《计算机控制技术》实验指导书Word格式文档下载.docx
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AD/DA采集卡有两路输出(DA1、DA2)和两路输入(AD1、AD2),其输入和输出电压均为-5V~+5V。
图3AD/DA采集卡
另外在AD/DA采集卡上有一个9针的RS232串口插座用来连接AD/DA采集卡和计算机,20针的插座用来和控制对象进行通信。
3实验箱面板
实验箱面板布局如图4所示。
图4实验箱面板布局图
实验箱面板主要由以下几部分构成:
1)实验模块
实验系统由放大器、电阻、电容组成实验模块。
每个模块中都包含一个由UA741构成的放大器和若干个电阻、电容。
这样通过对这八个实验模块的灵活组合,便可构造出各种形式和阶次的模拟环节和控制系统。
二极管、电阻、电容、二极管区提供实验所需的二极管、电阻和电容。
2)AD/DA卡输入输出模块
引出AD/DA卡两路输出端和输入端,分别是DA1、DA2,AD1、AD2。
有一个复位按钮,按下一次,就对AD/DA卡进行复位。
20针的插座用来和控制对象连接。
3)电源模块
电源模块有一个实验箱电源开关,有四个开关电源提供的DC电源端子,分别是+12V、-12V、+5V、GND,这些端子给外扩模块提供电源。
4)变阻箱、变容箱模块
变阻箱、变容箱是实验系统的一个突出特点,只要按动数字旁边的“+”、“-”按钮便可调节电阻电容值,且电阻电容值可直接读出。
三、被控对象模块
本实验系统中另外包含三个受控对象模块:
温度控制模块、直流电机控制模块、步进电机控制模块,可以根据需要开设综合设计实验。
学生也可用这些模块进行毕业设计或开展课外的科技活动,完成温度控制、直流电机的测速和调速以及步进电机的转向、转速控制等。
本实验系统算法开放,系统结构组合灵活,可自行修改和添加新实验,以完成教学要求。
采用典型环节模块化结构设计,利用各模块间相互组合可完成提供的七个典型实验:
D/A数摸转换实验、A/D摸数转换实验、数字PID实验、状态反馈与状态观测器实验、数字滤波器实验、大林算法实验及数据采集实验。
另外提供了三个控制对象算法,可完成对实验对象的控制,
配合温控炉、直流电机、步进电机三个控制对象可做
炉温控制实验,电机调速实验以及
1.步进电机控制实验。
2.
第二部分:
计算机控制技术实验
实验一A/D和D/A转换实验
一、实验目的与要求
通过本实验了解A/D和D/A的工作原理与编程方法,并进行实际调试。
二、实验仪器与设备
PC机一台
EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台
万用表一个
三、实验原理与线路
YJ1.5
0832
PC机
X
0809J1.1
实验箱
图1.1实验接线图
在PC机上输入数字量值,经过D/A转换后,将输出Y通过实验接口卡的DAC0832的J1.5端输出,此输出再由接口卡上的ADC0809的J1.1端采样,经A/D转换后采样值X传送回PC机。
同时在PC机上的虚拟示波器上将显示输出值Y,经过比较我们可以得到转换后的精度。
四、实验内容与步骤
1、弄清A/D,D/A转换的工作原理。
2、按指导书说明将D/A的输出J1.5接到A/D通道0的输入J1.1。
3、输入数字量,进行D/A、A/D转换,记录输出转换后的模拟量值。
4、记录实验曲线,观察结果,分析DAC0832和ADC0809的转换精度。
五、实验准备
1、熟悉ADC0809和DAC0832的工作原理。
2、初步编写转换程序,实验过程中进行调试。
六、思考题
1、ADC0809的CLK输入范围是多少?
本实验接口卡是如何实现的?
2、D/A输出放大器应如何调满?
3、A/D放大器如何调整放大倍数?
4、ADC0809的转换精度是多少?
影响A/D,D/A转换精度的因素有哪些?
七、实验报告
写出实验步骤,记录最终曲线,并回答思考题,就实验中所遇到的问题提出改进意见。
实验二温度控制实验
通过本实验掌握温度控制的方法,并熟练掌握PID控制的原理及调试方法。
要求先测取对象的阶跃响应,并初步决定控制参数。
温度控制装置一套
图2.1温度控制系统接线图
温度控制系统的给定值由PC机给出,通过AD/DA接口卡上的0832输出,输出量通过调功器进行功率放大,控制散热器温度,温度由热电偶转换为电压值,并由实验接口卡上的0809采样,采样值送回PC机,由PC机进行误差分析,并进行PID控制,控制量再由实验接口卡输出,构成闭环控制,输出给定温度。
1、按实验指导书说明接好线路。
2、运行控制程序,进入温度控制系统管理主界面。
3、输入PID控制参数,在屏幕上实时显示温度控制曲线。
4、记录闭环时不同控制参数下的阶跃响应曲线,根据响应曲线及时调整控制参数,直到得出满意的控制效果,即上升时间短、闭环稳定无波动。
1、熟悉温度控制系统的工作原理。
2、掌握PID控制原理及控制参数的调试方法。
3、初步编写PID控制程序,实验过程中结合具体受控对象进行调试。
1、PID参数中K、Td、Ti对控制质量各有什么影响?
2、MOC3041和TL494在实验中各起什么作用?
写出实验步骤,叙述实验原理并记录最终曲线,回答相应问题。
实验三PID参数整定实验
一、实验目的
1、研究PID控制器参数对系统稳定性及过渡过程影响。
2、研究采样周期T对系统特性影响。
3、研究I型系统及系统稳定误差。
二、实验仪器
1、EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台
2、PC计算机一台
三、实验内容
系统结构如图3.1所示。
图3.1系统结构图
开环系统的模拟电路图如图3.2和图3.3所示,其中图3.2对应Gp1(s),图3.3对应Gp2(s)。
图3.2开环系统结构图1(接地电阻1K)图3.3开环系统结构图2((接地电阻5K)
被控对象Gp1(s)为“0型”系统,采用PI控制或PID控制,可使系统变为“I型”系统,被控对象Gp2(s)为“I型”系统,采用PI控制或PID控制,可使系统变为“II型”系统。
当r(t)=1(t)时(实际是方波),研究其过渡过程。
四、实验步骤
1、连接被测量典型环节的模拟电路(图8),电路的输入U1接A/D,D/A卡的DA1输出,电路的输出U2接A/D,D/A卡的AD1输入。
检查无误后接通电源。
2、启动计算机,双击桌面“计算机控制实验”快捷方式,运行软件。
3、测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。
如通信不正常,查找原因使通信正常后,进行实验。
4、在实验项目的下拉列表中,选择实验三[PID参数整定实验],鼠标单击按钮,弹出实验课题参数设置窗口。
5、输入参数Kp,Ki,Kd(参考值Kp=1,Ki=0.02,Kd=1)。
6、参数设置完成,点击确认后观察响应曲线。
若不满意,改变Kp,Ki,Kd的数值和与其相对应的性能指标σp﹑ts的数值。
7、取满意的Kp,Ki,Kd值,观察有无稳态误差。
8、断开电源,连接被测量典型环节的模拟电路(图9)。
电路的输入U1接A/D,D/A卡的DA1输出,电路的输出U2接A/D,D/A卡的AD1输入,将纯积分电容的两端,连在模拟开关上。
9、重复4-7步骤。
10、计算Kp,Ki,Kd取不同的数值时,对应的σp﹑Ts的数值,测量系统的阶跃响应曲线,及时域性能指标,记入下表中:
系统的阶跃响应曲线,及时域性能指标
参数
σp
Ts
阶跃响应曲线
Kp
Ki
Kd
五、实验准备
1、掌握PID控制原理及控制参数的调试方法。
2、初步编写PID控制程序,实验过程中结合具体受控对象进行调试。
1、PID参数有几种调试方法,叙述各种方法的优缺点及适用范围。
2、写出调试的最佳PID参数以及对应的各性能指标。
实验四大林算法实验
1、掌握大林算法的特点及适用范围。
2、了解大林算法中时间常数T对系统的影响。
二、实验仪器与设备
PC微机工作站一台
三、实验内容
1、实验被控对象的构成
惯性环节的仿真电路如图4.1所示,其传递函数为:
其中
。
纯延时环节的传递函数为:
其中τ是采样周期,N为正整数的纯延时个数。
在软件中纯延时环节用计算机编程实现。
因此被控对象的开环传递函数为:
2、大林算法的数字控制器
设大林算法的闭环传递函数为:
,T是大林时间常数。
因此大林算法的数字控制器的脉冲传递函数为:
其对应的差分方程为:
3、编写控制程序,对模拟的被控对象(图4.1)进行控制,实现其差分方程。
4、记录响应曲线,测出其性能指标。
1、连接被控对象的模拟电路(图4.1),电路的输入U1接A/D,D/A卡的DA1输出,电路的输出U2接A/D,D/A卡的AD1输入。
4、在实验项目的下拉列表中,选择实验四[大林算法实验],鼠标单击按钮,弹出实验课题参数设置窗口。
5、输入参数延时时间和大林时间常数,点击确认后观察响应曲线,测量与其相对应的性能指标系统响应时间TS和超调量σp的数值。
6、重复步骤4,改变参数设置,将所测波形进行比较,把测量结果记入下表:
响应曲线
TS
延时时间
大林时间常数
1、掌握大林算法的设计原则及设计目标,。
2、初步编写大林控制器程序,实验过程中结合具体受控对象调试其时间常数。
六、实验报告
实验五步进电机实验
通过本实验熟悉步进电机的控制方法,能够控制步进电机正转,反转或摆动,并可以选择控制步进电机转动的速度和转动的角度。
步进电机及电机驱动装置一套
图5.1步进电机控制系统接线图
由PC机根据给定参数输出对步进电机的控制量,此控制量通过实验接口卡送到步进电机驱动装置,以驱动步进电机按指定要求运转。
由实验接口卡上的8255A口的PA0控制步进电机的A相通电,8255A口的PA1控制步进电机的B相通电,8255A口的PA2控制步进电机的C相通电,8255A口的PA3控制步进电机的D相通电。
通过程序控制四相步进电机的A、B、C、D四相分别依次不断循环的通电,步进电机就正转;
反之通过程序控制四相步进电机的D、C、B、A四相分别依次不断循环的通电,步进电机就正转。
1、步进电机控制装置原理图,弄清其原理。
2、按指导书说明接好线路。
3、运行实验系统软件,进入实验系统管理主界面。
4、控制步进电机正转或反转。
5、每次实验都要记录控制参数和控制的位置误差,并分析其原因。
1、掌握本次实验的原理及接线图。
2、熟悉掌握步进电机的工作原理及步进电机的控制方法。
3、编写步进电机控制程序。
1、试述步进电机的控制方法。
2、填写控制参数和控制的位置误差表,并分析产生误差的原因。
控制参数和控制的位置误差表
控制参数
控制误差
七、实验报告
叙述实验原理,写出实验步骤,编写控制程序并回答相应问题。
实验六PWM直流电机控制实验
通过本实验掌握产生直流电机控制的PWM方法,并能够测出直流电机控制的死区和本装置的测速范围。
PC微机一台
直流电机及电机驱动装置一套
H桥电机驱动电路
直流电机
实验箱
PC机
PWM
直流发电机
SPEEDIN
图6.1直流电机PWM控制与数字测速实验接线图
PC机按CRT指定的PWM占空比输出信息到实验接口卡,再由实验接口卡的J4的PWM端输出所要求的PWM波形,送到电机驱动装置,驱动直流电机J6转动,直流电机J6通过皮带带动直流发电机J3转动,测出电机的转速,送回PC机,PC机据此显示出测速曲线。
1、弄清直流电机控制的原理及过程。
2、按指导书说明接好线路。
3、运行实验系统软件,进入实验系统主界面。
4、设置PWM占空比,启动直流电机
5、测出直流电机的转速
1、掌握实验原理及实验接线图。
2、编写直流电机控制程序。
1、叙述H桥驱动电机的工作原理。
2、试述本实验系统的PWM产生方法。
3、观察测速精度,你有哪些提高测速精度的办法?
叙述实验原理,写出实验步骤,记录最终曲线并回答相应问题。
实验七直流电机测速和调速实验
通过本实验掌握通过PID控制算法对直流电机调速的方法,并能够通过A/D转换器测出直流电机的转动速度。
图7.1直流电机PWM控制与数字测速实验接线图
PC机按CRT指定的PID控制参数对直流电机进行调速,最终使直流电机的稳定速度达到设定值。
根据响应曲线可调节PID的各个参数,直至响应指标满足要求。
1、弄清直流电机的PID控制的原理及过程。
3、运行实验系统软件,进入实验系统主界面。
4、设置PID参数,启动直流电机
5、测出直流电机的转速
6、调节PID参数,直至系统达到稳定,转速达到设定值。
2、编写直流电机的PID调速程序。
1、观察响应曲线,写出最终调节的最佳PID参数。
2、试述本实验系统的测速方法。
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- 计算机控制技术 计算机控制 技术 实验 指导书