計算機(jī)控制實驗-PPT

計算機(jī)控制實驗指導(dǎo)教師：王艷計算機(jī)控制實驗實驗五數(shù)字PID控制實驗實驗三模擬輸入/輸出實驗實驗四模擬濾波與數(shù)字濾波實驗實驗六直流電機(jī)閉環(huán)控制實驗實驗二數(shù)字PID控制器設(shè)計與仿真實驗一數(shù)字濾波器的設(shè)計與仿真實驗一數(shù)字濾波器的設(shè)計掌握由模擬濾波器設(shè)計數(shù)字濾波器各種近似方法設(shè)計數(shù)字濾波器的仿真程序比較不同方法設(shè)計的數(shù)字濾波器的特性實驗?zāi)康膶嶒炓粩?shù)字濾波器的設(shè)計實驗內(nèi)容設(shè)模擬濾波器傳遞函數(shù)模型為：實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容分別用六種方法求數(shù)字濾波器傳函D(z)中各系數(shù)填入表1數(shù)字濾波器輸入輸出關(guān)系為1、用六種方法設(shè)計數(shù)字濾波器實驗一數(shù)字濾波器的設(shè)計實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容上式中：f為正弦信號頻率，為采樣角頻率，采樣周期，為信號初始相位2、用Matlab編寫正弦輸入信號及數(shù)字濾波器輸入輸出關(guān)系仿真程序，單位正弦信號的數(shù)學(xué)模型為：實驗內(nèi)容3、在計算機(jī)上實現(xiàn)數(shù)字濾波仿真實驗一數(shù)字濾波器的設(shè)計實驗步驟根據(jù)濾波器系數(shù)，用下列三種方法設(shè)計MATLAB仿真程序：實驗步驟實驗步驟1雙線性變換，2零階保持器，3頻域法選正弦信號頻率f=0.1，0.5，1，2，3,15Hz采樣頻率fs=50，100Hz將仿真結(jié)果頻率特性填入表二，并對其仿真結(jié)果進(jìn)行分析實驗一數(shù)字濾波器的設(shè)計MATLAB實驗例程：a=5fs=input%('\n采樣頻率為(hz)=')f=input%('\n信號頻率為(hz)=')%雙線性D(z)z=exp(i*2*pi*f/fs)data=a/fs*(1+z)/((a/fs+2)*z-2+a/fs);

ABS=abs(data)%D(exp(jwt))的幅值A(chǔ)G=angle(data)*180/pi%D(exp(jwt))的相角k=1:100;x=sin(2*pi*f/fs*k);求雙線性變換的頻率特性實驗一數(shù)字濾波器的設(shè)計MATLAB實驗例程：num=[a/fsa/fs];den=[2+a/fs-2+a/fs];y=filter(num,den,x）str=sprintf(‘sin(2*pi*%f/%f*k)’,f,fs)%將函數(shù)變換成字符串figurefplot(str,[0,100],'r')holdonplot(k,y,'b*',k,y,'k.-')axis([0100-11])%坐標(biāo)軸gridon%繪圖網(wǎng)格求雙線性變換的頻率特性實驗一數(shù)字濾波器的設(shè)計MATLAB實驗例程：u_hz=input(‘\nU_HZ’);%輸入信號頻率forQ=-179:180i=0:399;u=sin(2*pi*u_hz*i/3+Q/180*pi);y(1)=0;fori=2:400y(i)=19*y(i-1)/21+1/21*(u(i)+u(i-1));

%換不同算法endY(Q+180)=max(y);endYY=max(Y)%信號采集的最大幅值QQ=find(Y==YY)-180%最大幅值對應(yīng)的相角度數(shù)雙線性方法求取最大值實驗一數(shù)字濾波器的設(shè)計實驗報告要求用六種設(shè)計方法求D(z)并將對應(yīng)系數(shù)填入表1計算頻率特性填入表2并進(jìn)行比較記錄仿真結(jié)果于表3并與表2比較實驗后對采樣定理的理解數(shù)字濾波器有相移，且輸入輸出都是離散值，仿真時如何才能得到其最大幅值？實驗二數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真掌握采樣系統(tǒng)對象Z傳遞函數(shù)的列寫熟悉數(shù)字PID控制參數(shù)整定方法實驗?zāi)康恼莆誔ID全量和增量控制算法，并進(jìn)行比較通過編程設(shè)計數(shù)字仿真程序，確定PID最佳參數(shù)實驗二數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真內(nèi)容1求工業(yè)過程Z傳遞函數(shù)，控制對象模型：內(nèi)容3內(nèi)容2用高橋法整定PID參數(shù)，用SIMULINK編寫系統(tǒng)仿真程序式中：L=0.2秒,T1=2秒,T2=0.5秒，采樣周期為=0.4秒分別采用增量和全量方法進(jìn)行系統(tǒng)仿真，調(diào)整參數(shù)，達(dá)到較好的控制效果實驗二數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真數(shù)字PID控制系統(tǒng)框圖如下

圖中：r(k)為給定信號，v(k)為干擾信號，G(z)為工業(yè)過程的Z傳遞函數(shù)

實驗二數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真用已知對象，求階躍響應(yīng)飛升特性根據(jù)飛升特性，計算PID參數(shù)，設(shè)計仿真程序階躍輸入，有閥位限制，分別進(jìn)行增量或全量仿真實驗步驟階躍輸入，無有閥位限制，進(jìn)行增量及全量仿真

實驗二數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真用SIMULINK構(gòu)建仿真系統(tǒng)常用模塊如下title實驗二數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真用SIMULINK構(gòu)建仿真系統(tǒng)飛升特性框圖title參數(shù)設(shè)置見matlab軟件實驗二數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真選擇Simulationparameterstitle實驗二數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真選擇Simulation\configurationparameters\設(shè)置如下通常：Relativetolerance

應(yīng)設(shè)置1e-6title實驗二數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真Scopesetup——parameterstitle實驗二數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真運(yùn)行程序在workspace可看到y(tǒng)_data,雙擊y_data見右圖飛升特性數(shù)據(jù)title實驗二數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真title根據(jù)下列公式由飛升特性數(shù)據(jù)求出g(k)最大值根據(jù)下列公式計算PID參數(shù)實驗二數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真titleSIMULINK仿真實例：無閥限PID控制算法仿真結(jié)構(gòu)圖實驗二數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真title有閥位限制PID增量算法仿真結(jié)構(gòu)（閥限值可適當(dāng)增大至5）實驗二數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真title無閥位限制PID增量算法仿真結(jié)構(gòu)實驗二數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真求解對象飛升特性，整定PID參數(shù)，報告要求階躍輸入，有閥位限制，分別用PID增量和全量算法，設(shè)計仿真程序，記錄y(k)、u(k)數(shù)據(jù)，給出仿真圖形，并進(jìn)行比較報告要求階躍輸入，無閥位限制，PID增量或全量算法，記錄數(shù)據(jù)y(k)、u(k)。給出增量或全量仿真圖形，標(biāo)明過渡過程中的各項參數(shù)報告要求實驗二數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真采用上述任意一種閥位、算法，調(diào)試一組較理想?yún)?shù)，給出PID參數(shù)值，記錄仿真響應(yīng)曲線y(k)，標(biāo)明過渡過程參數(shù)。報告要求報告要求增量與全量比較哪種效果好，為什么？計算機(jī)實驗設(shè)備簡介實驗系統(tǒng)AEDK-labACT是采用模塊式結(jié)構(gòu)，可構(gòu)造各種型式和階次的模擬環(huán)節(jié)和控制對象。同時以微處理器為平臺實現(xiàn)計算機(jī)控制技術(shù)的實驗教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成核心系統(tǒng)：8088微處理器，通過RS232總線與上位機(jī)通訊，函數(shù)發(fā)生器，信號測量，階躍信號發(fā)生器，運(yùn)算模擬單元，虛擬示波器，外圍控制對象等組成計算機(jī)實驗設(shè)備簡介實驗系統(tǒng)下圖是實驗系統(tǒng)操作面板和虛擬示波器實驗三模擬輸入/輸出實驗熟悉模擬輸入/輸出通道的硬件結(jié)構(gòu)掌握計算機(jī)接口的測試方法

了解實驗設(shè)備結(jié)構(gòu)，熟悉實驗設(shè)備操作，讀懂實驗程序內(nèi)容

實驗?zāi)康膶嶒炄M輸入/輸出實驗內(nèi)容1執(zhí)行A/D實驗程序，通過改變輸入模擬電壓測量相對應(yīng)的數(shù)字電壓信號

內(nèi)容2測試A/D轉(zhuǎn)換靈敏度，線性范圍，分析模擬量與數(shù)字量之間的關(guān)系

內(nèi)容3執(zhí)行D/A實驗程序，通過改變數(shù)字信號測量轉(zhuǎn)化后的模擬電壓內(nèi)容4測試D/A轉(zhuǎn)換靈敏度，線性范圍，分析模擬量與數(shù)字量之間的關(guān)系

實驗三模擬輸入/輸出實驗電壓檔位B1(K3)下(K4)上A/D轉(zhuǎn)換B1(Y)→B7(IN4orIN5)電壓觀測B1(Y)→D1(0~5V)單極性A/D轉(zhuǎn)換接線圖雙極性A/D轉(zhuǎn)換接線圖調(diào)用實驗機(jī)軟件“微機(jī)控制/二：模/數(shù)轉(zhuǎn)換”界面測量轉(zhuǎn)化的數(shù)字電壓

電壓檔位B1(K3)上(K4)上A/D轉(zhuǎn)換B1(Y)→B7(IN6orIN7)電壓觀測B1(Y)→D1(-5~+5V)調(diào)用實驗機(jī)軟件“微機(jī)控制/二：模/數(shù)轉(zhuǎn)換”界面測量轉(zhuǎn)化的數(shù)字電壓

實驗步驟1

實驗三模擬輸入/輸出實驗實驗步驟2單極性D/A轉(zhuǎn)換接線圖單極性D/A轉(zhuǎn)換B2(OUT1)→D1(0~5V)雙極性D/A轉(zhuǎn)換接線圖雙極性D/A轉(zhuǎn)換B2(OUT2)→D1(-5~+5V)操作：1、打開文件DA.c，修改程序中count數(shù)值，即D/A要轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，范

圍是0x00~0xff。2、編譯：執(zhí)行“編譯/編譯并連接”，下載：執(zhí)行“調(diào)試/加載調(diào)試”

運(yùn)行：執(zhí)行“調(diào)試/全速運(yùn)行”；在D1數(shù)碼管上顯示轉(zhuǎn)換后電壓；3、反復(fù)修改程序count數(shù)值，重復(fù)操作2，用D1輸入信號測量按鈕，切換

觀察0~5V，-5~+5V運(yùn)行結(jié)果實驗三模擬輸入/輸出實驗實驗報告要求從理論分析，ADC0809芯片最小數(shù)字量對應(yīng)模擬量輸出LSB為多少伏?寫出A/D轉(zhuǎn)換中模擬輸入與數(shù)字量輸出的關(guān)系式在表1、2、3、中添寫相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)

數(shù)字量與模擬量的對應(yīng)公式是什么從理論分析，數(shù)模轉(zhuǎn)換8位D/A的最小分辨率是多少？實驗四模擬濾波與數(shù)字濾波實驗

掌握模擬、數(shù)字濾波器設(shè)計實現(xiàn)方法分析濾波器幅值和相角的理論值與測量值區(qū)別

比較不同方法設(shè)計的數(shù)字濾波器的特性實驗?zāi)康膶嶒炈哪M濾波與數(shù)字濾波實驗內(nèi)容使用labACT實驗機(jī)搭建所設(shè)計模擬濾波器電路內(nèi)容觀察模擬濾波效果，計算測量頻率特性理論和實際值。內(nèi)容根據(jù)

設(shè)計模擬濾波器原理圖實驗內(nèi)容1：模擬濾波器實驗四模擬濾波與數(shù)字濾波實驗內(nèi)容內(nèi)容觀察數(shù)字濾波效果，記錄測量頻率特性理論和實際值內(nèi)容實驗內(nèi)容2：數(shù)字濾波器真對實驗系統(tǒng)設(shè)計一階數(shù)字濾波程序，輸入與輸出關(guān)系：

分別用保持器等效法和雙線性變換法完成的一階數(shù)字濾波器設(shè)計實驗四模擬濾波與數(shù)字濾波實驗實驗步驟1

放大器環(huán)節(jié)A3輸入電阻（k）：10,20,50,100,200反饋電阻（k）：10,20,100反饋電容（uf）：有三個可并聯(lián)1uf電容放大器環(huán)節(jié)A6輸入電阻（k）：10,20,30,50,100,500反饋電阻（k）：10,50,300反饋電容（uf）:有四個可并聯(lián)1uf電容利用已知放大器相關(guān)阻容設(shè)計模擬濾波器

實驗四模擬濾波與數(shù)字濾波實驗將“B5函數(shù)發(fā)生器的SIN正弦波輸出”接“濾波器模擬”輸入，正弦波信號幅值在3伏左右實驗步驟2將“SIN正弦波輸出”接“B3虛擬示波器的CH1”，模擬環(huán)節(jié)的輸出接“B3虛擬示波器的CH2”運(yùn)行界面“開始”“停止”就可看到曲線實驗步驟2實測幅值=輸出幅值峰峰值/輸入幅值峰峰值實測相角=輸入與輸出峰值時的相角差（時間差）/輸入信號周期*360°實驗步驟3實驗四模擬濾波與數(shù)字濾波實驗實驗步驟4用虛擬示波器中的雙跡示波器觀察輸入信號與輸出濾波信號

實驗步驟4S2可以切換正弦信號頻率，上檔0.5~2.5Hz，下檔1~50Hz;根據(jù)步驟3計算幅值和相角實驗步驟4執(zhí)行：輸入正弦信號并調(diào)節(jié)信號幅值A(chǔ)與頻率f（Hz）進(jìn)行實驗實驗四模擬濾波與數(shù)字濾波實驗實驗步驟5

在軟件界面中，打開Filter.c,修改數(shù)字濾波系數(shù),因系統(tǒng)采用定點(diǎn)數(shù)，所以需將系數(shù)變成整數(shù),例:a1=0.9,b0=0,b1=0.1則設(shè):Td=8;/*Td*2.5ms*/采樣周期為20msaa=9;//aa=a1*KY bb=0;//bb=b0*KYcc=1;//cc=b1*KYKY=10;數(shù)字濾波系數(shù)的設(shè)置實驗四模擬濾波與數(shù)字濾波實驗實驗步驟6

數(shù)字濾波器接線框圖實驗四模擬濾波與數(shù)字濾波實驗將“B5-SIN正弦波”輸出，連接

“B7-IN6”，F(xiàn)ilter.c程序是將一階濾波結(jié)果輸出到D/A口實驗步驟6實驗步驟6實驗步驟6將“B5（信號發(fā)生器）的SIN正弦波”與“B3虛擬濾波器的CH1”連接。將“B2的OUT2測孔”與“B3虛擬濾波器的CH2”連接實驗四模擬濾波與數(shù)字濾波實驗執(zhí)行：1完成相應(yīng)連線；2調(diào)出“工具/雙跡示波器”界面；3調(diào)用“工具/加載”文件到實驗機(jī)”加載Filter.exe程序?qū)嶒灢襟E6實驗步驟6實驗步驟66分別使用保持器等效法和雙線性變換法完成一階數(shù)字濾波；在表2中填寫理論值和實驗數(shù)據(jù)。4在“工具/雙跡示波器”界面上按“開始”啟動程序5幅值、相角測試方法與模擬濾波器相同實驗四模擬濾波與數(shù)字濾波實驗一階濾波器實驗波形示例實驗系統(tǒng)實驗四模擬濾波與數(shù)字濾波實驗實驗報告要求將實驗數(shù)據(jù)填入表1，并復(fù)制f=1Hz時雙跡示波器實驗波形分別使用雙線性變換法和保持器等效法完成一階數(shù)字濾波器測試在表2中填寫理論值和實驗數(shù)據(jù)設(shè)計模擬濾波環(huán)節(jié)，畫出原理圖。復(fù)制f=1Hz時雙線性變換法和保持器雙跡示波器的實驗波形實驗五數(shù)字PID控制實驗了解數(shù)字PID控制的基本原理

熟悉數(shù)字PID控制參數(shù)整定方法，并通過實驗確定PID參數(shù)

掌握增量控制及防積分飽和PID控制方法

實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗提升理論知識的理解，鍛煉實踐能力實驗五數(shù)字PID控制實驗內(nèi)容設(shè)計模擬被控對象，并求其飛升特性

內(nèi)容用開環(huán)整定法計算PID參數(shù)，實現(xiàn)增量和防積分飽和PID控制內(nèi)容進(jìn)行兩種PID控制實驗，比較其控制效果實驗五數(shù)字PID控制實驗根據(jù)所設(shè)計模擬對象的原理圖，同樣可以采用A3和A6搭接實驗電路

實驗步驟1實驗步驟1實驗步驟2在模擬對象輸入端加階躍響應(yīng)信號，測試飛升特性曲線,通過階躍輸入實驗辨識方法確認(rèn)和在實際工程中PID控制多用于帶時延的一階或二價慣性環(huán)節(jié)組成的工控對象，其傳遞函數(shù)是實驗五數(shù)字PID控制實驗如采樣周期T與被控對象時間常數(shù)能符合可獲得良好PID調(diào)節(jié)效果?？紤]實際的實驗系統(tǒng)，選T=0.01s

實驗步驟3采用開環(huán)整定法確定參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗公式求得數(shù)字PID調(diào)節(jié)器參數(shù)、、實驗步驟4實驗步驟5再根據(jù)所選采樣周期確定PID參數(shù)實驗五數(shù)字PID控制實驗操作按下