第四章 计算机控制技术实验
计算机控制技术实验
班级：电信131
姓名：高博言
学号：201301242
7
一．实验目的
1、了解模/数转换器A/D芯片ADC0809转换性能及编程。
2、编制程序通过0809采样输入电压并转换成数字量值。
二．实验说明
模/数转换实验框图见图4-2-1所示。
图4-2-1 模/数转换实验框图
模/数转换器（B8单元）提供IN4~IN7端口，供用户使用，其中IN4、IN5有效输入电平为0V～+5V，IN6和IN7为双极性输入接法，有效输入电平为-5V～+5V，有测孔引出。
二．实验内容及步骤
（1）将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔，作为模/数转换器（B7）输入信号：
B1单元中的电位器左边K3开关拨下（GND），右边K4开关拨上（+5V）。
（2）测孔联线：B1（Y）→模/数转换器B7（IN4）（信号输入）。
（3）运行、观察、记录：
运行LABACT程序，选择微机控制菜单下的模/数转换实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后，在虚拟示波器屏幕上显示出即时模/数转换二进制码及其对应的电压值；再次点击开始，将继续转换及显示，满17次后回到原点显示。
屏幕上X轴表示模/数转换的序号，Y轴表示该次模/数转换的结果。每次转换后将在屏幕出现一个“*”，同时在“*”下显示出模/数转换后的二进制码及对应的电压值，所显示的电压值应与输入到模/数转换单元（B7）的输入通道电压相同。每转换满17次后，将自动替代第一次值。输入通道可由用户自行选择，默认值为IN4。
一．实验目的
1、掌握数/模转换器DAC0832芯片的性能、使用方法及对应的硬件电路。
2、编写程序控制D/A输出的波形，使其输出周期性的三角波。
二．实验说明
数/模转换实验框图见图4-1-1所示。
图4-1-1 数/模转换实验框图
三．实验内容及步骤
在实验中欲观测实验结果时，只要运行LABACT程序，选择微机控制菜单下的数/模转换实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后将自动加载相应源文件，可选用虚拟示波器
（B3）单元的CH1测孔测量波形，详见实验指导书第二章虚拟示波器部分。
4.3.1 采样实验
一．实验目的
了解模拟信号到计算机控制的离散信号的转换—采样过程。
二、实验内容及步骤
采样实验框图构成如图4-3-1所示。本实验将函数发生器（B5）单元“方波输出”作为
采样周期信号， 正弦波信号发生器单元（B5）输出正弦波，观察在不同的采样周期信号对正弦波采样的影响。
实验步骤：
（1）将函数发生器（B5）单元的正弦波输出作为系统输入，方波输出作为系统采样周期输入。
① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过上排右按键选择“方波/正弦波”的指示灯亮，（B5）模块“方波输出”测孔和“正弦波输出”测孔同时有输出。‘方波’的指示灯也亮，调节B5单元的“设定电位器1”，使之方波频率为80Hz 左右（D1单元右显示）。
②再按一次上排右按键，“正弦波”的指示灯亮（‘方波’的指示灯灭），B5的量程选择开关S2置上档，调节“设定电位器2”，使之正弦波频率为0.5Hz （D1单元右显示）。调节B5单元的“正弦波调幅”电位器，使之正弦波振幅值输出电压= 2.5V 左右（D1单元左显示）。
（3
（4）运行、观察、记录：
① 复核输入信号：运行LABACT 程序，选择界面的“工具”菜单选中“双迹示波器”（Alt+W ）项，
弹出双迹示波器的界面，点击
开始，用虚拟示波器观察系统输入信号（正弦波和方波）。 ② 再运行LABACT 程序，选择微机控制菜单下的采样和保持菜单下选择采样实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后将自动加载相应源文件，即可选用本实验配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形
③ 在显示与功能选择（D1）单元中，按上排右按键选择“方波/正弦波”的指示灯亮，‘方波’的指示灯也亮，调节B5单元的“设定电位器1”，慢慢降低采样周期信号频率，观察输出波形。
四．实验报告要求：
按下表记录下各种频率的采样周期下的输出波形。
下列各图是采样周期逐渐减小的波形：
图4-3-1 采样实验框图
实验总结：本次实验我们了解了模拟信号到计算机控制的离散信号的转换采样过程。通过对不同的频率采样来看采样频率越高，采样点数越密，所得离散信号就越逼近于原信号。采样频率过低，采样点间隔过远，则离散信号不足以反映原有信号波形特征，无法使信号复原，所以采样的频率对采样信号的显示的质量是决定性因素。采样频率越高，越接近信号的真实形状，频率越低失真越严重。
同时还了解，保持器的功能，更形象的理解了保持器的功能的概念。做实验要保证好系统稳定的条件，如果特征方程的根都在左半s平面，即特征根都具有负实部，则系统稳定。还要注意采样周期t对系统稳定性的影响。
4.5 数字PID 控制实验
4.5.1 标准PID 控制算法
一．实验要求
1.
了解和掌握连续控制系统的PID 控制的原理。 2.
了解和掌握被控对象数学模型的建立。 3.
了解和掌握数字PID 调节器控制参数的工程整定方法。 4. 观察和分析在标准PID 控制系统中，P .I.D 参数对系统性能的影响。
二．实验内容及步骤
⑴ 确立模型结构
本实验采用二个惯性环节串接组成实验被控对象，T1=0.2S ，T2=0.5S Ko=2。
S e T K s G τ-+?≈+?+=1
S 110.2S 21S 5.01)(000 ⑵ 被控对象参数的确认
被控对象参数的确认构成如图4-5-10所示。本实验将函数发生器（B5）单元作为信号发生器，矩形波输出（OUT ）施加于被测系统的输入端R ，观察矩形波从0V 阶跃到+2.5V 时被控对象的响应曲线。
图4-5-10 被控对象参数的确认构成
实验步骤：注：将‘S ST ’用‘短路套’短接!
① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。
② B5的量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度>2秒（D1单元左显示）。
③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 2.5V 左右（D1单元右显示）。 ④ 构造模拟电路：按图4-5-10安置短路套及测孔联线，表如下。
（a ）安置短路套 （b ）测孔联线
⑤ 运行、观察、记录：
A)先运行LABACT 程序，选择界面的“工具”菜单选中“双迹示波器”（Alt+W ）项，弹出双迹示波器的界面，点击开始，用虚拟示波器观察系统输入信号。
图4-5-11 被控对象响应曲线
B) 在图4-5-112被控对象响应曲线上测得t1和t2。
通常取）∞=(3.0)(010Y t Y ，从图中可测得0.36S 1=t
通常取）∞=(7.0)(020Y t Y ，从图中可测得0.84S 2=t
0.8473
0.3567t -1.204t )]t (y 1[ln -)]t (y 1[ln )]t (y 1[ln t )]t (y 1[n t 0.8473t t )]t (y 1[ln -)]t (y 1[ln t t T 21201020110212
2010120==-----=-=---=τ
式中，)t (y 10=0.3，)t (y 20=0.7
据上式确认0T 和τ。S T 567.00=，S 158.0=τ
C) 求得数字PID 调节器控制参数P K 、I T 、D T （工程整定法）
)/0.2(1)
/0.37()
/0.6(1)/0.5()/2.5(]27.0)/(35.1[100002
00000
T T T T T T T T T T K K D I P ττττττ+?=++?=+=
据上式求得数字PID 调节器控制参数P K 、I T 、D T
Kp=1.28，Ti=0.36，Td=0.055
⑶ 数字PID 闭环控制系统实验
数字PID 闭环控制系统实验构成见图4-5-12，观察和分析在标准PID 控制系统中，P .I.D 参数对系统性能的影响，分别改变P .I.D 参数，观察输出特性，填入实验报告，
图4-5-12 数字PID闭环控制系统实验构成
实验步骤：注：将‘S ST’用‘短路套’短接!
①在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。
②B5的量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度≥2秒（D1单元左显示）。
③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 2.5V（D1单元右显示）。
④构造模拟电路：按图4-5-12安置短路套及测孔联线，表如下。
a
（3）运行、观察、记录：
①运行LABACT程序，选择
微机控制菜单下的数字PID控
制实验下的标准PID控制选项，会
弹出虚拟示波器的界面，设置采样
周期T=0.05秒,然后点击开始后将
自动加载相应源文件，运行实验程序。
②在程序运行中，设置Kp=0.33，Ti=0.36，Td=0.055，然后点击发送。
③点击停止，观察实验结果。
⑷数字PID调节器控制参数的修正
采样周期保持T=0.015秒，为了使系统的响应速度加快，可增大比例调节的增益Kp （设Kp=2.4）；又为了使系统的超调不致于过大，牺牲一点稳态控制精度，增加点积分时间常数Ti=0.5，微分时间常数Td不变，观察实验结果。
实验心得：通过本次试验，我们对PID 控制有了进一步的了解，PID 控制即在一个控制系统中，采用比例积分控制，它能够很好的描述一个闭环控制系统，在他的传递函数g （s ）难以用其他式子描述的情况。知道了怎样用PID 控制带时延的一阶或二阶惯性环节的控制对象的模型的建立。建立好了模型才更容易进行广义对象的脉冲传递函数的取求，以及后续的PID 的整定，以及对系统性能的影响的分析和研究。
4.7 大林算法
4.7.1 大林算法（L=2）
一．实验目的
1．了解和掌握数字控制器的原理和直接设计方法。
2．了解和掌握用Z 传递函数建立后向差分方程的方法。
3．完成对大林算法控制系统的设计及控制参数Ki 、Pi 的计算。
4．理解和掌握大林算法中有关振铃产生的原因及消除的方法。
5．观察和分析大林算法控制系统的输出波形是否符合设计要求。
二．实验内容及步骤
本实验用于观察和分析输入为阶跃信号时被测系统的大林算法控制特性。
大林算法的设计目标是设计一个数字调节器，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节的串联，并期望整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象的滞后时间相同，并且，纯滞后时间与采样周期是整数倍关系。
振铃现象是指数字控制器的输出以接近1/2采样频率的频率大幅度衰减振荡。
⑴ 确立被控对象模型结构
本实验采用二个惯性环节串接组成实验被控对象，T 1、T 2分别为二个惯性环节的时间常数。
设T 1=0.2S ，T 2=0.5S ，Ko=5，其传递函数为： 1
0.2S 51S 5.01)(0+?+=s G
⑵被控对象参数的确认
这种被控对象在工程中普遍采用阶跃输入实验辨识的方法确认T0和τ。
图4-7-1 被控对象参数的确认构成
实验步骤：注：将‘S ST’用‘短路套’短接!
①在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。
②B5的量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度>2秒（D1单元左显示）。
③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 2.5V左右（D1单元右显示）。
④构造模拟电路：按图4-7-1安置短路套及测孔联线，表如下。
（a）安置短路套（b）测孔联线
A)先运行LABACT程序，选择界
面的“工具”菜单选中“双迹示波
器”（Alt+W）项，弹出双迹示波器
的界面，点击开始，用虚拟示波器
观察系统输入信号。
图4-7-2 被控对象响应曲线在图4-7-2被控对象响应曲线上测得t1和t2。按Yo(∞)=2.5V：取V
t
Y75
.0
5.2
3.0
)
(
1
=
?
=，从图中可测得0.36S
1
=
t；
取V
t
Y75
.1
5.2
7.0
)
(
2
=
?
=，从图中可测得0.84S
2
=
t。
0.8473
0.3567t
-
1.204t
)]
t(
y
1[
ln
-
)]
t(
y
1[
ln
)]
t(
y
1[
ln
t
)]
t(
y
1[n
t
0.8473
t
t
)]
t(
y
1[
ln
-
)]
t(
y
1[
ln
t
t
T
2
1
2
1
2
1
1
2
1
2
2
1
1
2
==
-
-
-
-
-
=
-
=
-
-
-
=
τ
据上式确认0T 和τ：To=0.567，158.0=τ。
⑶ 确定采样周期
τ为用阶跃输入实验辨识后的被控对象纯滞后时间，为了简化计算，设其τ为采样周期T 的整数倍，即τ=LT 。由于158.0=τ，设L=2，则取采样周期T ≈0.08秒。
⑷ 求取广义对象的脉冲传递函数
T 1=0.2S ，T 2=0.5S ，Ko=5，采样周期T=0.08秒，求得广义对象的脉冲传递函数：
212
105712.05224.110663.00799.06667.1)(----+-+?=Z
Z Z Z z G 注：在计算脉冲传递函数时，必须保证小数点后四位有效数，否则将影响控制精度，下同。
⑸ 求取闭环系统的脉冲传递函数
设T m =0.4，L=2 ，采样周期T=0.08秒，求得闭环系统的脉冲传递函数： z z z 13
81873.0118127.0)(---=φ
⑹求取数字调节器D(Z)的脉冲传递函数
数字调节器D(Z)的脉冲传递函数：
()()()[]z z z z z z z z z z z z z z z z G z z D 43243214
32015.018.068.001.0178.007.236.102.00243.00905.00015.01333.01035.0276.01813.01)(-------------++-=---++-=-=φφ ⑺ 数字调节器的脉冲传递函数标准解析式
设计算机输入为E(z)，输出为U(z)），列出数字控制器的脉冲传递函数标准解析式：
3322113
3221101)()()(------++++++==Z
P Z P Z P Z K Z K Z K K Z E Z U Z D ⑻ 建立后向差分方程
U K =K O E K + K 1E K-1 + K 2E K-2 + K 3E K-3 - P 1U K-1 - P 2U K-2 - P 3U K-3
式中E K ~E K-3为误差输入；U K-1~U K-3为计算机输出。（i K 与i P 取值范围：－2.55~+2.55） 后向差分方程的各项系数：
15.0,18.0,68.0,01.078
.0,07.2,36.1,0,0432143210
-=-=-===-====P P P P K K K K K
⑼ 大林算法控制实验
大林算法闭环控制系统构成如图4-7-2所示。观察矩形波从0V 阶跃到+2.5V 时被测系统的控制特性。
图4-7-2 大林算法系统构成
实验步骤：注：将‘S ST ’用‘短路套’短接!
① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。
② B5的量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度>2秒（D1单元左显示）。
③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 2.5V 左右（D1单元右显示）。 ④ 构造模拟电路：按图4-5-16安置短路套及测孔联线，表如下。
（a ）安置短路套 （b ）测孔联线
⑤ 运行、观察、记录 A 、大林算法 ① 运行LABACT 程序，选择微机控制菜单下的大林算法下的L=2选
项，会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后将自动加载相应源文件，运行实验程序。 ② 控制参数设定
该实验的显示界面中已设定采样周期 T=0.08S ，
“计算公式”栏设定控制参数：15.0,18.0,68.0,01.078
.0,07.2,36.1,4321432-=-=-===-==P P P P K K K
③ 观察被测系统输入/数字调节器D(Z)的输出时域特性
从图中可了解到数字调节器D(Z)对系统的输入滞后了2拍（0.08秒×2=0.16秒），及振铃幅度。
④ 观察被测系统输出/数字调节器D(Z)/系统的输出时域特性
从图中可了解到校正后闭环系统的时间常数m T =0.4秒，无超调，符合设计要求。
B 、振铃消除
⑴．找出数字调节器D(Z)左半平面的极点：
]
4156).j0913.0(1][4156).j0913.0(1)[0.82871)17764.00705.23601.1)(11114
32z z z z z z z z D -------++-++-+-=（（ 令左半平面的极点的Z=1，使之消除振铃现象，可得下式：
494.2]4156).j0913.0(1][4156)
.j0913.0(1)[0.82871111=++-++---z z z （
z z z z z D 432131.083.055.0)(----+-== 可列出后向差分方程的各项系数：
⑵．大林算法闭环控制系统实验构成如图4-7-2所示，构造模拟电路同上。
、 ⑶． 运行、观察、记录：
同上运行实验程序。
控制参数设定：该实验的显示界面中已设定采样周期 T=0.08S ，
“计算公式”栏设定控制参数：
① 观察被测系统输入/数字调节器D(Z)的输出时域特性
从图中可了解到数字调节器D(Z)对系统的输入滞后了2拍（0.08秒×2=0.16秒），
及振铃幅度大大减小。
② 观察被测系统输出/数字调节器D(Z)/系统的输出时域特性
从图中可了解到校正后闭环系统的时间常数m T =0.44秒，略有增加，並略有超调。
0,0,0,131
.0,83.0,54.0,4321432=====-==P P P P K K K 0,0,0,131
.0,83.0,54.0,4321432=====-==P P P P K K
K
实验心得：在做实验前,一定要将课本上的知识吃透,因为这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就会听不懂,这将使你在做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时间.比如做应变片的实验,你要清楚电桥的各种接法,如果你不清楚,在做实验时才去摸索,这将使你极大地浪费时间,使你事倍功半.做实验时,一定要亲力亲为,务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,弄明白,实验后,还要复习,思考,这样,你的印象才深刻,记得才牢固,否则,过后不久你就会忘得一干二净,这还不如不做.做实验时,老师还会根据自己的亲身体会,将一些课本上没有的知识教给我们,拓宽我们的眼界,使我们认识到这门课程在生活中的应用是那么的广泛.
通过这次测试技术的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅
计算机控制技术(第2版)部分课后题答案
} 第一章 1、计算机控制系统是由哪几部分组成的画出方框图并说明各部分的作用。 答:计算机控制系统由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部分组成；框图P3。 1）工业控制机主要用于工业过程测量、控制、数据采集、DCS操作员站等方面。 2）PIO设备是计算机与生产过程之间的信息传递通道，在两者之间起到纽带和桥梁的作用。 3）生产过程就是整个系统工作的各种对象和各个环节之间的工作连接。 2、计算机控制系统中的实时性、在线方式与离线方式的含义是什么为什么在计算机控制系统中要考虑实时性 （1）实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。 . （2）实时性一般要求计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干并行执行的多个任务，加快程序执行速度；在一定的周期时间对所有事件进行巡查扫描的同时，可以随时响应事件的中断请求。 3.计算机控制系统有哪几种典型形式各有什么主要特点 （1）操作指导控制系统（OIS） 优点：结构简单、控制灵活和安全。 缺点：由人工控制，速度受到限制，不能控制对象。 （2）直接数字控制系统(DDC) （属于计算机闭环控制系统） 优点：实时性好、可靠性高和适应性强。 （3）监督控制系统（SCC） - 优点：生产过程始终处于最有工况。 （4）集散控制系统 优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。 （5）现场总线控制系统 优点：与DOS相比降低了成本，提高了可靠性。 （6）PLC+上位系统 优点：通过预先编制控制程序实现顺序控制，用PLC代替电器逻辑，提高了控制是现代灵活性、功能及可靠性。 } 第二章 1、什么是工业控制计算机它们有哪些特点 答：工业控制计算机是将PC机的CPU高速处理性能和良好的开放式的总线结构体系引入到控制领域，是工业自动化设备和信息产业基础设备的核心。 特点如下： 可靠性高；实时性好；环境适应性强；模块化设计，完善的I/O通道；系统扩充性好；系统开放性好；控制软件包功能强。
计算机控制系统设计性实验
计算机控制系统设计性实验报告 学生姓名:学号： 学院:自动化工程学院 班级: 题目:
设计性实验撰写说明 正文：正文内容层次序号为： 1、1.1、1.1.1 2、2.1、2.1.1……。 1、选题背景：说明本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求；简述本设计的指导思想。 2、方案论证(设计理念)：说明设计原理（理念）并进行方案选择，阐明为什么要选择这个设计方案以及所采用方案的特点。 3、过程论述：对设计工作的详细表述。要求层次分明、表达确切。 4、结果分析：对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。 5、结论或总结：对整个研究工作进行归纳和综合。 6、设计心得体会。 课程设计说明书（报告）要求文字通顺，语言流畅，无错别字，用A4纸打印并右侧装订。
《计算机控制系统》设计性实验 一、通过设计性实验达到培养学生实际动手能力方法及步骤： 对系统设计方法可以从“拿到题目”到“进行分析”再到“确定解决方案”最后到“具体系统的设计的实现”的整个过程进行全方位的启发。让学生掌握对不同的控制系统设计方法和基本思想，从工程角度对待设计题目，尽量做到全面认识理解工程实际与实验室环境的区别，逐步引入工程思想，提高学生设计技巧和解决实际问题的能力。 1、了解和掌握被控制对象的特性； 2、选择合理的传感器（量程、精度等）； 3、计算机控制系统及接口的设计（存储器、键盘、显示）； 4、制定先进的、合理的控制算法； 5、结合控制系统的硬件系统对软件进行设计； 6、画出系统硬件、软件框图； 7、系统调试。 二、具体完成成品要求： 1、对传感器、A/D、D/A、中央处理器、显示、键盘、存储器的选型大小等； 2、实现系统硬件原理图用Protel或Proteus、MATLAB软件（框图）仿真设计； 3、达到课题要求的各项功能指标； 4、系统设计文字说明书； 5、按照学号循环向下作以下7个题目。 三、系统控制框图： 控制系统硬件框图
计算机控制技术实验报告
精品文档
精品文档 实验一过程通道和数据采集处理 为了实现计算机对生产过程或现场对象的控制，需要将对象的各种测量参数按 要求转换成数字信号送入计算机；经计算机运算、处理后，再转换成适合于对生产 过程进行控制的量。所以在微机和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换的连 接通道，该通道称为过程通道。它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量 输入通道、数字量输出通道。 模拟量输入通道：主要功能是将随时间连续变化的模拟输入信号变换成数字信 号送入计算机，主要有多路转化器、采样保持器和 A/D 转换器等组成。模拟量输出通道：它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信 号，主要有 D/A 转换器和输出保持器组成。 数字量输入通道：控制系统中，以电平高低和开关通断等两位状态表示的 信号称为数字量，这些数据可以作为设备的状态送往计算机。 数字量输出通道：有的执行机构需要开关量控制信号 ( 如步进电机 ) ，计算机 可以通过 I/O 接口电路或者继电器的断开和闭合来控制。 输入与输出通道 本实验教程主要介绍以 A/D 和 D/A 为主的模拟量输入输出通道， A/D 和D/A的 芯片非常多，这里主要介绍人们最常用的 ADC0809和 TLC7528。 一、实验目的 1．学习 A/D 转换器原理及接口方法，并掌握ADC0809芯片的使用 2．学习 D/A 转换器原理及接口方法，并掌握TLC7528 芯片的使用 二、实验内容 1．编写实验程序，将－ 5V ~ +5V 的电压作为 ADC0809的模拟量输入，将 转换所得的 8 位数字量保存于变量中。 2．编写实验程序，实现 D/A 转换产生周期性三角波，并用示波器观察波形。 三、实验设备 + PC 机一台， TD-ACC实验系统一套， i386EX 系统板一块 四、实验原理与步骤 1．A/D 转换实验 ADC0809芯片主要包括多路模拟开关和 A/D 转换器两部分，其主要特点为：单 电源供电、工作时钟 CLOCK最高可达到 1200KHz 、8 位分辨率， 8 +个单端模拟输 入端， TTL 电平兼容等，可以很方便地和微处理器接口。 TD-ACC教学系统中的 ADC0809芯片，其输出八位数据线以及 CLOCK线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟1MCLK(1MHz) 上。其它控制线根据实验要求可另外连接(A 、B、C、STR、/OE、EOC、IN0～ IN7) 。根据实验内容的第一项要求，可以设计出如图 1.1-1 所示 的实验线路图。
微型计算机控制技术第五章(王洪庆)习题详解
()()() ∑∑==-=-+ m r r n k k r n x b k n y a n y 0 1 5-1 什么是离散控制系统，它有什么特点？它是如何组成的。 答：由离散的变量构成或将连续的变量离散成离散变量而构成的控制系统就是离散控制系统。 离散控制系统的特点：它的结果可分为两部分，一部分结果可直接用连续系统的相应结果导出，另一部分则是离散控制系统所特有的。 离散控制系统的组成：输入变量，状态变量和输出变量。 5-2 什么是Z 变换及反Z 变换，我们主要利用它干什么？ Z 变换: 对采样函数x *(t)作拉氏变换，再引入一个新的复变量z ，即可得到采样函数的Z 变换。记作 : )]([)(*t x Z z X = 一般，采样函数的变量直接用k 表示，即x(k)=x(kT),这样 k k k k z x z k x t x Z z X -∞ =-== =∑0 * )()]([)( Z 反变换： 由X(z)求出脉冲序列（即采样函数x *(t)），称为Z 反变换。 可分别记作 1 -Z ［X(z) ］= x *(t) 脉冲序列 1 -Z ［X(z) ］= x(k) 数值序列 它的作用：可用它来演算或直接分析离散控制系统。 5-3 什么是差分方程，我们主要利用它干什么？ 答：对采样系统进行分析研究时，首先也要建立它的数学模型。连续系统用微分方程来描述，采样系统不能用微分方程来描述，而只能用差分方程来描述。差分方程的一般形式： 5-4 什么是脉冲传递函数，我们主要利用它干什么？ 脉冲传递函数：定义：在初始条件为零情况下，环节或系统输出脉冲序列的Z 变换)(z C 与输入脉冲序列的z 变换)(z R 之比称为脉冲传递函数，即
计算机控制系统实验报告
南京理工大学 动力工程学院 实验报告 实验名称最少拍 课程名称计算机控制技术及系统专业热能与动力工程 姓名学号 成绩教师任登凤
计算机控制技术及系统 一、 实验目的及内容 通过对最少拍数字控制器的设计与仿真，让自己对最少拍数字控制器有更好的理解与认识，分清最少拍有纹波与无纹波控制系统的优缺点，熟练掌握最少拍数字控制器的设计方法、步骤，并能灵巧地应用MATLAB 平台对最少拍控制器进行系统仿真。 （1） 设计数字调节器D(Z)，构成最少拍随动控制系统，并观察系统 的输出响应曲线； （2） 学习最少拍有纹波系统和无纹波系统，比较两系统的控制品质。 二、实验方案 最少拍控制器的设计理论 r (t ) c(t ) e*(t) D (z) E (z) u*(t) U (z) H 0(s )C (z) Gc (s ) Φ(z) G(z) R(z) 图1 数字控制系统原理图 如图1 的数字离散控制系统中，G C (S)为被控对象，其中 H(S)= (1-e -TS )/S 代表零阶保持器，D(Z)代表被设计的数字控制器，D(Z)的输入输出均为离散信号。 设计步骤:根据以上分析 1）求出广义被控对象的脉冲传递函数G (z ) 2）根据输入信号类型以及被控对象G (z )特点确定参数q, d, u, v, j, m, n 3）根据2）求得参数确定)(z e Φ和)(z Φ 4）根据 )(1) ()(1)(z z z G z D Φ-Φ= 求控制器D (z ) 对于给定一阶惯性加积分环节，时间常数为1S ，增益为10，采样周期T 为1S 的对象，其传递函数为：G C (S) =10/S(S+1)。 广义传递函数： G(z)=Z [])()(s G s H c ?=Z ?? ?????--)(1s G s e c Ts =10(1-z -1 )Z ??????+)1(12s s =3.68×) 368.01)(1() 717.01(1 111------+z z z z
计算机控制技术实验3
1.1、某系统的开环传递函数为 432 20 G(s)= 83640s s s s +++ 试编程求系统在单位负反馈下的阶跃响应曲线，并求最大超调量。 Matlab 命令： clc;clear all ; num=[20];den=[1 8 36 40 0]; [num,den]=cloop(num,den,-1); s=tf(num,den); step(s,20);
Step Response Time (sec) A m p l i t u d e 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.2、典型二阶系统 22 2 G()2n n n s s s ωξωω=++ 编程求当ωn =6,ζ取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0时的单位阶跃响应曲线。 Matlab 命令： clc;clear all ; wn=6;kesi=[0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.5 2.0];
hold on ; for n=1:7 num=[wn^2];den=[1 2*kesi(n)*wn wn^2]; s=tf(num,den); step(s,20); end hold off ; Step Response Tim e (sec) A m p l i t u d e
1.3、典型二阶系统传递函数为： 2 2 2 2)(n n n s s s G ωξωω++= 绘制当ζ=0.7,ωn 取2、4、6、8、10、12时的单位阶跃响应曲线。 Matlab 命令： clc;clear all ; wn=[2 4 6 8 10 12];kesi=0.7; hold on ; for n=1:6; num=[wn(n)^2];den=[1 2*kesi*wn(n) wn(n)^2]; s=tf(num,den); step(s,20); end hold off ;
计算机控制技术习题集复习
第一章： 1.1什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？ 硬件由主机、外设、输入输出通道、检测元件和执行机构组成，软件则由系统软件和应用软件两部分组成。 1.2计算机控制系统怎么分类，按功能分为几类？ 可以按系统的功能、控制规律或控制方式等分类。按功能分类可以分为一下几类： 操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统1.4计算机控制系统的发展趋势主要表现在哪几个方面？ 1）以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流； 2）PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展； 3）面向测管一体化的DCS系统； 4）控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展。 计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统(DCS)后，将朝着现场总线控制系统(FCS)的方向发展。 第二章： 2.1单片机检查判断A/D转换结束的方法 程序延时方式（同步方式） 通过查阅手册了解A/D转换一个数据所需时间，在CPU启动A/D转换之后，执行一个固定延时程序，延时应大于或等于A/D的转换时间，然后CPU再读取A/D的转换结果程序查询方式 转换完成EOC信号通过并行端口，送入CPU。 在CPU启动A/D转换之后 CPU不断查询A/D的转换结束信号 一旦该信号有效，CPU读取A/D转换结果 中断方式 用A/D转换结束信号向微机系统发出中断申请，CPU采用中断方式读取A/D转换结果。 2.2逐次逼近式A/D转换
注释：每一次的相加或者相减均为上一个数据的1/2的值，若V0
计算机控制技术实验二
一、 实验目的 （1）对PID 数字控制的改进算法用MATLAB 进行仿真。 二、 实验内容 1、积分分离PID 控制算法 在普通PID 控制中，积分的目的是为了消除误差提高精度，但在过程的启动、结束或大幅度增减设定是，短时间内系统输出有很大偏差，会造成PID 运算的积分积累，致使控制量超过执行机构可能允许的最大动作范围对应的极限控制量，引起系统较大的超调，甚至引起系统较大的振荡，这在生产中是绝对不允许的。 积分分离控制基本思路是，当被控量与设定值偏差较大时，取消积分作用，以免由于积分作用使系统稳定性降低，超调量增大；当被控量接近给定值时，引入积分控制，以便消除静差，提高控制精度。其具体实现步骤是： 1） 根据实际情况，人为设定阈值ε>0； 2） 当ε>)(k e 时，采用PD 控制，可避免产生过大的超调，又使系统有较快的响应； 3） 当ε≤)(k e 时，采用PID 控制，以保证系统的控制精度。 积分分离算法可表示为： ∑=--++=k j d i p T k e k e k T j e k k e k k u 0 ) 1()()()()(β 式中，T 为采样时间，β为积分项的开关系数，?? ?>≤=ξ ξ β|)(|0|)(|1k e k e 仿真1 设备控对象为一个延迟对象1 60)(80+=-s e s G s ，采样周期为20s ，延迟时间为4个 采样周期，即80s 。输入信号r(k)=40，控制器输出限制在[-110,110]。 3,005.0,8.0===d i p k k k 被控对象离散化为)5()2()1()2()(-+--=k u num k y den k y 仿真方法：仿真程序：ex9_1.m 。当M=1时采用分段积分分离法，M=2时采用普通PID 控制。 %Integration Separation PID Controller clear all ; close all ; ts=20; %Delay plant sys=tf([1],[60,1],'inputdelay',80); dsys=c2d(sys,ts,'zoh'); [num,den]=tfdata(dsys,'v');
计算机控制系统实验报告2
江南大学物联网工程学院 《计算机控制系统》 实验报告 实验名称实验二微分与平滑仿真实验 实验时间2017.10.31 专业班级 姓名学号 指导教师陈珺实验成绩
一、实验目的与要求 1、了解微分对采样噪音的灵敏响应。 2、了解平滑算法抑制噪音的作用。 3、进一步学习MATLAB 及其仿真环境SIMULINK 的使用。 二、仿真软硬件环境 PC 机，MATLAB R2012b 。 三、实验原理 如图微分加在正反馈输入端，计算机用D(Z)式进行微分运算。R 为阶跃输入信号，C 为系统输出。由于微分是正反馈，当取合适的微分时间常数时，会使系统响应加快。若微分时间常数过大，则会影响系统稳定性。 四、D(Z)设计 1、未平滑时的D(Z) 用一阶差分代替微分运算： )1()()()(1--==Z T T Z X Z Y Z D D 式中T Ｄ为微分时间常数，T 为计算机采样周期。 2、平滑后的D(Z) 微分平滑运算原理如图： 取Y ＊(k)为四个点的微分均值，有 )331(6)()()( )33(6 )5 .15.05.05.1(4)( 321321221*-----------+==∴--+=-+-+-+-= Z Z Z T T Z X Z Y Z D X X X X T T X X X X X X X X T T K Y D K K K K D K K K K D x t + ○R
五、SIMULINK仿真结构图 七、思考题 1、微分噪音与采样噪音和采样周期T有什么关系?与微分时间常数有什么关系? 2、平滑后系统输出有无改善?是否一定需要平滑?
计算机控制技术
《计算机控制技术》课程教学大纲 课程名称：计算机控制技术 英文名称：The Technology of Control Based On The Computer 课程类型：专业基础选修课 总学时：48 讲课学时：40 实验学时：8 学时：48 学分：3 适用对象：自动化专业、测控技术与仪器 先修课程：自动控制原理、现代控制理论、微机原理及应用、单片机原理及应用 一、课程性质、目的和任务 《计算机控制技术》是自动化专业的一门重要的专业基础课。课程的教学目的在于使学生掌握通过计算机来实现自动控制的工作原理和一般的方法，掌握计算机控制系统的分析和设计的基本理论和方法。在本课程的教学过程中，着重突出阐述基本的数字控制器的设计方法，针对计算机控制系统的特点，介绍具体的数字控制器的设计技术。最后，通过对目前国内典型的计算机控制系统的举例及分析，使学生能够更加具体地了解以数字控制器为核心的计算机控制系统的一般设计过程和在控制方法上的特点。通过课程学习，培养学生分析问题与解决问题的能力，培养学生一定的动手能力，为进一步学习专业知识以及毕业后从事专业工作打下必要的基础。 二、教学基本要求 本课程主要以线性离散控制系统为研究对象，进行系统的分析与设计。学完本课程应达到以下基本要求： 1．了解计算机控制系统的组成、特点及分类，典型的计算机控制系统和计算机控制系的发展方向。 2．了解计算机控制系统基本的输入输出接口技术和输入输出通道的组成及其作用。 3．掌握线性离散系统的基本理论和分析方法。 4．掌握数字PID控制算法，并在此基础上能进行计算机控制系统的模拟化设计。 5．熟练掌握计算机控制系统的直接设计方法。 6．了解纯滞后对象的特点及其控制算法——大林算法。 三、教学内容及要求 1．绪论 ①理解计算机控制系统的组成及特点； ②理解计算机控制系统的分类； ③了解典型的计算机控制系统； ④了解机控制系统的发展方向。 2．输入输出接口和通道 ①了解I/O接口与I/O控制方式； ②了解I/O通道的组成、分类及其作用；
计算机控制技术习题—广州工业大学
1.1 什么是计算机控制系统？它由哪几个部分组成？ 1.2 计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？ 1.3 实时、在线方式和离线方式的含义是什么？ 1.4 工业控制机的哪几个部分组成？各部分的主要作用是什么？工业控制机的特点有哪些？ 1.5 什么是总线、内部总线和外部总线？ 1.6 PC总线和STD 总线各引线的排列和含义是怎样的？ 1.7 RS-232C 和 IEEE-488 总线各引线的排列和含义是怎样的？ 2.1 什么是接口、接口技术和过程通道？ 2.2 采用74LS244和74LS273与PC总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量）输入接口和8路数字量(开关量)输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字输入和数字输出程序。 2.3 采用8位 A/D 转换器 ADC0809 通过 8255A 与PC总线工业控制机接口，实现8路模拟量采集。请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序。 2.4 用12位 A/D 转换器 AD574 通过 8255A 与PC总线工业控制机接口，实现模拟量采集。请画出接口原理图，并设计出A/D转换程序。 2.5 请分别画出一路有源I/V变换电路和一路无源I/V变换电路图,并分别说明各元器件的作用？ 2.6 什么是采样过程、量化、孔径时间？ 2.7 采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟器输入通道中都需要采样保持器？为什么？ 2.8 一个8位 A/D 转换器，孔径时间为100μs, 如果要求转换误差在A/D 转换器的转换精度 (0.4 %) 内，求允许转换的正选波模拟信号的最大频率是多少？ 2.9 试用 8255A 、AD574、LF398、CD4051 和PC总线工业控制机接口，设计出8路模拟量采集系统。请画出接口电路原理图，并编写相应的8路模拟量的数据采集程序。 2.10 采用DAC0832和PC总线工业控制机接口，请画出接口电路原理图，并编写D/A转换程序。 2.11 采用 DAC1210 和PC总线工业控制机接口，请画出接口电路原理图，并编
智慧树知到《计算机控制技术》章节测试含答案
智慧树知到《计算机控制技术》章节测试含答 案 智慧树知到《计算机控制技术》章节测试含答案绪论单元测试 1.计算机控制技术是实现自动化的主要方法和手段。A :对B: 错答案： 【对】 第一章单元测试 1.自动控制系统是指在没有人参与的情况下，通过控制器使 生产过程自动地按照预定规律运行的系统。（）A:错B:对答案: 【对】 2.操作指导控制系统的最大优点是：结构简单，控制灵活和 安全。（）A:对B:错答案： 【对】 3.直接数字控制的特点是：闭环结构，控制的实时性好，可 以控制多个回路或对象。（）A:错B:对答案： 【对】 4.在现代工业屮，计算机控制系统的工作原理的基本步骤是 O o A :实时控制输出B:实时控制决策C:实时数据采集D:实时数据传输答案： 【实时控制输出；实时控制决策；实时数据采集】
5.在现代工业屮，计算机控制系统由计算机和两大部分组 成。（）A:过程通道B:外部设备C:生产过程D:被控对象答案: 【生产过程】 &微型计算机控制系统的硬件由（）组成。A :主机B:输入输出通道C:测量变送与执行机构D:外部设备答案： 【主机；输入输出通道；测量变送与执行机构；外部设备】 7.计算机控制系统主要有六类，分别是直接数字控制系统.操 作指导控制系统?计算机监督控制系统.（）.现场总线控制系统. 综合自动化系统。O A:计算机集成制造系统B:数控系统C:分布式控制系统D:计算机集成过程系统答案： 【计算机集成制造系统】 8.分布式控制系统DCS包括（）,形成分级分布式控制。A : 集屮监控级B:现场设备级C:过程控制级D:综合管理级答案：【集屮监控级；现场设备级；过程控制级；综合管理级】 9.分布式控制系统DCS的最大优点是：结构简单，控制灵活和安全。（）A:错B:对答案： 【错】 10.计算机监督控制系统（SCC）中，SCC计算机的作用是 （）o A :当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作B:按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机C:接收测量值和管 理命令并提供给DDC计算机D:SCC计算机与控制无关答案：【按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机】
《计算机控制系统》实验手册
《计算机控制系统》实验手册 上海海事大学电气自动化系施伟锋 上海海事大学电气自动化实验中心李妮娜 目录 1《计算机控制系统》实验指导(Matlaｂ版) (2) 实验一数字PID参数的整定 (3) 实验二Ｓmith算法的运用..........................................５实验三二阶对象数字控制系统设计..............................７实验四达林控制算法的运用 (9) 2 《计算机控制系统》实验指导(DSP版） (11) 实验一实验系统介绍与CＣS软件使用入门 (11) 实验二数字I/O实验—交通灯实验 (26) 实验三PWM输出实验１——直流电机控制实验 (30) 3 《计算机控制系统》课程设计指导（Ｍatlab版）………3３ 4 《计算机控制系统》课程设计指导（DSＰ版) (35) 5 《计算机控制系统》课程设计报告或小论文格式 (40)
《计算机控制系统》实验指导 （Ｍaｔlab 版) 一、实验课程教学目的与任务 通过实验设计或计算机仿真设计，使学生了解和掌握数字ＰＩD控制算法的特点、了解系统PID参数整定和数字控制系统的直接设计的基本方法,了解不同的控制算法对被控对象的控制特性，加深对计算机控制系统理论的认识，掌握计算机控制系统的整定技术，对系统整体设计有一个初步的了解。 根据各个实验项目,完成实验报告(用实验报告专用纸)。 二、实验要求 学生在熟悉ＰC机的基础上，熟悉ＭAＴLAＢ软件的操作，熟悉Ｓiｍuli ｎk工具箱的软件编程。通过编程完成系统的设计与仿真实验，逐步学习控制系统的设计,学习控制系统方案的评估与系统指标评估的方法。 计算机控制系统主要技术指标和要求: 根据被控对象的特性,从自动控制系统的静态和动态质量指标要求出发对调节器进行系统设计，整体上要求系统必须有良好的稳定性、准确性和快速性。一般要求系统在振荡２~3次左右进入稳定;系统静差小于3％~5%的稳定值（或系统的静态误差足够小）；系统超调量小于３0％~５0%的稳定值;动态过渡过程时间在3~5倍的被控对象时间常数值。 系统整定的一般原则: 将比例度置于交大值,使系统稳定运行。根据要求,逐渐减小比例度,使系统的衰减比趋向于４：１或10：1。若要改善系统的静态特性,要使系统的静差为零,加入积分环节,积分时间由大向小进行调节。若要改善系统的动态特性,增加系统的灵敏度,克服被控对象的惯性,可以加入微分环节,微分时间由小到大进行调节。PID控制的三个特性参数在调节时会产生相互的影响，整定时必需综合考虑。系统的整定过程是一个反复进行的过程，需反复进行。
《计算机控制技术》习题参考答案完整版
《计算机控制技术》 （机械工业出版社范立南、李雪飞） 习题参考答案 第1章 1．填空题 (1) 闭环控制系统，开环控制系统 (2) 实时数据采集，实时决策控制，实时控制输出 (3) 计算机，生产过程 (4) 模拟量输入通道，数字量输入通道，模拟量输出通道，数字量输出通道 (5) 系统软件，应用软件 2．选择题 (1) A (2) B (3) C (4) A (5) B 3．简答题 (1) 将闭环自动控制系统中的模拟控制器和和比较环节用计算机来代替，再加上A/D转换器、D/A转换器等器件，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图所示。 计算机控制系统由计算机（通常称为工业控制机）和生产过程两大部分组成。工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。 (2)
操作指导控制系统：其优点是控制过程简单，且安全可靠。适用于控制规律不是很清楚的系统，或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。其缺点是它是开环控制结构，需要人工操作，速度不能太快，控制的回路也不能太多，不能充分发挥计算机的作用。 直接数字控制系统：设计灵活方便，经济可靠。能有效地实现较复杂的控制，如串级控制、自适应控制等。 监督计算机控制系统：它不仅可以进行给定值的控制，还可以进行顺序控制、最优控制、自适应控制等。其中SCC+模拟调节器的控制系统，特别适合老企业的技术改造，既用上了原有的模拟调节器，又可以实现最佳给定值控制。SCC+DDC的控制系统，更接近于生产实际，系统简单，使用灵活，但是其缺点是数学模型的建立比较困难。 集散控制系统：又称分布式控制系统，具有通用性强、系统组态灵活，控制功能完善、数据处理方便，显示操作集中，调试方便，运行安全可靠，提高生产自动化水平和管理水平，提高劳动生产率等优点。缺点是系统比较复杂。 计算机集成制造系统：既能完成直接面向过程的控制和优化任务，还能完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理的任务。但是计算机集成制造系统所要解决的不仅是局部最优问题，而是一个工厂、一个企业乃至一个区域的总目标或总任务的全局多目标最优，即企业综合自动化问题。 现场总线控制系统：成本低、可靠性高，而且在同一的国际标准下可以实现真正的开放式互联系统结构。 嵌入式控制系统：嵌入式控制系统是面向特定应用而设计的、对功能、
第四章 计算机控制技术实验
计算机控制技术实验 班级：电信131 姓名：高博言 学号：201301242 7
一．实验目的 1、了解模/数转换器A/D芯片ADC0809转换性能及编程。 2、编制程序通过0809采样输入电压并转换成数字量值。 二．实验说明 模/数转换实验框图见图4-2-1所示。 图4-2-1 模/数转换实验框图 模/数转换器（B8单元）提供IN4~IN7端口，供用户使用，其中IN4、IN5有效输入电平为0V～+5V，IN6和IN7为双极性输入接法，有效输入电平为-5V～+5V，有测孔引出。 二．实验内容及步骤 （1）将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔，作为模/数转换器（B7）输入信号： B1单元中的电位器左边K3开关拨下（GND），右边K4开关拨上（+5V）。 （2）测孔联线：B1（Y）→模/数转换器B7（IN4）（信号输入）。 （3）运行、观察、记录： 运行LABACT程序，选择微机控制菜单下的模/数转换实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后，在虚拟示波器屏幕上显示出即时模/数转换二进制码及其对应的电压值；再次点击开始，将继续转换及显示，满17次后回到原点显示。 屏幕上X轴表示模/数转换的序号，Y轴表示该次模/数转换的结果。每次转换后将在屏幕出现一个“*”，同时在“*”下显示出模/数转换后的二进制码及对应的电压值，所显示的电压值应与输入到模/数转换单元（B7）的输入通道电压相同。每转换满17次后，将自动替代第一次值。输入通道可由用户自行选择，默认值为IN4。
一．实验目的 1、掌握数/模转换器DAC0832芯片的性能、使用方法及对应的硬件电路。 2、编写程序控制D/A输出的波形，使其输出周期性的三角波。 二．实验说明 数/模转换实验框图见图4-1-1所示。 图4-1-1 数/模转换实验框图 三．实验内容及步骤 在实验中欲观测实验结果时，只要运行LABACT程序，选择微机控制菜单下的数/模转换实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后将自动加载相应源文件，可选用虚拟示波器 （B3）单元的CH1测孔测量波形，详见实验指导书第二章虚拟示波器部分。 4.3.1 采样实验 一．实验目的 了解模拟信号到计算机控制的离散信号的转换—采样过程。 二、实验内容及步骤 采样实验框图构成如图4-3-1所示。本实验将函数发生器（B5）单元“方波输出”作为
计算机控制系统设计性实验 (1)
《计算机控制系统》设计性实验 一、通过设计性实验达到培养学生实际动手能力方法及步骤： 对系统设计方法可以从“拿到题目”到“进行分析”再到“确定解决方案”最后到“具体系统的设计的实现”的整个过程进行全方位的启发。让学生掌握对不同的控制系统设计方法和基本思想，从工程角度对待设计题目，尽量做到全面认识理解工程实际与实验室环境的区别，逐步引入工程思想，提高学生设计技巧和解决实际问题的能力。 1、了解和掌握被控制对象的特性； 2、选择合理的传感器（量程、精度等）； 3、计算机控制系统及接口的设计（存储器、键盘、显示）； 4、制定先进的、合理的控制算法； 5、结合控制系统的硬件系统对软件进行设计； 6、画出系统硬件、软件框图； 7、系统调试。 二、具体完成成品要求： 1、对传感器、A/D、D/A、中央处理器、显示、键盘、存储器的选型大小等； 2、实现系统硬件原理图用Protel或Proteus、MATLAB软件（框图）仿真设计； 3、达到课题要求的各项功能指标； 4、系统设计文字说明书； 5、按照学号循环向下作以下5个题目。 三、系统控制框图： 控制系统硬件框图
四、设计题目： 1、瓦斯气体浓度控制系统： 要求：准确测量和显示瓦斯的浓度，其主要成分是甲烷、一氧化碳、氢气等瓦斯浓度在4﹪以下是安全的，大于4﹪就会引发爆炸很危险。控制算法对气体浓度有预判性，控制通风系统工作，保证环境安全稳定。 a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。 2、酒精浓度自动控制系统： 要求：测量范围10-1000PPM、精度为5PPM。设计传感器的信号调理电路。实现以下要求： 设计信号调理将传感器输出0.2-1.4 V的信号转换为0-5V直流电压信号； a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。 3、恒温箱控制系统： 要求：恒温箱温度控制在70℃-80℃之间，精度0.5℃，有越线报警。并具有断电保护、报警等功能。 a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。
计算机控制技术AD与DA转换实验
深圳大学实验报告课程名称：计算机控制技术 实验项目名称：实验一A/D与D/A转换学院： 专业： 指导教师： 报告人：学号：班级： 实验时间： 实验报告提交时间： 教务部制
一．实验目的 1．通过实验，熟悉并掌握实验系统原理与使用方法。 2．通过实验掌握模拟量通道中模数转换与数模转换的实现方法。 二．实验内容 1．利用实验系统完成测试信号的产生 2．测取模数转换的量化特性，并对其量化精度进行分析。 3．设计并完成两通道模数转换与数模转换实验。 三．实验步骤 1．量化实验： a、实验接线，实验箱上信号源部分的斜波信号接到I1，I2 接O1。 b、打开LabVIEW 软件参考程序实验一.VI 。 c、R0=R1=R2=R3=R4=100K 。 d、锁零接-15V 2．两路互为倒相的周期斜波信号的产生： a、模拟电路如下图 1.1 所示。 b、实验接线如图所示，其中R0=R1=R2=R3=R4=100K 。O1 为周期斜波信号，O2 为偏 置值，I1，I2 互为倒相的周期信号。 c、锁零接-15V 。 d、打开LabVIEW 软件参考程序实验一.VI 。 3．测试信号的发生： a、实验接线，O1 接I1。 b、打开LabVIEW 软件参考程序实验一.VI ，分别通过测试信号选项栏来改变信号发生 类型，分别为正弦波、方波、斜波、和抛物线四种波形。 R2R4 O1 R0 O2 R1- + + R3 - + + I 1 I 2 图1.3
实验截图：
四、实验结论
指导教师批阅意见： 成绩评定： 指导教师签字： 年月日备注： 注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。 2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。
《计算机控制技术》实验指导书
工程技术学院电子与控制工程系实验指导书 《计算机控制技术》实验指导书 制订人：胡东 2010年4月
目录 实验一 A/D与D/A转换实验 (3) 实验二数字PID控制算法的实验研究 (10) 实验三最少拍数字控制器的设计 (15)
实验一 A/D与D/A转换实验 一、实验目的与要求 1、了解几种类型AD转换的原理；掌握使用ADC0809进行模数转换 2、了解几种类型DA转换的原理；掌握使用DAC0832进行数模转换 2、认真预习实验内容，做好准备工作，完成实验报告。 二、实验设备 天煌系列实验仪一套、PC机一台、万用表一个。Proteus软件一套。 三、实验内容 1、ADC0809(F3区) (1) 模数转换器，8位精度，8路转换通道，并行输出 (2) 转换时间100us，转换电压范围0～5V 2、编写程序：制作一个电压表，测量0～5V，结果显示于数码管上。 3、利用Proteus设计DAC仿真电路，编写仿真程序，进行DA实验仿真。利用DA转换
五、实验步骤 1、连线说明： 2、调节0～5V电位器（F2区）输出电压，显示在LED上，第4、5位显示16进制数据，第0、1、2位，显示十进制数据。用万用表验证AD转换的结果。 3、实验记录 旋转电位器，使电压从0V～5V变化。读取数码管显示数据，记录电压值与转换出来的数字量。填入下表： 3、数据分析 （1）计算数字理论值和误差，填入上表。 （2）绘制电压与转换出数字量曲线。 在坐标纸上以电压为横坐标，以数字量为坐标绘制。 4、利用Proteus构建仿真电路，进行编程仿真。 （1）打开Proteus V7.4 SP3软件。从元件库中找到下列元件： ①电容: CAP ②极性电容： CAP-POL ③晶振：CRYSTAL
计算机控制系统实验报告
《计算机控制系统》实验报告 学校：上海海事大学 学院：物流工程学院 专业：电气工程及其自动化 姓名：*** 学号：************
一、实验课程教学目的与任务 通过实验设计或计算机仿真设计，使学生了解和掌握数字PID控制算法的特点、了解系统PID参数整定和数字控制系统的直接设计的基本方法，了解不同的控制算法对被控对象的控制特性，加深对计算机控制系统理论的认识，掌握计算机控制系统的整定技术，对系统整体设计有一个初步的了解。 根据各个实验项目，完成实验报告（用实验报告专用纸）。 二、实验要求 学生在熟悉PC机的基础上，熟悉MATLAB软件的操作，熟悉Simulink工具箱的软件编程。通过编程完成系统的设计与仿真实验，逐步学习控制系统的设计，学习控制系统方案的评估与系统指标评估的方法。 计算机控制系统主要技术指标和要求： 根据被控对象的特性，从自动控制系统的静态和动态质量指标要求出发对调节器进行系统设计，整体上要求系统必须有良好的稳定性、准确性和快速性。一般要求系统在振荡2～3次左右进入稳定；系统静差小于3%～5%的稳定值（或系统的静态误差足够小）；系统超调量小于30％～50％的稳定值；动态过渡过程时间在3～5倍的被控对象时间常数值。 系统整定的一般原则： 将比例度置于较大值，使系统稳定运行。根据要求，逐渐减小比例度，使系统的衰减比趋向于4：1或10：1。若要改善系统的静态特性，要使系统的静差为零，加入积分环节，积分时间由大向小进行调节。若要改善系统的动态特性，增加系统的灵敏度，克服被控对象的惯性，可以加入微分环节，微分时间由小到大进行调节。PID控制的三个特性参数在调节时会产生相互的影响，整定时必需综合考虑。系统的整定过程是一个反复进行的过程，需反复进行。
THBDC-1《计算机控制技术》实验指导书培训讲学
T H B D C-1《计算机控制技术》实验指导书
实验一 离散化方法研究 一、实验目的 1．学习并掌握数字控制器的设计方法； 2．熟悉将模拟控制器D(S)离散为数字控制器的原理与方法； 3．通过数模混合实验，对D(S)的多种离散化方法作比较研究，并对D(S)离散化前后闭环系统的性能进行比较，以加深对计算机控制系统的理解。 二、实验设备 1．THBCC-1型 信号与系统?控制理论及计算机控制技术实验平台 2．THBXD 数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB 电缆线各1根) 3．PC 机1台(含软件“THBCC-1”) 三、实验内容 1．按连续系统的要求，照图3-1的方案设计一个与被控对象串联的模拟控制器D(S)，并用示波器观测系统的动态特性。 2．利用实验平台，设计一个数－模混合仿真的计算机控制系统，并利用D(S)离散化后所编写的程序对系统进行控制。 3．研究采样周期T S 变化时，不同离散化的方法对闭环控制系统性能的影响。 4．对上述连续系统和计算机控制系统的动态性能作比较研究。 四、实验原理 由于计算机的发展，计算机及其相应的信号变换装置（A/D 和D/A ）取代了常规的模拟控制。在对原有的连续控制系统进行改造时，最方便的办法是将原来的模拟控制器离散化，其实质是将数字控制部分（A/D 、计算机和D/A ）看成一个整体，它的输入与输出都是模拟量，因而可等效于一个连续的传递函数D(S)。这样，计算机控制系统可近似地视为以D(S)为控制器的连续控制系统。 下面以一个具体的二阶系统来说明D(S)控制器的离散化方法。 1、二阶系统的原理框图如图3-1所示。 图3-1 二阶对象的方框图 图3-2 二阶对象的模拟电路图 2、系统性能指标要求 系统的速度误差系数5≥v K 1/s ，超 调量%10≤p δ，系统的调整时间1≤s t s
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