windows2000最好WinXP顯示設(shè)備17寸顯卡要求64M以上二、軟件安裝首先從提供的光盤上安裝USB驅(qū)動程序及應(yīng)用軟件，USB驅(qū)動程序安裝和普通USB驅(qū)動安裝沒有分別。這里就簡單說明下,首先插入USB線，系統(tǒng)就會自動提示安裝，如下圖：選擇“從列表或指定位置安裝”。點擊下一步，如下圖:

接到■的愛件向?qū)уσ莶镜诘牧杷睾桶惭b逵『?r班里可稱動言體郎姿.E-怖m(xù)jjp企曜黎中包括這個位置⑼)r：g-5d￡?，t*zd>3，C,/▼],?,?丁宴厚素.氯要自己逢將要安然的芟動程序?IgdBS不龍保證亳所送春的驅(qū)《上一步0)|下一步08)>|取清|選擇“不要搜索，我要自己選擇安裝的驅(qū)動程序”，點擊下一步，如下:點擊從磁盤安裝，出現(xiàn)下圖:找翎?的"件向s逸舞饕為此硬件安裝的設(shè)備器動總序F:：|：||接著點擊“瀏覽”，從磁盤或桌面上找到要安裝的驅(qū)動程序UsbCard.inf,n如下圖:按上圖點擊“打開”，接著如下圖:在上圖中點擊“確定”，出現(xiàn)如F圖:點擊"下一步"，出現(xiàn)下圖:點擊“仍然繼續(xù)”，出現(xiàn)下圖:點擊“完成”，即USB驅(qū)動程序安裝完畢。注：Usb驅(qū)動的安裝方法對于不同的系統(tǒng)可能有不同的方法。Usb驅(qū)動安裝好之后，接下來安裝“THBDC-1”軟件安裝本軟件雙擊setup,exe即進行安裝。出現(xiàn)如下畫面.：（圖1）（圖2）

（圖3）（圖4）安裝過程中盡量采用默認安裝，安裝完成之后即點擊關(guān)閉之后，會在桌面上顯示一個快捷方式如下圖6。THBDC-1系統(tǒng)如果提示需要而新啟動電腦，請保存好各類文檔，然后重新啟動。第二節(jié)THBDC-1軟件的使用說明一、THBDC-1軟件在桌面上雙擊快捷方式打開軟件界面"THBDC-1",或從開始菜單程序處找到"THBDC-1"單擊它。飛文也Q)口iSUitS)?uo_s&eddxsMOPU_M/"7運行?飛文也Q)口iSUitS)?uo_s&eddxsMOPU_M/"7運行?…如果USB采集卡驅(qū)動沒有裝好或者usb線沒有連接，啟動時都會彈出警告對話框如下圖。用戶先點擊確定，然后檢查驅(qū)動安裝步驟是否正確及usb線的兩頭是否連上，檢查無誤再重新啟動。如果安裝無誤，點擊"THBDC-1"則會打開登入窗口，如卜圖:用戶先正確填寫自己的姓名，學(xué)號，填好后點擊''確定”。（注釋：在登入窗口填寫的姓名和學(xué)號，會在報告生成器中自動生成相應(yīng)的姓名和學(xué)號，無法重新改寫，所以在做要提交實驗報告的的實驗時，一定要在登入窗口中正確填寫姓名和學(xué)號，以免實驗重做）。點擊“確定”，進入如下界面：示波器窗口示波器窗口點擊放大上圖，圖中最上面是各類菜單，其下是工具快捷方式。左邊欄是示波器顯示窗口，右面是參數(shù)和操作區(qū)，下面是狀態(tài)顯示窗口，用戶可以通過菜單，工具快捷按鈕，操作區(qū)按鈕，完成對虛擬示波器的控制。初步了解了軟件界面的情況之后，我們就可以開始實驗操作了。一、系統(tǒng)從菜單的"系統(tǒng)嚇面找到"開始采集"界面如下圖：

開始采集前如想設(shè)置AD采用頻率等參數(shù)，可以在控制區(qū)操作。AD數(shù)據(jù)緩存設(shè)置，可以在“系統(tǒng)”下找到“緩存設(shè)置”，彈出如下對話框：Urb數(shù)據(jù)長度——USB每次請求包的長度（最小64,最大2048,要求必須是64的整數(shù)倍）。（默認值是1024）一般不需要設(shè)置，在采用頻率很低時,該值可以調(diào)低到512,256等合適的值，注意：只有系統(tǒng)停止采集狀態(tài)時才允許緩存設(shè)置。緩存數(shù)據(jù)長度——每次送入示波器的數(shù)據(jù)長度（必須大于等于Urb數(shù)據(jù)長度，最大819200,要求是偶數(shù)）。緩存數(shù)據(jù)長度將影響示波器的數(shù)據(jù)刷新快慢,即緩存越長示波器刷新的越慢，反之亦然。默認值是4096,可以適當設(shè)置。信號發(fā)生器一信號發(fā)生器能夠產(chǎn)生周期正弦波，方波，三角波，鋸齒波,在產(chǎn)生波形前選擇好“信號類型”，“信號頻率”，“信號幅值”，“占空比”，“零電位偏移量”等參數(shù)，然后點擊“啟動”按鈕后就可通過采集卡的DA1通道輸出波形。頻率在20Hz以下.信號發(fā)生器窗口如下圖：

AD/DA實驗——數(shù)據(jù)采集卡采用“THBXD”USB卡，該卡在進行A/D轉(zhuǎn)換實驗時，輸入電壓與二進制的對應(yīng)關(guān)系為：-10?10V對應(yīng)為0?16383（A/D轉(zhuǎn)換為14位）。其匚T0V為8192o其主要數(shù)據(jù)格式如下表所示（采用雙極性模擬輸入）：輸入AD原始碼（二進制）AD原始碼（十六進制）求補后的碼（十進制）正滿度011111111111111FFF16383正滿度一1LSB011111111111101FFE16382中間值（零點）0000000000000000008192負滿度+1LSB1000000000000120011負滿度1000000000000020000而DA轉(zhuǎn)換時的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系為：-5?5V對應(yīng)為0?4095（D/A轉(zhuǎn)換為12位）,其數(shù)據(jù)格式（雙極性電壓輸出時）為:輸入D/A數(shù)據(jù)編碼正滿度111111111111正滿度一1LSB111111111110中間值（零點）100000000000負滿度+1LSB000000000001負滿度000000000000如下圖：在做AD轉(zhuǎn)換實驗時，輸入電壓為TOV,AD欄二進制值顯示10000000000000,十進制顯示0；輸入0V時,AD欄二進制值顯示00000000000000,十進制顯示8192；輸入電壓為+10,AD欄二進制值顯示01111111111111,十進制顯示16383。做DA轉(zhuǎn)換試驗時，十進制欄輸入4095,二進制欄輸出111111111111,波形處于+5V位

置。十進制欄輸入2048,二進制欄輸出100000000000,波形處于0V位置。十進制欄輸入0，二進制欄輸出000000000000,波形處于-5V位置。Matlab仿真——在傳遞函數(shù)G（S）后的表達式中填寫好傳遞函數(shù)的參數(shù)后（可參照實例函數(shù)的樣式），選好“仿真模式”（有四種模式：X-T仿真，Bode圖仿真，根軌跡仿真，極坐標仿真）后，點擊“執(zhí)行”后，通過MATLAB的后臺數(shù)據(jù)處理，等待幾秒鐘后將會在右邊的圖形框中顯現(xiàn)此函數(shù)仿真的波形，供用戶參考。如下圖：（注釋：用戶在用BodcChart軟件做幅頻特性實驗時，手動采集擬合后的波形圖可以和Matlab訪真來對比）Bode圖實驗——單擊此按鈕，可以直接調(diào)出做幅頻特性的Bode圖軟件。如下2圖:Bode圖軟件如下:腳本編程——1.運行THBDCT軟件，并選擇菜單中的系統(tǒng)一腳本編程，即可打開腳本編程器，如下圖所示:(1)點擊“文件”->“新建”，用戶可以在文本框內(nèi)編寫新的算法代碼；(2)點擊“文件”->“打開”，用戶可以在文本框內(nèi)按照一定路徑打開已有的算法代碼；(3)點擊“文件”->“保存”，用戶可以將新的算法代碼按一定的路徑保存起來;(4)在“編輯”下有撤消.復(fù)制,剪切,粘貼的功能,這里不做具體說明；(5)點擊“調(diào)試”->“啟動”，運行程序，并在示波器上輸出波形；(6)點擊“調(diào)試”->“停止”，停止運行程序.(7)點擊“調(diào)試”->“步長設(shè)置”，將彈出一個對話框,可以設(shè)置步長.如下圖：(8)在“語言”菜單下，有兩中語言函數(shù)可以利用的.具體的如下第八，第九大條.下面是具體的實驗：.使用導(dǎo)線，連接數(shù)據(jù)采集接口的AD1和DA1；并使用腳本編程器打開計算機控制算法VBS—基本波形中的正弦波腳本；且在腳本編程器的菜單語言選擇VBScripto.將AD參數(shù)設(shè)置為：通道1,IKHz,并開始采集數(shù)據(jù)；打開腳本編程器的調(diào)試菜單的啟動菜單，運行腳本。即THBDCT虛擬示波器上觀察到輸出的正弦波。如下圖：.波形采集完成后，可選擇腳本編程器調(diào)試菜單中的停止菜單，停止腳本輸出。注意：腳本編程器可通過修改調(diào)試菜單中的步長設(shè)置，修改單步步長；本腳本編程楷支持VBScript和JScript,其中JScript的操作步驟和VBScript相似。報告生成器——做實驗時如果采用登陸模式，在上面就會顯示對應(yīng)的學(xué)號、姓名(此姓名，學(xué)號是不可以更改的)，在寫實驗報告中如果要用到實驗中的當前波形圖，可以在對應(yīng)參數(shù)區(qū)填入與當前實驗相對應(yīng)的參數(shù),然后點擊“保存當前實驗波形”，如果還要保存其他實驗波形的話，可以繼續(xù)實驗，同樣在對應(yīng)參數(shù)區(qū)填入對應(yīng)參數(shù)，然后點擊“保存當前實驗波形”，實驗完成后在報告生成器窗口中填寫實驗類別、實驗名稱、實驗?zāi)康?、實驗討論結(jié)果和學(xué)生所在班級,所有填寫完之后點擊“報告生成”，按一定的路徑及以的格式來保存報告。如果只要交電子稿，就以文件的形式發(fā)送到老師指定的路徑文件中，如果要打印提交的話，可以直接雙擊打開這份報告，在word中打印實驗報告。此報告生成器還有兩個功能：一是點擊“插入其他位圖波形”，可以插入其他波形與當前實驗波形相比較：二是點擊“可插入算法原代碼”，可插入當前實驗算法的原代碼，以便與實驗相對照。（工具欄有快捷方式）如下2個圖：（注：在安裝office2003時，一定要選擇完全安裝，切記不要選擇典型安裝,否則不能生成報告）：| WifeSIK:|dw：? :? ：r

波形保存一一保存當前整個示波器窗口及波形，以Bitmap文件類型保存。如下圖：波形打印——如果用腦連了打印機的話，本軟件有宜接打印的功能，可以直接打印出當前的主界面。在工具快捷欄也有打印機的圖標，如下圖：退出——實驗完之后退出當前主界面。

二、示波器下的按鈕功能1、幅值自動選擇（點擊一下，同時會出現(xiàn)表示符“ 表示已經(jīng)選上）：調(diào)整示波器窗口始終隨著波形的幅值滿屏顯示。取消（在選上的基礎(chǔ)上在點擊下，同時表示符消失，表示已取消）：取消自動調(diào)整，同時彈出對話框，設(shè)置最大，最小顯示幅值。如下圖：2、時基自動選擇：調(diào)整示波器窗口始終隨著波形的時間滿屏顯示；取消：取消自動調(diào)整。

3、暫停顯示選擇：暫停顯示；取消：取消自動調(diào)整。3、波形同步選擇：同步顯示波形(注要：只有波形模式在PlotX,Plot(X1,X2),Plot(X1+X2)種模式下有效，其它模式不起作用)；取消：取消同步顯示。

4、波形模式ChartX——單通道采集時，連續(xù)左移方式顯示波形，同時在工具快捷方式欄下方中央會顯示波形模式，如下圖；PlotX——單通道采第時，連續(xù)一屏一屏從左到有刷新顯示波形，此時波形顯示長度就是緩存數(shù)據(jù)長度;單通道同步顯示必須在此模式下，如下圖;

Chart(Xl,X2) 雙通道時，分別顯示。顯示原理同ChartX；Plot(Xl,X2)——雙通道時，分別顯示。顯示原理同PlotX；Chart(Xl+X2) 雙通道時，兩波形疊加顯示。顯示原理同ChartX；Plot(Xl+X2)——雙通道時，兩波形疊加顯示。顯示原理同PlotX；Plot(Xl,X2)——雙通道時，XI數(shù)值為時間軸，X2為幅值軸。顯示原理同PlotX；AmpSpectrum(幅值譜) 信號的不同頻率的幅度在頻率序列上的表示,(注:一個方波信號)如下圖：PowerSpectrum(功率譜) 以F(t)為電壓在1歐姆電阻上不同頻率上能量消耗的分布。同時快捷工具欄下方中央會顯示波形模式，(注：接一個方波信號)如下圖；

5、波形操作XY軸放大——在此操作模式下，可以任意放大鼠標選定的矩形波形窗口到滿屏.此按鈕在工具快捷方式欄也有顯示，如下圖：X軸放大——在此操作模式下，可以任意放大鼠標選定的時間軸區(qū)域波形到滿屏。如下圖:

Y軸放大——在此操作模式下，可以任意放大鼠標選定的幅值軸區(qū)域波形到滿屏。如下圖:波形抓取——在此抄做模式下，可以抓取當前實驗波形.如下圖:

十字跟蹤——在此操作模式下，示波器會彈出兩跟蹤線。用戶可以用鼠標拖動跟蹤線到指定的位置，狀態(tài)欄會實時顯示跟蹤線和波形交叉點的坐標位置。如下圖：6、線型/點型改變波形的形狀。即線型時連線顯示，點型時，點式顯示。7,波形復(fù)位復(fù)位放大縮小后的波形到原始狀態(tài)。8、基準復(fù)位復(fù)位控制區(qū)里的水平，基準按鈕到初始狀態(tài)。9、波形清除清除當前實驗波形，使得示波器窗口為空白，以便重新生成實驗波形。10、波形復(fù)制波形拷貝到粘貼板。三、工具快捷欄其余按鈕：如下圖“開始”相當于“開始采集”的功能:- —向二H--匹 K?*> --“暫?！薄巩斍安ㄐ螘簳r停下來時，以便進行測量觀察。要繼續(xù)使波形移動的話，可以點擊“開始”。

“停止”——使波形停止下來，重新開始實驗。開始“系統(tǒng)”下的“信號發(fā)生器”的工具快捷方式如下圖:開始“系統(tǒng)”下的“腳本編程”的工具快捷方式如下圖:菜單欄“示波器”下“時基自動”的工具快捷方式。如果按鈕陷下去,表示已在當前狀態(tài)。菜單欄“示波器”下“X-t”和“X-Y”的工具快捷方式。如果按鈕陷下去,表示已在當前狀態(tài)。在第七大條有具體實例。四、幫助菜單下實驗指導(dǎo)書一一本軟件直接提供了每個實驗的電子文檔，用戶在做實驗時，可以按照實驗指導(dǎo)書的步驟進行操作。如下兩圖：

試驗指導(dǎo)書包括了試驗?zāi)康模囼炘O(shè)備，試驗內(nèi)容，實驗結(jié)果等（注：工具欄有快捷式）：如下圖所示。軟件使用說明書——包括THBDC-1軟件安裝軟件使用說明書——包括THBDC-1軟件安裝和使用說明，及Bode圖軟件使用說明書。如卜2圖：-is-_■‘?EasnsM>>BID由■‘?EasnsM>>BID由￡>8BO幽?H*一SS? s.IsoKQ工?二。noocr健同度■U三e???■VAOM第一節(jié)THBDC1軟件安裝設(shè)明五、參數(shù)與操作區(qū)的一些按鈕功能通道選擇一選擇AD采集的通道（通道1為USB采集卡的1通道，通道1—2為USB采集卡的1和2通道，此時雙通道采集，每個通道的實際采樣頻率為設(shè)置采樣頻率的一半）。采樣頻率——設(shè)置采集卡的采樣頻率（注要：單位是K,即最小為1000Hz,最大可以達到250KHz）.采集卡的默認增益系數(shù)為1。分頻系數(shù)——波形在Chart模式時，可以任意調(diào)節(jié)采樣頻率。該原理是等間隔均勻丟棄數(shù)據(jù)點。也即相當于降低了采樣頻率，該功能特點是不需要停止采集，隨著滑動按鈕的調(diào)節(jié)，可以馬上看到調(diào)節(jié)結(jié)果。主要用在實驗時對象信號頻率很低，而實驗又需要顯示整個實驗波形過程，這時通過滑動按鈕可以調(diào)到合理的波形。（值1對應(yīng)無分頻，值20對應(yīng)每緩存長度數(shù)據(jù)只顯示1點）。窗口長度——調(diào)節(jié)Chart模式時的波形歷史數(shù)據(jù)長度?；鶞势揭埔豢梢赃壿嬙O(shè)置幅值的平移增量?雙通道采集時可以用來分段顯示波形。基準增益——可以邏輯設(shè)置幅值的比例系數(shù)。水平微調(diào)一開始測量之前，如果波形不在零點位置，可以調(diào)此微調(diào)，使波形處于零點位置。每一格代表0.01,調(diào)節(jié)范圍在-0.1到0.1共0.2的范圍。（注:此水平微調(diào)在窗口最大化時，才會顯示出來）六、狀態(tài)區(qū)的各欄注釋狀態(tài)欄第一格為系統(tǒng)運行狀況信息欄，第二欄為當前波形實時分析的頻率值（注要：雙通道時，是指第一通道波形的頻率），第三欄第四欄為卜字跟蹤時，跟蹤線XI與波形相交點的時基坐標值和幅值坐標值。第五欄和第六欄為卜字跟蹤時，跟蹤線X2與波形相交點的時基坐標值和幅值坐標值。第七欄第八欄為跟蹤線X2與跟蹤線XI的坐標值差，第九欄為|X2-X1|坐標值差的倒數(shù)。當X1X2剛好對應(yīng)一個波形時，該倒數(shù)即為該波形的頻率。七、工具欄中的X-t,X-Y的使用1、X-t的使用采用實驗臺上的通用實驗單元，組建一個慣性環(huán)節(jié)，如F圖所示：電路中的參數(shù)?。篟l=100K,R2=100K,Ro=200K,C=luF：將Ui端連接到階躍信號輸出端，U。端連接到數(shù)據(jù)采集口單元的AD1,且階躍信號的輸出幅值為2V；從開始菜單處打開軟件界面“THBDC-1”，打開后軟件界面如下圖所示：將窗口長度的指針移向大，點擊開始采集按鈕，并按下階躍按鈕，輸出2V的階躍信號，即可記錄如下圖所示：注意：在X-t視圖下，也可以采用雙通道觀察，具體操作步驟和單通道觀察實驗波形一致。2、X-Y的使用按照下圖所示，連接實驗電路:將r⑴連接到數(shù)據(jù)采集接口的AD1和低頻函數(shù)信號發(fā)生器的正弦波輸出端，c(t)端連接到數(shù)據(jù)采集接口的AD2o打開THBDC-1軟件，將AD參數(shù)設(shè)置為：通道選擇：通道(1?2),采樣頻率：50；點擊開始采集按鈕，并選擇菜單中的示波器選項一波形模式一ChartXY,打開函數(shù)信號發(fā)生器的開關(guān)，輸出正弦波，即可得到X?Y圖：八、VBScript函數(shù)說明.初始化函數(shù)：Initialize(arg)調(diào)用方法：subInitialize(arg).算法運行函數(shù)：TakeOneStep(arg)調(diào)用方法：subTakeOneStep(arg).退出函數(shù):Finalize(arg)調(diào)用方法：subFinalize(arg).模擬量輸出函數(shù)：WriteDatavoltage,channels調(diào)用方法：WriteData0,1；此函數(shù)表明模擬量輸出通道DA1輸出0V。.模擬量測量函數(shù)：ReadData(channe1s)調(diào)用方法：ReadData(1)；此函數(shù)表明模擬量采集通道為ADI。.數(shù)字量輸出函數(shù)：SetDOsign,channels調(diào)用方法：SetDOTURE,1；此函數(shù)表明數(shù)字量輸出D01為1；sign的狀態(tài)有TURE和FALSEo.轉(zhuǎn)速測量函數(shù)：GetFS調(diào)用方法：GetFS；此函數(shù)用于測量第一通道的輸入信號頻率。九、JScript函數(shù)說明.初始化函數(shù)：Initialize(arg)調(diào)用方法：functionInitialize(arg).算法運行函數(shù)：TakeOneStep(arg)調(diào)用方法：functionTakeOneStep(arg).退出函數(shù):Finalize(arg)調(diào)用方法：functionFinalize(arg).模擬量輸出函數(shù)：WriteData(voltage,channels)調(diào)用方法：WriteData(0,1)；此函數(shù)表明模擬量輸出通道DA1輸出0V。.模擬量測量函數(shù)：ReadData(channels)調(diào)用方法：ReadData(l)；此函數(shù)表明模擬量采集通道為AD1。.數(shù)字量輸出函數(shù)：SetDO(sign,channels)調(diào)用方法：SetDO(1,1)；此函數(shù)表明數(shù)字量輸出D01為1(TURE)；sign的狀態(tài)有1(TURE)和0(FALSE)兩種。.轉(zhuǎn)速測量函數(shù):GetFS調(diào)用方法：GetFS；此函數(shù)用于測量第一通道的輸入信號頻率。十、腳本編程流程圖

第三節(jié)Bode軟件的使用說明從開始菜單處找到"THBDC-l"9U。一至eddX善WM9U。一至eddX善WM打開Ofhcesns新建Office文目文檔(3ift>⑸iKfr(B)...打開軟件界面"BodeChart",還有一種打開方式是從THBDC菜單欄里面“系統(tǒng)今Bode圖實驗”打開，打開之后軟件界面如下圖所示。菜單欄狀態(tài)區(qū)

菜單欄狀態(tài)區(qū)如果USB采集卡驅(qū)動沒有裝好或者usb線沒有連接，啟動時都會彈M警告對話框如下圖所示。用戶最好關(guān)閉連接好后，再重新啟動。正確打開之后，先熟悉各個按鈕，如下介紹：一、在文件菜單下：重新實驗——如果實驗效果不好,或者參數(shù)設(shè)錯，可以點擊“重新實驗”，即重新開始，如下圖：波形打印——實驗完后，要打印此實驗結(jié)果，可以直接點擊“波形打印”。THBDC-1——點擊此按鈕，則將返回THBDC軟件的登入窗口。如下2圖:?wn?■E?wn?■E鬟錄姓名：I登錄字號：|確定| 取消|

退出——關(guān)閉當前窗口，退出Bode圖。二、在操作菜單下：折線生成一一在手動采集下，把所需點采完之后，點擊“折線生成”，則會把顯示區(qū)的點依次連接起來。（同時折線生成的快捷方式如卜.圖：）曲線擬合——按照所采集到的點，它會盡量的把這些點以光滑的曲線連接起來。波形拷貝——波形拷貝到粘貼板波形清除——清除此當前實驗波形，以便市新做實驗。坐標自動——調(diào)整幅頻特性窗口始終隨著波形的幅值滿屏顯示。波形恢復(fù)——復(fù)位放大縮小后的波形到原始狀態(tài)，如下圖:Q.MUMx**?MD關(guān)Hi)—MMt.HU* 'MBF K： 波形測量——在此操作模式下，示波器會彈出兩跟蹤線。用戶可以用鼠標拖動跟蹤線到指定的位置，狀態(tài)欄會實時顯示跟蹤線和波形交叉點的坐標位置。如下圖波形抓取——在此操作模式下，可以抓取當前實驗波形,如卜圖:三、狀態(tài)區(qū)的各欄注釋狀態(tài)欄第一欄為前波形實時分析的輸出頻率值，第二欄為當前波形測量頻率值,第三欄為角頻率即幅頻特性窗口的橫軸，第四欄為幅值比，第五欄為采集進度即用戶在做手動采集實驗時可以察看這欄，一般采集的最佳時間在“數(shù)據(jù)采集”的顯示百分比為70%?90%之間。第六欄第七欄為波形測量卜字跟蹤時，跟蹤線XI與波形相交點的時角頻率和幅值坐標值。初步了解了軟件界面的情況之后，下面進行實驗操作。實驗前請檢查：是否將實驗電路的輸入端和數(shù)據(jù)采集的A/D的第一通道并聯(lián)，并且連接到正弦波信號的輸出端。1、手動方式步驟如下：（1）點擊開始采集:開啟硬件數(shù)據(jù)的采集。（2）調(diào)節(jié)信號源到起始頻率，如0.2Hz,等待到信號源信號穩(wěn)定后，點擊手動單采，等待，軟件即會自動完成該頻率點的頻率，幅值比分析，并單點顯示在波形窗口上。（3）繼續(xù)增加調(diào)節(jié)信號源頻率（如0.3Hz）,等信號源信號穩(wěn)定后，點擊手動單采，等待，軟件即會自動完成該頻率點的頻率，幅值比分析，并單點顯示在波形窗口上。（4）繼續(xù)第2步驟，一直到關(guān)鍵頻率點都完成。（5）點擊停止采集，結(jié)束硬件采集任務(wù)。（6）點擊曲線擬合或者折線連接，完成波特圖的幅頻特性圖。（7）保存波形到畫圖板或者直接打印，即完成實驗。

下面舉例說明手動測量：(1)按照下圖所示，連接實驗電路:具體的實驗參數(shù)如圖所示，并將低頻函數(shù)信號發(fā)生器的輸出端連接到電路的r(t)端，地與實驗臺的地線連接起來，數(shù)據(jù)采集接口單元的AD1端連接到電路的《t)端。并將波形選擇為正弦波輸出，Vp-p為8V,頻段選擇為fl,(2)運行BodeChart軟件，并設(shè)置AD配置參數(shù)：通道號：通道(1-2),采樣頻率：1000；(3)等待輸出波形穩(wěn)定，一般采集進度處于50%左右；點擊手動單采按鈕,并等待波形的采集完成。

(4)市復(fù)步驟3,多次增大函數(shù)信號發(fā)生器的輸出波形頻率，并采集不同頻率點的Bode圖相關(guān)參數(shù)。(5)在輸出頻率大于2Hz,先點擊停止采集按鈕，修改采樣頻率為5000；修改完畢后，點擊開始采集按鈕，繼續(xù)單點采集數(shù)據(jù)。最后可得實驗曲線。如下圖所示：注意事項：1、實驗前請檢查：是否將實驗電路的輸入端和數(shù)據(jù)采集的A/D的第?通道并聯(lián)，并且連接到正弦波信號的輸出端。2、正弦波信號采用0.2Hz?100Hz,且Vp-p為8.0?9.5V。3、點擊“手動單采”按鈕最佳時間為“數(shù)據(jù)采集”的顯示百分比為70%~90%之間。4、修改采樣頻率時，先點擊“停止采集"按鈕，修改采樣頻率后，點擊“開始采集”鈕，繼續(xù)測量Bode圖的關(guān)鍵點；5、正弦波的頻率與采樣頻率的關(guān)系如下：6、正弦波的頻率低于1Hz的時，采樣頻率為1000Hz；正弦波的頻率在1Hz到10Hz的時，采樣頻率為5000Hz；正弦波的頻率在10HzJlJ100Hz的時，采樣頻率為50000Hz。第三章計算機控制技術(shù)實驗實驗一A/D與D/A轉(zhuǎn)換一、實驗類型：驗證性實驗。二、實驗?zāi)康?通過實驗了解實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與使用方法。.通過實驗了解模擬量通道中模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)方法。三、實驗內(nèi)容.輸入一定值的電壓，測取模數(shù)轉(zhuǎn)換的特性，并分析之。.在上位機輸入一12位的二進制代碼，完成通道的數(shù)模轉(zhuǎn)換實驗。四、實驗要求熟悉THBDC-1型控制理論?計算機控制技術(shù)實驗臺的硬件和軟件系統(tǒng)。能自行設(shè)計并實現(xiàn)模擬量輸入通道和輸出通道。熟悉軟件編程環(huán)境和編程語言。五、實驗儀器設(shè)備THBDC-1型控制理論?計算機控制技術(shù)實驗臺。THBXD數(shù)據(jù)采集卡一塊（含37芯通信線、16芯排線和USB電纜線各1根）。PC機1臺（含上位機軟件“THBDC-1”）?六、預(yù)習(xí)要求實驗前學(xué)生必須自學(xué)有關(guān)儀器設(shè)備的使用方法及工作原理，明確實驗內(nèi)容及實驗?zāi)康?，須持實驗預(yù)習(xí)報告后，方可進入實驗室進行實驗。七、實驗步驟.啟動實驗臺的“電源總開關(guān)”，打開±5、+15V電源。將“階躍信號發(fā)生器”單元輸出端連接到“數(shù)據(jù)采集接口單元”的“AD1”通道，同時將采集接口單元的“DA1”輸出端連接至IJ接口單元的“AD2”輸入端。2、將“階躍信號發(fā)生器”的輸入電壓調(diào)節(jié)為IVo.啟動計算機，在桌面雙擊圖標“THBDC-1”軟件，在打開的軟件界面上點擊“開始采集”按鈕。.點擊軟件“系統(tǒng)”菜單下的“AD/DA實驗”，在AD/DA實驗界面上點擊“開始”按鈕，觀測采集卡上AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果，在輸入電壓為IV（可以使用面板上的直流數(shù)字電壓表進行測量）時應(yīng)為00001100011101（共14位，其中后幾位將處于實時刷新狀態(tài)）。調(diào)節(jié)階躍信號的大小，然后繼續(xù)觀察AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果，并與理論值（詳見本實驗附錄）進行比較。.根據(jù)DA轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換規(guī)律（詳見本實驗附錄），在DA部分的編輯框中輸入一組二進制代碼（共12位，itn：110100111011）,用萬用表或示波器測量采樣卡接口輸出端DA1的電壓值。6實驗結(jié)束后，關(guān)閉腳本編輯器窗口，退出實驗軟件。八、實驗報告要求.對于給定的電壓信號，記錄模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果，并進行結(jié)果分析。.對于輸入12位二進制信號，記錄數(shù)模轉(zhuǎn)換的結(jié)果，并分析之。九、思考題.模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器在控制系統(tǒng)中的作用有哪些？.模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器是否影響控制系統(tǒng)的精度？分析其原因？.標度變換在模擬量輸入通道中起什么作用？十、附錄.數(shù)據(jù)采集卡本實驗臺采用了THBXD數(shù)據(jù)采集卡。它是一種基于USB總線的數(shù)據(jù)采集卡，卡上裝有14Bit分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器和12Bit分辨率的D/A轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換器的輸入量程均為±10V、輸出量程均為±5V。該采集卡為用戶提供4路模擬量輸入通道和2路模擬量輸出通道。其主要特點有：1）支持USB1.1協(xié)議，真正實現(xiàn)即插即用2）400KHzl4位A/D轉(zhuǎn)換器，通過率為350K,12位D/A轉(zhuǎn)換器，建立時間10ys3）4通道模擬量輸入和2通道模擬量輸出8k深度的FIFO保證數(shù)據(jù)的完整性8路開關(guān)量輸入，8路開關(guān)量輸出.AD/DA轉(zhuǎn)換原理數(shù)據(jù)采集卡采用“THBXD”USB卡，該卡在進行A/D轉(zhuǎn)換實驗時，輸入電壓與二進制的對應(yīng)關(guān)系為：-10?10V對?應(yīng)為0?16383（A/D轉(zhuǎn)換為14位）。其中0V為8192o其主要數(shù)據(jù)格式如下表所示（采用雙極性模擬輸入）:輸入AD原始碼（二進制）AD原始碼（十六進制）求補后的碼（十進制）正滿度011111111111111FFF16383正滿度一1LSB011111111111101FFE16382中間值（零點）0000000000000000008192負滿度+1LSB1000000000000120011負滿度1000000000000020000而DA轉(zhuǎn)換時的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系為：-5?5V對應(yīng)為0?4095（D/A轉(zhuǎn)換為12位）,其數(shù)據(jù)格式（雙極性電壓輸出時）為:

輸入D/A數(shù)據(jù)編碼正滿度111111111111正滿度-1LSB111111111110中間值（零點）100000000000負滿度+1LSB000000000001負滿度000000000000.編程實現(xiàn)測試信號的產(chǎn)生利用上位機的“腳本編程器”可編程實現(xiàn)各種典型信號的產(chǎn)生，如正弦信號,方波信號，斜坡信號，拋物線信號等。其函數(shù)表達式分別為：1）正弦信號..z、f27ry=Asin(初+(p),T-——co2）方波0<t<T[T]<t<T3）斜坡信號卜04f<7；,a為常量[0Tt<t<T4）拋物線信號丫=g/ 04f<（，a為常量0 7；<t<T這里以拋物線信號為例進行編程，其具體程序如下:dimtx,op,a'初始化函數(shù)subInitialize(arg)，初始化函數(shù)WriteDataO,!，對采集卡的輸出端口DA1進行初始化tx=O‘對變量初始化endsubsubTakeOneStep(arg)，算法運行函數(shù)a=lop=0.5*a*tx*tx'0.1為時間步長tx=tx+0.1ifop>3then ，波形限幅tx=OendifWriteDataop,1 ，數(shù)據(jù)從采集卡的DAI端輸出endsubsubFinalize(arg) ，退出函數(shù)WriteData0,1endsub通過改變變量tx、a的值可改變拋物線的上升斜率。其它典型信號的編程請參考“THBDCJ”安裝目錄下的“計算機控制算法VBS\基本波形”目錄內(nèi)參考示例程序。實驗二數(shù)字濾波器一、實驗類型：驗證性實驗。二、實驗?zāi)康?熟悉并掌握THBDC-1型控制理論?計算機控制技術(shù)實驗平臺及上位機軟件的使用方法。.通過實驗熟悉數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法。.研究濾波器參數(shù)的變化對濾波性能的影響。三、實驗內(nèi)容.設(shè)計一個帶尖脈沖(頻率可變)干擾信號和正弦信號的模擬電路。.設(shè)計并調(diào)試一階數(shù)字濾波器。.設(shè)計并調(diào)試高階數(shù)字濾波器。四、實驗原理.在許多信息處理過程中，如對信號的濾波，檢測，預(yù)測等都要廣泛地用到濾波器。數(shù)字濾波器是數(shù)字信號處理中廣泛使用的一種線性環(huán)節(jié)，它從本質(zhì)上說是將一組輸入的數(shù)字序列通過一定規(guī)則的運算后轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪唤M希望輸出的數(shù)字序列。一般可以用兩種方法來實現(xiàn)：一種是用數(shù)字硬件來實現(xiàn)；另一種是用計算機的軟件編程來實現(xiàn)。一個數(shù)字濾波器，它所表達的運算可用差分方程來表示：N Ny(〃)=>/(〃-(〃一')1=0 1=0.一階數(shù)字濾波器及其數(shù)字化一階數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)為Gf(s)=±@=—!—X(s)ct+1利用一階差分法離散化，可以得到一階數(shù)字濾波器的算法：Ts Tsy(k)=—x(k)+(1 )y(k-1)r r其中Ts為采樣周期，r為濾波器的時間常數(shù)。Ts和T應(yīng)根據(jù)信號的頻譜來選擇。.高階數(shù)字濾波器高階數(shù)字濾波器算法很多，這里只給出一種加權(quán)平均算法：y(K)=Ax(K)+A2x(K-1)+A3x(K-2)+&x(K-3)其中權(quán)系數(shù)Aj滿足：Z4=1。同樣，4也根據(jù)信號的頻譜來選擇。/=1五、實驗要求熟悉THBDC-1型控制理論?計算機控制技術(shù)實驗臺的硬件和軟件系統(tǒng)。能自行設(shè)計濾波硬件電路系統(tǒng)，推導(dǎo)濾波算法的差分方程，并完成濾波算法的軟件編程和實現(xiàn)。六、實驗儀器設(shè)備THBDC-1型控制理論?計算機控制技術(shù)實驗臺。THBXD數(shù)據(jù)采集卡一塊（含37芯通信線、16芯排線和USB電纜線各1根）。PC機1臺（含上位機軟件“THBDC-1”）。七、預(yù)習(xí)要求實驗前學(xué)生必須自學(xué)有關(guān)儀器設(shè)備的使用方法及工作原理，明確實驗內(nèi)容及實驗?zāi)康?，須持實驗預(yù)習(xí)報告后，方可進入實驗室進行實驗。八、實驗步驟實驗接線及準備啟動計算機，在桌面雙擊圖標THBDC-1,運行實驗軟件。啟動實驗臺的“電源總開關(guān)”，打開±5、±15V電源。將低頻函數(shù)信號發(fā)生器單元輸出端連接到采集卡的“AD1”通道，并選擇方波輸出。在虛擬示波器觀測方波信號的頻率和幅值，然后調(diào)節(jié)信號發(fā)生器中的“頻率調(diào)節(jié)”和“幅度調(diào)節(jié)”電位器，使方波信號的頻率和幅值分別為4Hz,2Vo然后斷開與采集卡的連接，將低頻函數(shù)信號發(fā)生器單元輸出端連接到“脈沖產(chǎn)生電路”單元輸入端，產(chǎn)生一個尖脈沖信號Uoo按圖2-2連接電路，其中正弦信號來自數(shù)據(jù)采集卡的“DA1”輸出端，尖脈沖信號來自U1單元的輸出端。圖2-2的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的“AD1”輸入端相連,同時將數(shù)據(jù)采集卡的“DA2”輸出端與“AD2”輸入端相連。2、腳本程序運行 _點擊軟件工具欄上的“三卜按鈕（腳本編程器），打開腳本編輯器窗口。在腳本編輯器窗口的文件菜單下點擊“打開”按鈕，并在“計算機控制算法VBS\計算機控制技術(shù)基礎(chǔ)算法”文件夾下選中“數(shù)字濾波”腳本程序并打開，閱讀、理解該程序，然后點擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“步長設(shè)置”，將腳本算法的運行步長設(shè)為10mso點擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“啟動”，用雙蹤示波器分別觀察圖2-2的輸出端和數(shù)據(jù)采集卡輸出端“DA2”的波形。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器中的“頻率調(diào)節(jié)”電位器，改變方波信號的頻率（即尖脈沖干擾信號的頻率）。觀察數(shù)據(jù)濾波器的濾波效果。點擊腳本編輯器的調(diào)試菜單下“停止”，修改算法程序中的參數(shù)Ts（注：修改Ts時要同步修改算法的運行步長）、Ti兩個參數(shù)，然后再運行該程序，在示波器上再次觀察參數(shù)變化對濾波效果的影響。對于高階數(shù)字濾波器的算法編程實驗，請參考本實驗步驟2.2、2.3和2.4。不同的是打開的腳本程序文件名為“數(shù)字濾波（高階）”，實驗時程序可修改的參數(shù)為al、a2、皇和采樣時間Ts。實驗結(jié)束后，關(guān)閉腳本編輯器窗口，退出實驗軟件。九、實驗報告要求.畫出尖脈沖干擾信號的產(chǎn)生電路圖。.編寫一階數(shù)字濾波器的腳本程序。.繪制加數(shù)字濾波器前、后的輸出波形，并分析程序中參數(shù)的變化對其濾波效果的影響。十、思考題.軟件濾波和硬件濾波有什么區(qū)別和聯(lián)系？.為什么要使用軟件濾波？軟件濾波有哪些方法？都使用在什么樣的場合？.實現(xiàn)軟件濾波要注意哪些問題？H-一、附錄.尖脈沖干擾信號產(chǎn)生的模擬電路圖——~I——>0.01uFIDi10k口圖2-1尖脈沖產(chǎn)生電路通過改變方波信號的頻率，即可改變尖脈沖的頻率。.實驗電路的信號的產(chǎn)生把圖2-1產(chǎn)生的尖脈沖信號視為干擾信號，與一低頻正弦信號（由上位機的“腳本編輯器”編程輸出）輸入到圖2-2所示的兩個輸入端。200K 200K圖2-2測試信號的產(chǎn)生電路圖.一階數(shù)字濾波器的程序編寫與調(diào)試示例dimpv,op1,op2,Ts,t,opx,x,Ti ，變量定義

subInitialize(arg)WriteData0,1opx=0subInitialize(arg)WriteData0,1opx=0endsubsubTakeOneStep(arg)pv=ReadData(1)opl=2*sin(x)x=x+0.1Ti=0.02Ts=0.01op2=Ts/Ti*pv+(l-Ts/Ti)*opxopx=op2ifop2>=4.9thenop2=4.9endififop2<=-4.9thenop2=-4.9endifWriteDataopl,1WriteDataop2,2輸出，初始化函數(shù)，算法運行函數(shù)'采集卡通道1的測量值'正弦信號的產(chǎn)生，采樣時間10ms，一階數(shù)字濾波器的輸出，正弦信號從DA1端口輸出

，濾波后的信號從DA2端口，退出函數(shù)endsub，退出函數(shù)subFinalize(arg)WriteData0,1WriteData0,2endsub高階數(shù)字濾波器的編程請參考“THBDC-1”安裝目錄下的“計算機控制算法VBS\計算機控制技術(shù)基礎(chǔ)算法”目錄內(nèi)參考示例程序。實驗三離散化方法研究一、實驗類型：驗證性實驗。二、實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)并掌握數(shù)字控制器的設(shè)計方法；.熟悉將模擬控制器D(S)離散為數(shù)字控制器的原理與方法；.通過數(shù)?；旌蠈嶒灒瑢(S)的多種離散化方法作比較研究，并對D(S)離散化前后閉環(huán)系統(tǒng)的性能進行比較，以加深對計算機控制系統(tǒng)的理解。三、實驗內(nèi)容.按連續(xù)系統(tǒng)的要求，照圖3-1的方案設(shè)計一個與被控對象串聯(lián)的模擬控制器D(S),并用示波器觀測系統(tǒng)的動態(tài)特性。.利用實驗平臺，設(shè)計一個數(shù)一?；旌戏抡娴挠嬎銠C控制系統(tǒng)，并利用D(S)離散化后所編寫的程序?qū)ο到y(tǒng)進行控制。.研究采樣周期Ts變化時，不同離散化的方法對閉環(huán)控制系統(tǒng)性能的影響。4.對上述連續(xù)系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)的動態(tài)性能作比較研究。四、實驗原理由于計算機的發(fā)展，計算機及其相應(yīng)的信號變換裝置(A/D和D/A)取代了常規(guī)的模擬控制。在對■原有的連續(xù)控制系統(tǒng)進行改造時，最方便的辦法是將原來的模擬控制器離散化，其實質(zhì)是將數(shù)字控制部分(A/D、計算機和D/A)看成一個整體,它的輸入與輸出都是模擬量，因而可等效于一-個連續(xù)的傳遞函數(shù)D(S)。這樣，計算機控制系統(tǒng)可近似地視為以D(S)為控制器的連續(xù)控制系統(tǒng)。其中對D(S)常用的離散化方法有：1)階躍響應(yīng)不變法2)雙線性變換法3)后向差分變換法五、實驗要求設(shè)計連續(xù)控制器D(S),采用各種離散化方法進行離散化，并進行軟件編程和實現(xiàn)。六、實驗儀器設(shè)備THBDC-1型控制理論?計算機控制技術(shù)實驗臺THBXD數(shù)據(jù)采集卡一塊(含37芯通信線、16芯排線和USB電纜線各1根)PC機1臺(含上位機軟件“THBDC-1”)七、預(yù)習(xí)要求實驗前學(xué)生必須自學(xué)有關(guān)儀器設(shè)備的使用方法及工作原理，明確實驗內(nèi)容及實驗?zāi)康?，須持實驗預(yù)習(xí)報告后，方可進入實驗室進行實驗。八、實驗步驟1、實驗接線及準備按圖3-2連接一個二階被控對象的模擬電路。,用導(dǎo)線將該電路的輸入端連接到數(shù)據(jù)采集卡的“DA1”輸出端，電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的“AD1”輸入端相連。待檢查電路接線無誤后，打開實驗平臺的電源總開關(guān)，并按下鎖零按鈕使其處于“鎖零”狀態(tài)。2、腳本程序運行啟動計算機，在桌面雙擊圖標“THBDC-1”，運行實驗軟件。順序點擊虛擬示波器界面上的“開始采集卜'按鈕和工具欄上的“三卜按鈕（腳本編程器）。在腳本編輯器窗口的文件菜單下點擊“打開”按鈕，并在“計算機控制算法VBSVi+算機控制技術(shù)基礎(chǔ)算法\D（S）離散化方法研究”文件夾下選中“階躍響應(yīng)不變法”腳本程序并打開，閱讀、理解該程序，然后點擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“步長設(shè)置”，將腳本算法的運行步長設(shè)為100ms；點擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“啟動”；彈起鎖零按鈕使其處于“解鎖”狀態(tài)，用虛擬示波器觀察圖3-2輸出端的響應(yīng)曲線。結(jié)束本次實驗后按下鎖零按鈕使其處尸“鎖零”狀態(tài)。參考步驟2.3,用同樣的方法分別運行后向差分法和雙線性變換腳本程序，用虛擬示波器觀察圖3-2輸出端的響應(yīng)曲線。將采樣周期Ts減小或增大，重復(fù)步驟2.3和2.4,用虛擬示波器觀測采樣周期Ts的減小或增大對系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響。如系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，記下此時的采樣周期Ts和所采用的離散化方法。按圖3-3連接二階被控對象在加入模擬控制器（PID校正裝置）后的模擬電路，并在其輸入端輸入2V的階躍信號，然后觀察其響應(yīng)曲線，并與前面2.3和2.4步驟中采用數(shù)字控制器的實驗曲線相比較。實驗結(jié)束后，關(guān)閉腳本編輯器窗口，退出實驗軟件。注：為了更好的觀測實驗曲線，實驗時可適當調(diào)節(jié)軟件上的分頻系數(shù)（一般調(diào)至刻度2）和選擇"I"按鈕（時基自動），以下實驗相同。九、實驗報告要求.繪出實驗中二階被控對象在加入模擬控制器（PID校正裝置）前后的響應(yīng)曲線。.編寫數(shù)字控制器（階躍響應(yīng)不變法）的腳本程序。.繪出二階被控對象在采用數(shù)字控制器后的響應(yīng)曲線，并分析采樣周期Ts的63減小或增大對系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響。十、思考題.對比分析不同的離散化方法的區(qū)別與聯(lián)系？如何選擇不同的離散化方法設(shè)計數(shù)字式控制器？.什么情況下使用離散化方法來設(shè)計數(shù)字式控制器？.系統(tǒng)的采樣周期如何進行選擇，或者采用周期的選擇依據(jù)是什么？H■■一、附錄1.實驗系統(tǒng)的原理框圖、模擬電路圖、及設(shè)計要求1）實驗系統(tǒng)的原理框圖和二階被控對象的模擬電路圖如圖3-1與圖3-2所示。圖3-1二階對象的方框圖圖3-2二階對象的模擬電路圖實驗電路參考單元：U7、U102）系統(tǒng)性能指標要求系統(tǒng)的速度誤差系數(shù)K,>51/s,超調(diào)量410%,圖3-1二階對象的方框圖圖3-2二階對象的模擬電路圖實驗電路參考單元：U7、U102）系統(tǒng)性能指標要求系統(tǒng)的速度誤差系數(shù)K,>51/s,超調(diào)量410%,系統(tǒng)的調(diào)整時間（41s。據(jù)&,要求可得：limS―匕——=5，1。5(0.55+1)。=5G?(5)=10S(0.5S+l)S(S+2)令o（s）=立2,則校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)為S+。。(5)=5+2 1010S(S+2)S(S+a)S(S+2“)由上式得con—V10,2&“=a>取，則

V2。=2上加=4.47V2O(S)=S+O(S)=S+4.474.471+0.22sl+0.5s八.1+0.5sx =0.45x 1+0.22s所以校正后系統(tǒng)的模擬電路圖如下圖所示。圖3-3校正后二階系統(tǒng)的模擬電路圖D(S)=叢(1+R￡S)x22=1+065，為使校正后的K、=5，要求對象K由5增至/?,(\+R2C2S), 1+0.22510。Ri=500K,G=luF。里=0.45，R2=220K,G=1"FRi實驗電路參考單元：U8、U7、U9、UlkU142.D(S)的離散化算法圖34數(shù)一?；旌峡刂频姆娇驁D圖3-3中D(S)的離散化可通過數(shù)據(jù)采集卡的采樣開關(guān)來實現(xiàn)。傳遞函數(shù)與Z傳遞函數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換，可視為模擬濾波器與數(shù)字濾波器之間的轉(zhuǎn)換。常用的轉(zhuǎn)換方法有：a)階躍響應(yīng)不變法(或用脈沖響應(yīng)法)b)后向差分法c)雙線性變換1)階躍躍響應(yīng)不變法"(r)=L"s)]Su(kT)=us(kT)u(z)=Z[u(kT)]=Z[ux(kT)]“(AT)—數(shù)字濾波器在階躍作用下輸出響應(yīng)的“(kT)一模擬濾波器在階躍作用下輸出響應(yīng)的采樣值%(AT)

U(Z)Z[us(kT)]L)(Z)=——= ： E(Z) ]i1-z?” 1+0.55 1+0.5S 1 1.27vD(S)= >U(S)= =—+ 1+0.22S 5(1+0.225)SS+4.54"(fXl+l與eY54'] 1.27 _2.27-(1.27+1542-|"-1-z-1+l-e-454rz*'_(l-z^Xl-e-454^-1)據(jù)此得m-U(Z)-U(z)_2.27-(1.27+(1E(Z)- 1 -l-e454TZ-'1-z*1即U(k)=e<5"u(k-l)+2.27e(k)-(1.27+e-4547,)e(k-l)2)后向差分法令de(t)?e(k)-e(k-1),dt=T.de(t)e(k)-e(k-l)后向差分S與Z之間關(guān)系為S=L二一，代入D(S)表達式中得T1-Z-'始=O(Z)= T=IJ+0.5-0.5ZTE(Z)1+0.22且7+0221-^Z-T T+0.22于是得〃小 0.22〃八八T+0.5小 0.5 〃，、U(k)= U(k-1)+ e(k) e(k-\)3)雙線性變換T+0.22 T+0.22T4-0.223)雙線性變換由泰勒級數(shù)得65之1+工$,J5=1-二$2 2,-.Z?—^-nS=2x4^?或S=2x.1-4:代入D(s)得.TTZ+lT1+z*'1—-s221-Z-'D(Z)=亍XT^r=(1-ZT)+(1+ZT)T-l+0.22x2x!^>a^-)+0.44(l-Z-')T1+Z-'U(z)_ (1+T)-(1-7)ZT _ 1(l+n-Q-DZ-1E(z)一(0.44+T)-(0.44-T)Z-'-0.44+7*,0A4-T~0.44+Tnn 044-T 1+T \-T即u(k)=u(k-1)4- e(k)—-=—— -1)0.44+r0.44+T0.44+r實驗四數(shù)字PID調(diào)節(jié)器算法的研究一、實驗類型：設(shè)計性實驗。二、實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)并熟悉常規(guī)的數(shù)字PID控制算法的原理。.學(xué)習(xí)并熟悉積分分離PID控制算法的原理。.掌握具有數(shù)字P1D調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)的實驗和調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法。三、實驗內(nèi)容.利用本實驗平臺，設(shè)計并構(gòu)成一個用于混合仿真實驗的計算機閉環(huán)實時控制系統(tǒng)；.采用常規(guī)的PI和PID調(diào)節(jié)器，構(gòu)成計算機閉環(huán)系統(tǒng)，并對調(diào)節(jié)器的參數(shù)進行整定，使之具有滿意的動態(tài)性能；.對系統(tǒng)采用積分分離PID控制，并整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。四、實驗原理在工業(yè)過程控制中，應(yīng)用最廣泛的控制器是PID控制器，它是按偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）組合而成的控制規(guī)律。而數(shù)字PID控制器則是由模擬PID控制規(guī)律直接變換所得。在PID控制規(guī)律中，引入積分的目的是為了消除靜差，提高控制精度，但系統(tǒng)中引入了積分，往往使之產(chǎn)生過大的超調(diào)量，這對某些生產(chǎn)過程是不允許的。因此在工業(yè)生產(chǎn)中常用改進的PID算法，如積分分離PID算法，其思想是當被控量與設(shè)定值偏差較大時取消積分控制；當控制量接近給定值時才將枳分作用投入，以消除靜差，提高控制精度。這樣，既保持了積分的作用，又減小了超調(diào)量。五、實驗儀器設(shè)備THBDC-1型控制理論?計算機控制技術(shù)實驗臺。THBXD數(shù)據(jù)采集卡一塊（含37芯通信線、16芯排線和USB電纜線各1根）。PC機1臺（含上位機軟件“THBDC-1"）.六、實驗要求連續(xù)PID控制算式離散化，編寫PID控制程序，實現(xiàn)控制算法，并研究PID算法中各個參數(shù)的整定。實現(xiàn)控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分別為無振蕩哀減、振蕩衰減、等幅振蕩以及發(fā)散振蕩。七、預(yù)習(xí)要求實驗前學(xué)生必須自學(xué)有關(guān)儀器設(shè)備的使用方法及工作原理，明確實驗內(nèi)容及實驗?zāi)康?，須持實驗預(yù)習(xí)報告后，方可進入實驗室進行實驗。八、實驗報告要求.繪出實驗中二階被控對象在各種不同的PID控制下的響應(yīng)曲線。.編寫積分分離PID控制算法的腳本程序。.分析常規(guī)PID控制算法與積分分離PID控制算法在實驗中的控制效果。九、思考題.PID控制算式中的各個參數(shù)對控制效果有什么影響？.不同的PID控制算法之間有什么區(qū)別和聯(lián)系？.PID控制算法在實際應(yīng)用中要注意哪些問題？.如何進行PID控制參數(shù)的整定？十、附錄1.被控對象的模擬與計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成圖4-1數(shù)-?；旌峡刂葡到y(tǒng)的方框圖圖中信號的離散化通過數(shù)據(jù)采集卡的采樣開關(guān)來實現(xiàn)。被控對象的傳遞函數(shù)為：10 5Cj(3)= —(s+l)(s+2)(j+1)(0.554-1)它的模擬電路圖如下圖所示圖4-2被控二階對象的模擬電路圖實驗電路參考單元：U7、U10.常規(guī)PID控制算法常規(guī)P1D控制位置式算法為〃⑹=kp{e⑹+J/⑴+ ⑹一e(k-1)]}對應(yīng)的Z傳遞函數(shù)為D(Z)=22=七 + Z-)E(Z)P'l-z~'式中Kp--比例系數(shù)Ki=K二枳分系數(shù)，T采樣周期pT.l=kn■微分系數(shù)pt其增量形式為“(A)=u(k-1)+Kp[e(k)-e(k-1)]+K,e(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)].積分分離PID控制算法系統(tǒng)中引入的積分分離算法時，枳分分離PID算法要設(shè)置分離閾Eo：當|e(kT)|《|Eo|時，采用PID控制，以保持系統(tǒng)的控制精度。當|e(kT)|>|氏|時，采用PD控制，可使bp減小。積分分離PID控制算法為：u(k)=K心*)+K?KjT)+K,Je(k)-e(k-1)式中(稱為邏輯系數(shù)：當|e(k)|W|E0|時，Ke=l當|e(k)|>|E0|時，Ke=O圖4-3上位機控制的方框圖圖中信號的離散化是由數(shù)據(jù)采集卡的采樣開關(guān)來實現(xiàn)。.數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定在模擬控制系統(tǒng)中，參數(shù)整定的方法較多，常用的實驗整定法有：臨界比例度法、階躍響應(yīng)曲線法、試湊法等。數(shù)字控制器參數(shù)的整定也可采用類似的方法，如擴充的臨界比例度法、擴充的階躍響應(yīng)曲線法、試湊法等。下面簡要介紹擴充階躍響應(yīng)曲線法。擴充階躍響應(yīng)曲線法只適合于含多個慣性環(huán)節(jié)的自平衡系統(tǒng)。用擴充階躍響應(yīng)曲線法整定P1D參數(shù)的步驟如下：①數(shù)字控制器不接入控制系統(tǒng)，讓系統(tǒng)處于開環(huán)工作狀態(tài)下，將被調(diào)量調(diào)節(jié)到給定值附近，并使之穩(wěn)定下來。②記錄被調(diào)量在階躍輸入下的整個變化過程，如下圖所示。

③在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時間T和被控對象時間常數(shù)Tx,以及它們的比值Tx/T然后查1r表確定控制器的Kp、K、人及采樣周期T。控制度控制律TKpTiTd1.05PI0.1T0.84Tx/t0.34t一PID0.05t1.15Tx/t2.0t0.45t1.2PI0.2t0.78Tx八3.6t—PID0.16t1.0Tx/t1.9t0.55t1.5PI0.5t0.68Tx/t3.9t—PID0.34t0.85Tx/t1.62t0.82t擴充階躍響應(yīng)曲線法通過測取響應(yīng)曲線的T、Tx參數(shù)獲得一個初步的PID控制參數(shù)，然后在此基礎(chǔ)上通過部分參數(shù)的調(diào)節(jié)（試湊）使系統(tǒng)獲得滿意的控制性能。實驗五串級控制算法的研究一、實驗類型：驗證性實驗。二、實驗?zāi)康?熟悉串級控制系統(tǒng)的原理，結(jié)構(gòu)特點：.熟悉并掌握串級控制系統(tǒng)兩個控制器參數(shù)的整定方法。三、實驗內(nèi)容.設(shè)計一個具有二階被控對象的串級控制系統(tǒng)，并完成數(shù)-?；旌戏抡妗?學(xué)習(xí)用逐步逼近法整定串級控制系統(tǒng)所包含的內(nèi)，外兩環(huán)中PI控制器的參數(shù)。四、實驗原理串級控制系統(tǒng)的主要特點是在結(jié)構(gòu)上有兩個閉環(huán)。位于里面的閉環(huán)稱為副環(huán)或副回路，它的給定值是主調(diào)節(jié)器的輸即副回路的輸出量緊跟隨著主調(diào)節(jié)器的輸出而變化。副回路的主要作用是：一、能及時消除產(chǎn)生在副回路中的各種擾動對主控參量的影響；二、增大了副對象的帶寬，從而加快了系統(tǒng)的響應(yīng)。在外面的那個閉環(huán)稱為主環(huán)或主回路,它的控制作用是不僅實現(xiàn)主控參量c⑴最終等于給定值r（t）,而且使at）具有良好的動態(tài)性能。圖5-1中信號的離散化是通過數(shù)據(jù)采集卡的采樣開關(guān)來實現(xiàn)的，5億）、D2（Z）是由計算機實現(xiàn)的數(shù)字調(diào)節(jié)器，而其控制規(guī)律用得較多的通常是PID調(diào)節(jié)規(guī)律。五、實驗要求設(shè)計串級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)離散化的串級控制算法，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分別為無振蕩衰減、振蕩哀減、等幅振蕩以及發(fā)散振蕩。六、實驗儀器設(shè)備THBDC-1型控制理論?計算機控制技術(shù)實驗臺THBXD數(shù)據(jù)采集卡塊（含37芯通信線、16芯排線和USB電纜線各1根）PC機1臺（含上位機軟件“THBDC-1”）七、預(yù)習(xí)要求實驗前學(xué)生必須自學(xué)有關(guān)儀器設(shè)備的使用方法及工作原理，明確實驗內(nèi)容及實驗?zāi)康模毘謱嶒烆A(yù)習(xí)報告后，方可進入實驗室進行實驗。八、實驗步驟1、實驗接線根據(jù)圖5-1與5-2,連接一個二階被控對象閉環(huán)控制系統(tǒng)的模擬電路：用導(dǎo)線將圖5-2的“ul”輸出點與數(shù)據(jù)采集卡的輸入端“AD1”相連，“u2”輸出點與數(shù)據(jù)采集卡的輸入端“AD2”相連，該電路的輸入端則與數(shù)據(jù)采集卡的輸出端“DA1”相連；待檢查電路接線無誤后，打開實驗平臺的電源總開關(guān)，并將鎖零單元的鎖零按鈕處于“解鎖”狀態(tài)。2、腳本程序運行啟動計算機，在桌面雙擊圖標“THBDC-1”，運行實驗軟件。順序點擊虛擬示波器界面上的“開始采集I”按鈕和工具欄上的“三卜按鈕（腳木編程器）。在腳本編輯器窗口的文件菜單下點擊“打開”按鈕，并在“計算機控制算法VBS\計算機控制技術(shù)基礎(chǔ)算法”文件夾下選中“串級控制”腳本程序并打開，閱讀、理解該程序，然后點擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“步長設(shè)置”，將腳本算法的運行步長設(shè)為100ms。點擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“啟動”:用虛擬示波器觀察圖5-2中ul、u2輸出端各自的響應(yīng)曲線。然后用逐步逼近法（參考本實驗附錄3的參數(shù)整定）整定串級控制系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器相應(yīng)的P、I、D參數(shù)。在整定過程中，注意觀察參數(shù)的變化時系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。將串級控制的腳本程序語句“WriteDataopl,1”中的opl（加副控制器時）輸出改為op（不加副控制器時蹦出，然后重復(fù)操作步驟2.4,并比較加副控制器前后被控參數(shù)的控制效果。實驗結(jié)束后，關(guān)閉腳本編輯器窗口，退出實驗軟件。九、實驗報告要求.繪出實驗中二階被控對象的模擬電路圖。.根據(jù)串級控制器的算法編寫腳本程序。.繪制實驗中被控對象的輸出波形。十、思考題.什么情況下需要采用串級控制？串級控制與單回路相比有什么優(yōu)點？.串級控制系統(tǒng)的主回路和副回路如何選擇？主回路和副I可路的采用周期如何選擇？.串級控制系統(tǒng)如何才能順利投入運行？控制器的參數(shù)如何整定？.串級控制和比值控制有什么區(qū)別和聯(lián)系？

.被控對象的傳遞函數(shù)及模擬電路被控對象的傳遞函數(shù)與模擬電路圖如圖5-2所示。其傳遞函數(shù)為:G(5)=其傳遞函數(shù)為:G(5)=(0.55+1)(0.25+1).常規(guī)的PI控制算法常規(guī)的PI控制律為u(t)=Kr[e(t)+^-Je(r)Jr]對于用一階差分法離散后，可以得到常規(guī)數(shù)字PI的控制算法:u(k)=u(k-1)+p[e(k)-e(k-1)]+I(e(k)這里P、I參數(shù)分別為P=K/,,1fL圖5-2二階受控對象的模擬電路圖實驗電路參考單元：Ull、U13、U5.逐步逼近整定法的整定步驟：1)外環(huán)斷開，把內(nèi)環(huán)當作一個單閉環(huán)控制系統(tǒng)，并按單閉環(huán)控制系統(tǒng)的PID控制器參數(shù)的整定方法，整定內(nèi)環(huán)PID控制器的參數(shù)。2)將內(nèi)環(huán)PID控制器參數(shù)置于整定值上，閉合外環(huán)。如把內(nèi)環(huán)當作外環(huán)中的一個等效環(huán)節(jié)，則外環(huán)又成為一個單閉環(huán)控制系統(tǒng)，再按單閉環(huán)控制系統(tǒng)的PID控制參數(shù)的整定方法(如擴充響應(yīng)曲線法)，整定外環(huán)PID控制器的參數(shù)。3)將外環(huán)PID控制參數(shù)置于整定值上，閉合外環(huán)，再按以上方法整定內(nèi)環(huán)PID控制器的參數(shù)。至此，完成了一次逼近循環(huán)。如控制系統(tǒng)性能已滿足要求，參數(shù)整定即告結(jié)束。否則，就回到步驟2)。如此循環(huán)下去，逐步逼近，直到控制系統(tǒng)的性能滿足要求為止。實驗六解耦控制算法的研究一、實驗類型：驗證性實驗。二、實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)并熟