计算机控制系统实验报告.docx
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计算机控制系统实验报告
实验一A/D、D/A转换实验
实验1.1A/D、D/A转换实验
(一)
1.实验线路原理图及A/D、D/A转换程序流程:
见图1-1和图1-2
图1-1
图1-2
2.实验内容及步骤
(1)按图1—1接线。
用“短路块”分别将U1单元中的ST与+5V短接,U4单元中的X与+5V,Z与-5V短接。
再将画“●”的线连接。
示波器的CH1通道接U15单元的OUT端,连接好后,接通电源。
(2)按下实验箱上的复位键,在调试窗口中出现“WELCOMETOYOU”正常通信后,点击装载程序,将TH1-1程序装载。
(3)然后在TKKL-4界面中,输入G=F000:
1100回车。
(4)将W41依次调节,用U16交/直流数字电压表分别检测A/D的输入电压和D/A的输出电压。
观察显示器,记下相应的数码及D/A的输出模拟电压,填入表1—1。
模拟输入电压(V)
显示器数码(H)
模拟输出电压(V)
-5
00
-5
-4
1A
-4
-3
33
-3
-2
4C
-2
-1
66
-1
0
80
0
+1
99
1
+2
B3
2
+3
CD
3
+4
E6
4
+5
FF
5
表1-1
实验1.2A/D、D/A转换实验
(二)
1.实验线路原理图及程序流程:
见图1—7和图1—9
图1-7
图1-8
计算机控制A/D变换器分时对这两路模拟信号进行A/D转换。
将转换的数字量送至D/A变换器还原成模拟量,并送至两个采样保持器。
由8255B口分别控制两个采样保持器的采样开关,以保证采样保持器单元电路中的OUT1输出信号与A/D转换单元U13的IN6输入信号一致;采样保持器单元电路的OUT2输出信号与A/D转换换单元U13的IN7输入信号一致。
图1-9
2.实验内容及步骤
(1)按图1—7接线,其中仅将画“●”的线连接。
将U1的信号选择开关S11放到斜波位置。
用短路块将U1的S与ST短接。
置S12为T3档,实验中调节W11电位器,改变信号周期。
调W12使输出信号不大于5V。
(2)按下实验箱上的复位键,在调试窗口中出现“WELCOMETOYOU”正常通信后,点击装载程序,将TH1-4程序装载。
(3)然后在TKKL-4界面中,输入G=F000:
1151回车。
(4)本实验选择普通示波器,用示波器同时观察输入与输出信号。
如果程序正确执行,A/D转换单元U13的IN6输入信号应与U15DA/C单元中的采样保持输出OUT1信号一致,参见图1-8。
U13的IN7输入信号与U15单元中的采保持输出OUT2信号一致,参见图1-9。
图1-8
图1-9
实验二采样与保持
实验2.1采样实验
1.实验线路原理图及接线图:
见2.1-1和2,2-2
(1)原理图
图2.1-1
(2)接线图:
见图2.1—2。
图2.1-2
2.实验程序流程图:
见图2.1—3
图2.1-3
2.实验内容与步骤
(1)按图2.1—2连线,其中将画“●”的线连接。
首先将U1信号发生器单元中的S11置抛物线档,S12置T3档。
用短路块短接S与ST。
(2)用示波器观察U1单元的OUT端的波形,调W12使其不高于5V,调W11使T1周期约2s。
(3)按下实验箱上的复位键,在调试窗口中出现“WELCOMETOYOU”正常通信后,点击装载程序,将TH2-1程序装载。
(4)选定Tk=04H,将2F60H单元存入Tk值。
在调试窗口输入:
E2F60,按“Enter”键,待调试窗口显示“0000:
2F60=CC—”从键盘输入04后,按“Enter”,即将Tk=04H存入2F60H单元。
见下图。
(5)启动采样程序,在TKKL-4界面中,输入G=F000:
11A2回车。
(5)本实验选用普通示波器,用示波器对照观察U1单元的OUT端与U15单元的OUT端波形,见下图
实验2.2保持实验
1.实验原理及接线图见图2.2-1,2.2-2,2.2-3
(1)原理
图2.2-1
图2.2-2
(2)实验接线图
图2.2-3
3.实验内容与步骤
(1)按图2.2—3接线,S11置方波档,S12置T3档,调W12使U1单元的OUT端输出为1V方波,调W11使输出信号周期为5S。
(2)选Tk为先02H,再更换值,将2F60H单元存入Tk值,见图2.2-5。
(3)按下实验箱上的复位键,在调试窗口中出现“WELCOMETOYOU”正常通信后,点击装载程序,将TH2-2程序装载。
图2.2-5
(3)在调试窗口,输入E260回车,先取Tk=02,启动采样保持程序,在界面输入G=F000:
11E5回车。
本实验选用普通示波器,用示波器对照观察U13单元的IN7与U15单元OUT端波形,停机。
(4)更换Tk,重复
(2)、(3)步骤,更换值。
(5)增大Tk,存入2F60H单元,启动采样保持程序,观察输出C点波形,停机。
重复几次,直至系统不稳定,记下Tk值,并换算出相应的采样周期T,将实验结果填入表2.2—1中。
实验效果图如下图所示,2.2-6,2.2-7,2.2-8,2.2-9。
表2.2—1(T=Tk×10ms)
Tk(H)
采样周期T(s)
T=Tk×10ms
02
0.02
稳定
04
0.04
稳定
08
0.08
稳定
10
0.1
振荡
当Tk(H)=02H的图2.2-6
当Tk(H)=08H的图2.2-4
当Tk(H)=30H的图2.2-4
当Tk(H)=30H的图2.2-4
实验三积分分离PID控制实验
1.实验原理、线路及流程图见图4-1,4-2,4-3,4-4.
(1)原理
图4-1
图4—2
实验程序流程主程序
图4—3
PID位置算法A口中断程序
2.实验内容与步骤
(1)按图2.1—2连线,其中将画“●”的线连接。
用短路块将S与ST短接,S11置方波档,S12置T3档,调W11使信号周期为5S,调W12使信号约为3V。
(2)按下实验箱上的复位键,在调试窗口中出现“WELCOMETOYOU”正常通信后,点击装载程序,将TH4-1程序装载。
(3)可用U命令查看反汇编程序与数据,在调试窗口键入(U0000:
2000按“Enter”键)。
用D命令查看程序数据段段地址为0240后的数据,在调试窗口键入(D0240:
0000按“Enter”键)。
如下图
(4)在TK(0240:
0000)、EI(0240:
0001)、KP、KI、KD(其中取KI=KD=0)的相应地址中存入表4-2中的数据。
(5)选用普通示波器,在调试窗口启动程序(G=0000:
2000按“Enter”键),启动PID位置式算法程序,调电位器R可改变输出波形,用示波器观察输出。
波形如下:
实验四最小拍控制系统
1.实验原理与接线图:
5-1、5-2、5-3
(1)原理
见图5.1—1。
R为输入,C为输出,计算机对误差E定时采样按D(Z)计算输出控制量U(Z)。
图中K=5。
图5.1-1
(2)接线图:
图5.1-2
H
(3)实验程序流程见图
A口中断程序
图5.1—3
3.实验内容与步骤
(1)按图5.1—2连线,其中将画“●”的线连接,S11置方波档,S12置下档,调W12使U1单元的OUT端输出为2.5V的方波,调W11约为6S。
(2)装入程序TH5-1.EXE后,可分别用U命令、D命令查看反汇编程序与数据。
用E命令编辑、修改指定单元中的数据,0100F单元存入64H。
具体过程可参照实验四的修改方法。
(2)按要求计算D(E)各系数,送入内存0101H~0115H单元,见上图。
具体推导过程见有关计算控制技术教材。
(其中,K0=0.5434、K1=-0.7434、K2=0.2000、K3=0、P1=-0.2826、P2=-0.7174、P3=0),Ki与Pi系数存储地址参见表5.1—1。
(3)选用普通示波器,用示波器观察输入R波形,在输入R为零时启动最小拍程序(G=F000:
15E6按“Enter”键),对照阶跃输出R观察输出C,应有以下波形(见图5.1—4),输出经过一拍后,在采样点上跟踪输入误差输出为:
E(Z)=Φe(Z)R(Z)=(1-Z-1)·
即一拍后进行跟踪,偏差保持为零。
而从控制量的输出
Y(Z)=D(Z)E(Z)
=2.5×
=1.3590-1.4744Z-1+1.0571Z-2-0.7580Z-3+0.5435Z-4-0.3897Z-5
可见,控制量在一拍后并未进入稳态(常数为零),而是在不停地波动,从而使连续部分的输出在采样点之间存在纹波。
图5.1-4
实验图:
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