计算机控制技术实验报告(完整版)
前言
本指导书是配合自动化专业本科生专业课《计算机控制技术》的课堂教学而编写的实验教材，通过实验的验证能够使学生了解和掌握计算机控制的硬件技术和软件编程方法。本书共设计了七大类实验，第一类中包含过程通道和数据采集处理方面的几个内容；第二类为数字PWM 发生器和直流电机调速控制的开环实验；第三类包含几种数字PID闭环控制实验；第四类中有两种数字调节器直接设计方法的实验；第五类是一个温度控制系统；第六类是随动系统实验；第七类是过程控制系统的研究；实验五至实验七的内容是带有被控对象的控制系统。七个实验的全部学时大于计划学时，教师和学生对所做的实验内容可以选择以满足实验计划学时为准。通过实验学生巩固了课堂教学的内容，也为今后实际工作打下了一定技术基础。
本指导书由王尚君、毛一心老师共同编写，穆志纯教授进行了严格的审阅工作。
由于计算机性能的快速提高，计算机控制的技术手段也在不断出新，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。
编者
2007年10月
目录
前言 (1)
目录 (2)
实验一过程通道和数据采集处理 (4)
一、输入与输出通道 (4)
1. AD 转换实验` (5)
2. DA 转换实验` (7)
二、信号的采样与保持` (9)
1. 零阶保持实验` (9)
2. 直线插值实验*` (11)
3. 二次曲线插值实验*` (11)
三、数字滤波 (15)
1. 一阶惯性实验 (16)
2. 四点加权实验* (16)
实验二开环系统的数字程序控制 (19)
数字PWM 发生器和直流电机调速控制 (19)
一、实验目的 (19)
二、实验内容` (19)
三、实验所用仪表及设备 (19)
四、实验原理及步骤 (20)
五、思考题 (21)
六、实验报告内容及要求 (21)
实验三数字PID闭环控制 (22)
数字PID控制算法 (22)
积分分离法PID控制 (23)
带死区的PID控制* (27)
简易工程法整定PID 参数 (30)
扩充临界比例度法 (30)
扩充响应曲线法 (32)
实验四数字调节器直接设计方法 (36)
最小拍控制系统 (36)
一、实验目的 (36)
二、实验所用仪表及设备` (36)
三、实验原理及内容 (36)
有纹波最小拍控制系统 (37)
无纹波最小拍控制系统 (38)
四、实验步骤 (40)
五、思考题 (41)
六、实验报告内容及要求 (41)
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。
单次阶跃 模数转换单元 控制计算机
图1.1-1
上图中，AD0809 的启动信号“STR ”是由控制计算机定时输出方波来实现的。“OUT1” 表示386EX 内部1＃定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常。
图中ADC0809 芯片输入选通地址码A 、B 、C 为“1”状态，选通输入通道IN7；通过单次阶跃单元的电位器可以给A/D 转换器输入－5V ~ +5V 的模拟电压；系统定时器定时1ms 输出方波信号启动A/D 转换器，并将A/D 转换完后的数据量读入到控制计算机中，最后保存到变量中。参考流程：
主程序
图1.1-2
参考程序：请参照随机软件中的example 目录中ACC1-1-1.ASM
文件
实验步骤与结果：
(1) 打开联机操作软件，参照流程图，在编辑区编写实验程序。检查无误后编译、链接。
(2) 按图1.1-1 接线 (注意：图中画“o”的线需用户自行连接)，连接好后，请仔细检查，无错误后方可开启设备电源。
(3) 装载完程序后，系统默认程序的起点在主程序的开始语句。用户可以自行设置程序起点，可先将光标放在起点处，再通过调试菜单项中设置起点或者直接点击设置起点图标，即可将程序起点设在光标处。
(4) 加入变量监视，具体步骤为：打开“设置”菜单项中的“变量监视”窗口或者直接点击“变量监视”图标，将程序中定义的全局变量“AD0～AD9”加入到变量监视中。
在查看菜单项中的工具栏中选中变量区或者点击变量区图标，系统软件默认选中寄存器区，点击“变量区”可查看或修改要监视的变量。
(5) 在主程序JMP AGAIN 语句处设置断点。具体操作为：先将光标置于要设断点的语句，然后在调试菜单项中选择“设置断点/删除断点(B)”或者直接点击“设置断点/删除断点”图标，即可在本语句设置或删除断点。
(6) 打开虚拟仪器菜单项中的万用表选项或者直接点击万用表图标，选择“电压档”用示波器单元中的“CH1”表笔测量图1.1-1 中的模拟输入电压“Y”端，点击虚拟仪器中的“运行”按钮，调节图1.1-1 中的单次阶跃中的电位器，确定好模拟输入电压值。-5V
(7) 做好以上准备工作后，运行程序(打开“调试”菜单项中的“运行到断点/运行”或者点击“运行到断点/运行”图标)，程序将在断点处停下，查看变量“AD0～AD9”的值，取平均值记录下来，改变输入电压并记录，最后填入表1.1-1 中。表中“( )”中的数字量供参考。
表1.1-1
模拟输入电压 (V) 对应的数字量 (H)
－5 （00）(00)
－4 （1A）(18)
－3 （33）(31)
－2 （4C）(4C)
－1 （66）(66)
0 （80）(7F)
＋1 （99）99
＋2 （B3）B3
＋3 （CD）CD
＋4 （E6）E6
＋5 （FF）FF
得到的实验实际值：
模拟输入电压 (V) 对应的数字量 (H)
－4.950 00
－4.056 17
－3.010 32
－2.011 4D
－1.002 65
-0.001 7F
＋1.005 99、9A
＋2.010 B6
＋3.009 D0、D1
＋3.919 E7
＋4.848 FF
本节实验仅仅就软件的相关功能做简单介绍，该软件的具体操作与说明请详见本实验教程的“第1 部分第4 章联机软件说明”。
2．D/A 转换实验
本实验采用TLC7528 芯片，它是8 位、并行、两路、电压型输出数
模转换器。其主要参数如下：转换时间100ns ，满量程误差1/2 LSB ，参考电压－10V ~ +10V ，供电电压+5V~ +15V，输入逻辑电平与TTL 兼容。实验平台中的TLC7528 的八位数据线、写线和通道选择控制线已接至控制计算机的总线上。片选线预留出待实验中连接到相应的I/O 片选上，具体如图1.1-3。
实验步骤及结果：
(1) 参照流程图 1.1-4 编写实验程序，检查无误后编译、链接并装载到控制计算机中。
(2) 运行程序，用示波器观测输出波形。
图1.1-5
以上电路是TLC7528 双极性输出电路，输出范围－5V ~ +5V 。“W101”和“W102”分别为A 路和B 路的调零电位器，实验前先调零，往TLC7528 的A 口和B 口中送入数字量80H，分别调节“W101”和“W102”电位器，用万用表分别测“OUT1 ”和“OUT2 ”的输出电压，应在0mV 左右。参考流程：
主程序
参考程序：请参照随机软件中的example 目录中的ACC1-1-2.ASM 文件。
信号的采样与保持
一、实验目的
1．熟悉信号的采样和保持过程
2．学习和掌握香农 (采样) 定理
3．学习用直线插值法和二次曲线插值法还原信号
二、实验内容
1．编写程序，实现信号通过A/D 转换器转换成数字量送到控制计算机，计算机再把数字量送到D/A 转换器输出。
2．编写程序，分别用直线插值法和二次曲线插值法还原信号。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
零阶保持
香农 (采样) 定理：若对于一个具有有限频谱 (|W| 实验线路图：本实验中，我们将具体来验证香农定理。可设计如下的实验线路图，图中画“○”的线需用户在实验中自行接好，其它线系统已连好。 上图中，控制计算机的“OUT1”表示386EX 内部1＃定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259 的“7”号中断，用作采样中断。 这里，正弦波单元的“OUT”端输出周期性的正弦波信号，通过模数转换单元的“IN7” 端输入,系统用定时器作为基准时钟 (初始化为10ms) ，定时采集“IN7”端的信号，转换结束产生采样中断，在中断服务程序中读入转换完的数字量，送到数模转换单元，在“OUT1” 端输出相应的模拟信号。由于数模转换器有输出锁存能力，所以它具有零阶保持器的作用。采样周期T= TK ×10ms，TK 的范围为01~ FFH，通过修改TK 就可以灵活地改变采样周期，后面实验的采样周期设置也是如此。参考程序流程：基于上面的实验线路，可以设计如下的参考程序流程。 实验参考程序：请参照随机软件中的example 目录中的ACC1-2-1.ASM 文件。 * 信号的还原原理 (1) 实验原理 从香农定理可知，对于信号的采集，只要选择恰当的采样周期，就不会失去信号的主要特征。在实际应用中，一般总是取实际采样频率Ws 比2Wmax 大，如：Ws≥10Wmax 。但是如果采用插值法恢复信号，就可以降低对采样频率的要求，香农定理给出了采样频率的下限，但是用不同的插值方法恢复信号需要的采样频率也不相同。 直线插值法(取Ws>5Wmax) 利用式1.2 -1 在点 (X0,Y0) 和 (X1,Y1) 之间插入点 (X,Y) Y=Y0+K(X ?X0) 式1.2-1 其中：K = 101X X Y Y -- X1―X0 为采样间隔，Y1―Y0 分别为X1 和X0 采样时刻的AD 采样值。 二次曲线插值法(取Ws>3Wmax)： Y=Y0+(X ?X0)[K1+K2(X ?X1)] 式1.2-2 其中K1 = 101X X Y Y --，K2 = 1 2) 10 1020 2(X X X X Y Y X X Y Y ------ (2) 实验线路图设计 为了验证上面的原理，可以设计如下的实验线路图，图中画“○” 的线需用户在实验中自行接好，其它线系统已连好。 上图中，控制计算机“OUT1”表示386EX 内部1＃定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259 的7 号中断，用作采样中断。 这里，正弦波单元的“OUT ”端输出周期性正弦波信号，通过模数单元的“IN7”端输入，系统用定时器作为基准时钟 (初始化为10ms) ， 定时采集“IN7”端的信号，并通过控制机算计读取转换完后的数字量，再送到数模转换单元，由“OUT1”端输出相应的模拟信号。采样周期T= TK ×10ms，TK 的范围为01 ~ FFH。 (3) 参考程序流程图设计 实验参考程序：直线插值法参照随机软件中的example 目录中的ACC1-2-2.ASM 文件，二次曲线插值法请参照随机软件中的example 目录中的ACC1-2-3.ASM 文件。 实验步骤及结果 1. 采样与保持 (1) 参考流程图1.2-2 编写零阶保持程序，编译、链接。 (2) 按照实验线路图1.2-1 接线，检查无误后开启设备电源。 (3) 用示波器的表笔测量正弦波单元的“OUT”端，调节正弦波单元的调幅、调频电位器及拨动开关，使得“OUT”端输出幅值为3V，周期1S 的正弦波。 得到的实验波形如下所示： (4) 加载程序到控制机中，将采样周期变量“Tk”加入到变量监视中，运行程序，用示波器的另一路表笔观察数模转换单元的输出端“OUT1”。“OUT1”端的参考波形如图1.2-5 所示。 (5) 增大采样周期，当采样周期>0.5S 时，即Tk>32H 时，运行程序并观测数模转换单元的输出波形应该失真，记录此时的采样周期，验证香农定理。 Tk=34H，得到的波形如下所示： * 2. 信号的还原 (1) 参考流程图1.2-3 分别编写直线插值和二次曲线插值程序，并 编译、链接。 (2) 按照线路图1.2-4 接线，检查无误后，开启设备电源。调节正弦波单元的调幅、调频电位器，使正弦波单元输出幅值为3V，周期1S 的正弦波。 (3) 分别装载并运行程序，运行程序前将采样周期变量Tk 加入到变量监视中，方便实验中观察和修改。用示波器观察数模转换单元的输出，和零阶保持程序的运行效果进行比较。 零阶保持二次曲线插值直线插值 图1.2-6 由上述结果可以看出：在采样频率Ws = 10Wmax 时，用三种方法还原信号，直线插值要好于零阶保持，二次曲线插值好于直线插值。采用 合理的插值算法可以降低信号的失真度，在允许的范围内可以有效地降低对采样频率的要求。 直线插值: 二次曲线插值: (4) 在(3)中是在同一采样频率下，比较三种方法还原信号的效果，实验中也可比较一种还原方法在不同采样频率下的效果。对于零阶保持来说：当采样频率≥信号频率的10 倍时，即Tk ≤10 1 ×1S ，Tk ≤0AH 信号的还原效果较好。 对于直线插值来说：当采样频率≥信号频率的5 倍时，即Tk ≤ 1 5 ×1S，Tk≤14H信号的还原效果较好。对于二次曲线插值来说：当采样频率≥信号频率的3 倍时，即Tk≤13 ×1S，Tk≤21H信号的还原效果较好。 数字滤波 一、实验目的 1. 学习和掌握一阶惯性滤波 2. 学习和掌握四点加权滤波 二、实验内容 分别编写一阶惯性滤波程序和四点加权滤波程序，将混合干扰信号的正弦波送到数字滤波器，并用示波器观察经过滤波后的信号。 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 一般现场环境比较恶劣，干扰源比较多，消除和抑制干扰的方法主要有模拟滤波和数字滤波两种。由于数字滤波方法成本低、可靠性高、无阻抗匹配、灵活方便等特点，被广泛应用，下面是一个典型数字滤波的方框图： 控制 计算机 模数转换 IN7 数模转换 OUT 1．滤波器算法设计 一阶惯性滤波： 相当于传函11 +S τ的数字滤波器，由一阶差分法可得近似式 YK =(1?a)XK +(a)YK?1 XK ： 当前采样时刻的输入 YK ： 当前采样时刻的输出 YK-1：前一采样时刻的输出 T ：采样周期，1-a = τ T 四点加权滤波算法为： YK=A1XK+A2XK-1+A3XK-2+A4XK-3(式中∑=4 1 i A1 =1) XK ： 当前采样时刻的输入 XK-1：前一采样时刻的输入 YK ： 当前采样时刻的输出 2．参考流程图： 实验中的参数： 1－a、a、A1、A2、A3、A4 为十进制2 位小数（BCD 码），取值范围：0.00 ～ 0.99，只须对应存入00～99。程序中将其转换成二进制小数，再按算式进行定点小数运算。 实验参考程序：一阶惯性请参照随机软件中的example 目录中的 ACC1-3-1.ASM，四点加权参照ACC1-3-2.ASM。 3．实验线路图： 图中画“○”的线需用户在实验中自行接好，运放单元需用户自行搭接。 上图中，控制计算机的“OUT1”表示386EX 内部1＃定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259 的7 号中断，用作采样中断。 《大学计算机基础》 上机实验报告 班级： 姓名： 学号： 授课教师： 日期：年月日 目录 一、Windows操作系统基本操作......................................................... - 1 - 二、Word文字处理基本操作 .............................................................. - 4 - 三、Excel电子表格基本操作 ............................................................ - 6 - 四、PowerPoint幻灯片基本操作....................................................... - 8 - 五、网页设计基本操作 ...................................................................... - 9 - 六、Access数据库基本操作 ............................................................ - 10 - 上机实验作业要求： ○1在实验报告纸上手写并粘贴实验结果； ○2每人将所有作业装订在一起（要包封面）； ○3全部上机实验结束后全班统一上交； ○4作业内容不得重复、输入的数据需要有差别。 实验名称一、Windows操作系统基本操作 实验目的1、掌握Windows的基本操作方法。 2、学会使用“画图”和PrntScr快捷键。 3、学会使用“计算器”和Word基本操作。 实验内容1、日历标注 利用“画图”和Word软件，截取计算机上日历的图片并用文字、颜色、图框等标注出近期的节假日及其名称，并将结果显示保存在下面（参考下面样图）。 运行结果是： 主要操作步骤是： 2、科学计算 利用“计算器”和Word软件，计算下列题目，并将结果截图保存在下面（参考样图）。 ○1使用科学型计算器，求8!、sin(8)、90、74、20、67、39、400、50.23、ln(785)的平均值、和值，并用科学计数法显示。 运行结果是： ②将以下十、八、十六进制数转换为二进制数：(894.8125)10、(37.5)8、(2C.4B)16 运行结果是：（需要下载使用“唯美计算器”） ○3计算下列二进制数的加法与乘法：101.1+11.11；1101*1011 运行结果是：（参考样图） 写出主要操作步骤： 3、实验心得体会 北京科技大学 智能控制理论基础实验报告 学院 专业班级 姓名 学号 指导教师 成绩 2014 年4月17日 实验一采用SIMULINK的系统仿真 一、实验目的及要求： 1.熟悉SIMULINK 工作环境及特点 2.掌握线性系统仿真常用基本模块的用法 3.掌握SIMULINK 的建模与仿真方法 二、实验内容： 1．了解SIMULINK模块库中各子模块基本功能 微分 积分 积分步长延时 状态空间模型 传递函数模型 传输延迟 可变传输延迟 零极点模型 直接查询表 函数功能块MATLAB函数 S函数（系统函数） 绝对值 点乘 增益 逻辑运算 符号函数 相加点 死区特性 手动开关 继电器特性 饱和特性 开关模块 信号分离模块 信号复合模块 输出端口 示波器模块 输出仿真数据到文件 通过实验熟悉以上模块的使用。 2. SIMULINK 的建模与仿真方法 （1）打开模块库，找出相应的模块。鼠标左键点击相应模块，拖拽到模型窗口中即可。 （2）创建子系统：当模型大而复杂时，可创建子系统。 （3）模块的封装： （4）设置仿真控制参数。 3．SIMULINK仿真实际应用 PID控制器的仿真实现。 控制对象的开环传递函数如下图： 加入PID控制器，求系统单位负反馈闭环单位阶跃响应，要求通过调节器的作用使系统满足超调量20%，上升时间3s，调节时间10s的要求。使输出曲线如下图。要求加入的PID控制器封装成一个模块使用。 三、实验报告要求： 1.针对具体实例写出上机的结果，体会其使用方法，并作出总结。 控制对象的开环传递函数如下图： 加入PID控制器，求系统单位负反馈闭环单位阶跃响应，要求通过调节器的作用使系统满足超调量20%，上升时间3s，调节时间10s的要求。使输出曲线如下图。要求加入的PID控制器封装成一个模块使用。PID如下： 图1-PID控制器仿真 设计的PID控制器参数为，P-0.3，I-0.5,D-0.4,尽可能的达到超调量20%，上升时间3s，调节时间10s的要求，仿真曲线图如下： 图2-PID控制器仿真曲线图 才实验开始的初期，我觉得这个实验过于简单，但是上手之后，我发现它是 华北电力大学 实验报告 | | 实验名称:机器人控制技术基础 课程名称：机器人控制技术基础 实验人：张钰信安1601 201609040126 李童能化1601 201605040111 韩翔宇能化1601 201605040104 成绩： 指导教师：林永君、房静 实验日期： 2016年3月4日-3月26日 华北电力大学工程训练中心 第一部分：单片机开发板 实验一：流水灯实验 实验目的：通过此实验，初步掌握单片机的 IO 口的基本操作。 实验内容：控制接在 P0.0上的 8个LED L0—L8 依次点亮，如此循环。 硬件说明： 根据流水灯的硬件连接，我们发现只有单片机的IO口输出为低电平时LED灯才会被点亮，我们先给P0口设定好初值，只让其点亮一盏灯，然后用左右移函数即可依次点亮其他的灯。 源程序如下： #include led_1=1; led_2=0; display_ms(10); led_2=1; led_3=0; display_ms(10); led_3=1; led_4=0; display_ms(10); led_4=1; led_5=0; display_ms(10); led_5=1; led_6=0; display_ms(10); led_6=1; led_7=0; display_ms(10); led_7=1; led_8=0; display_ms(10); led_8=1; } } 第二部分：机器人小车 内容简介：机器人小车完成如图规定的赛道，从规定的起点开始,记录完成赛道一圈的时间。必须在30秒之内完成，超时无效。其中当小车整体都在赛道外时停止比赛，视为犯规，小车不规定运动方向,顺时针和逆时针都可以采用，但都从规定的起点开始记录时间。 作品优点及应用前景： 单片机可靠性高，编程简单单片机执行一条指令的时间是μs级，执行一个扫描周期的时间为几ms乃至几十ms。相对于电器的动作时间而言，扫描周期是 《微机控制技术》课程设计报告 课题：最少拍控制算法研究专业班级：自动化1401 姓名： 学号： 指导老师：朱琳琳 2017年5月21日 目录 1. 实验目的 (3) 2. 控制任务及要求 (3) 3. 控制算法理论分析 (3) 4. 硬件设计 (5) 5. 软件设计 (5) 无纹波 (5) 有纹波 (7) 6. 结果分析 (9) 7. 课程设计体会 (10) 1.实验目的 本次课程设计的目的是让同学们掌握微型计算机控制系统设计的一般步骤，掌握系统总体控制方案的设计方法、控制算法的设计、硬件设计的方法。学习并熟悉最少拍控制器的设计和算法；研究最少拍控制系统输出采样点间纹波的形成；熟悉最少拍无纹波控制系统控制器的设计和实现方法。复习单片机及其他控制器在实际生活中的应用，进一步加深对专业知识的认识和理解，使自己的设计水平、对所学知识的应用能力以及分析问题解决问题的能力得到全面提高。 2.控制任务及要求 1.设计并实现具有一个积分环节的二阶系统的最少拍有纹波控制和无纹波控制。 对象特性G （s ）＝ 采用零阶保持器H 0（s ），采样周期T ＝,试设计单位阶跃，单位速度输入时的有限拍调节器。 2.用Protel 、Altium Designer 等软件绘制原理图。 3.分别编写有纹波控制的算法程序和无纹波控制的算法程序。 4.绘制最少拍有纹波、无纹波控制时系统输出响应曲线，并分析。 3.控制算法理论分析 在离散控制系统中，通常把一个采样周期称作一拍。最少拍系统，也称为最小调整时间系统或最快响应系统。它是指系统对应于典型的输入具有最快的响应速度，被控量能经过最少采样周期达到设定值，且稳态误差为定值。显然，这样对系统的闭环脉冲传递函数)(z φ提出了较为苛刻的要求，即其极点应位于Z 平面的坐标原点处。 1最少拍控制算法 计算机控制系统的方框图为： 图7-1 最少拍计算机控制原理方框图 根据上述方框图可知，有限拍系统的闭环脉冲传递函数为： ) ()(1)()()()()(z HG z D z HG z D z R z C z +==φ (1) )(1)()(11)()()(1z z HG z D z R z E z e φφ-=+== (2) 由(1) 、(2)解得： 《智能控制技术》实验报告书 学院： 专业： 学号： 姓名： 实验一：模糊控制与传统PID控制的性能比较 一、实验目的 通过本实验的学习，使学生了解传统PID控制、模糊控制等基本知识，掌握传统PID控制器设计、模糊控制器设计等知识，训练学生设计控制器的能力，培养他们利用MATLAB进行仿真的技能，为今后继续模糊控制理论研究以及控制仿真等学习奠定基础。 二、实验内容 本实验主要是设计一个典型环节的传统PID控制器以及模糊控制器，并对他们的控制性能进行比较。主要涉及自控原理、计算机仿真、智能控制、模糊控制等知识。 通常的工业过程可以等效成二阶系统加上一些典型的非线性环节，如死区、饱和、纯延迟等。这里，我们假设系统为：H(s)=20e0.02s/(1.6s2+4.4s+1) 控制执行机构具有0.07的死区和0.7的饱和区，取样时间间隔T=0.01。 设计系统的模糊控制，并与传统的PID控制的性能进行比较。 三、实验原理、方法和手段 1.实验原理： 1)对典型二阶环节，根据传统PID控制，设计PID控制器，选择合适的PID 控制器参数k p、k i、k d； 2)根据模糊控制规则，编写模糊控制器。 2.实验方法和手段： 1)在PID控制仿真中，经过仔细选择，我们取k p=5，k i=0.1，k d=0.001； 2)在模糊控制仿真中，我们取k e=60，k i=0.01，k d=2.5，k u=0.8； 3)模糊控制器的输出为：u= k u×fuzzy(k e×e, k d×e’)－k i×∫edt 其中积分项用于消除控制系统的稳态误差。 4)模糊控制规则如表1-1所示： 在MATLAB程序中，Nd用于表示系统的纯延迟（Nd=t d/T）,umin用于表示控制的死区电平，umax用于表示饱和电平。当Nd=0时，表示系统不存在纯延迟。 5)根据上述给定内容，编写PID控制器、模糊控制器的MATLAB仿真程序， 中国石油大学计算机控制实验报告实验日期：2011.11.30 成绩： 班级：自动化08-4 姓名：陈方光学号：08071402 实验一基于NI6008的数据采集 1.实验目的： 理解基本计算机控制系统的组成，学会使用MATLAB和NI6008进行数据采集。 2.实验设备： 计算机控制实验箱、NI6008数据通讯卡、Matlab软件、计算机 3．实验内容： （1）使用计算机控制实验箱搭建二阶被控对象，并测试对象特性 （2）在Matlab中设计数字PID控制器，对上述对象进行控制 4. 实验步骤： （1）选择合适的电阻电容，参考如下电路结构图，在计算机控制实验箱上搭建二阶被控对象，使得其被控对象传递函数为 建议数值：R1=200kΩ，R2=200kΩ,C1=1μＦ，R4=300kΩ, R5=500kΩ，C2=1μＦ. （2）测试NI6008数据通讯卡，确保数据输入输出通道正常。 （3）使用MATLAB和OPC通讯技术进行数据采集: （4）编写程序，实现数据的定时采集和显示。 5.实验结果 1)测试NI6008数据通讯卡 首先将NI6008数据采集卡的AI负端与GND端短接，然后通过usb数据线连接计算机，打开opc端口调试工具，添加NI数据采集卡，添加自己所需的输入、输出端口，通过向输入端强制写入1，观察AO端口显示数据，能较精确的跟踪输入数据，该数据采集完好。 2)使用matlab和opc进行数据采集及其显示 在Matlab中读写数据： da = opcda(‘localhost’, ‘NI USB-6008.Server’); % 定义服务器 connect(da); %连接服务器 grp = addgroup(da); %添加OPC 组 itmRead = additem(grp,‘Dev1/AI0’); %在组中添加数据项 itmWrite = additem(grp,'Dev1/AO0'); %在组中添加数据项 r=read(itmRead); y(1)=r.Value; %读取数据项的值 Write(itmWrite,1); %向数据项中写值 disconnect(da); %断开服务器 关于定时器的问题 t = timer(‘TimerFcn’,@myread, ‘Period’, 0.2,‘ExecutionMode’,‘fixedRate’);%定义定时器 start(t) %打开定时器 out = timerfind; %寻找定时器 stop(out); %停止定时器 delete(out);%删除定时器 将读取的数据存储并动态显示于图中: function myread(obj,event) global tt k y da grp itmRead Ts itmWrite r=read(itmRead); k=k+1; 《大学计算机基础Ⅰ》课程 实验报告手册 \ 实验教师（签字） 西南大学计算机与信息科学学院 计算机基础教育系 年月日 一、实验说明 本课程实验分为一般性实验（验证和简单设计）和综合性实验（课程设计）两部分。从第3周开始参考实验任务书（本报告中的五部分）完成每周规定的实验，并根据进度按要求认真填写本实验报告中的六、七部分，此实验报告将作为实验成绩评定的依据之一。 本课程实验从开课学期第3周开始实习，每周2学时，16周结束，共28学时。除统一安排的时间外，学生还可根据自己的实际适当安排课余时间上机。上机内容参见本报告中的“五、实验任务书”部分。 二、实验目的 通过本实验，让学生掌握计算机的基本操作和基本技能，能够学会知识的运用与积累，能够举一反三，具备一定的独立解决问题的能力和信心，培养学生熟练地使用常用软件的能力及严肃认真的科学作风，为今后的学习和工作打下良好的基础。 三、实验要求 1、每次实验课将考勤，并作为实验成绩的重要依据。 2、每次实验前学生必须充分准备每次的实验内容，以保证每次上机实验的效果。实验过程中必须独立完成。 3、学期结束时，每位同学应将自己的《实验报告》交各专业班长或学习委员，由班长或学习委员以专业为单位、按学号从小到大排列好统一交给实验指导老师，否则无实验成绩。 四、实验报告要求 一共要求填写3个阶段性实验报告、1个综合性实验报告和1份学期总结，与每份实验报告对应产生的电子文档交由实验老师指定的位置，该电子文档也将作为实验成绩评定的依据之一。 五、实验任务书 教材：《大学计算机基础》第五版高等教育出版社 实验参考书：《大学计算机基础实践教程》高等教育出版社 实验一：指法练习、汉字录入 实验目的： 1．掌握鼠标和键盘的使用及正确的操作指法。 2．掌握微型计算机的打开和关闭操作 3．熟悉键盘指法和文字录入 4．了解中英文切换，全半角的切换 实验任务： 1．参见实验参考书中的实验1-1-1中的[任务1]（7页） 2．参见实验参考书中的实验1-1-1中的[任务3]（7页） 实验二：Windows的基本操作和文件管理操作 实验目的： 1．掌握Windows的基本知识和基本操作 2．掌握“Windows资源管理器”和“我的电脑”的使用 实验任务： 1．参见实验参考书中的实验1-2-1中的全部任务（14页） 2．参见实验参考书中的实验1-2-2中的全部任务（18页） 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 同济大学电子与信息工程学院实验报告 姓名：学号： 学院：专业： 实验课程名称： 任课教师： 实验项目名称：基于BP神经网络的自整定PID控制仿真实验日期： 一、实验内容： 1.熟悉神经网络的特征、结构及学习算法。 2.通过实验掌握神经网络自整定PID的工作原理。 3.了解神经网络的结构对控制结果的影响。 4.掌握用MATLAB实现实现神经网络控制系统仿真的方法。 二、实验步骤及结果演示 1.实验步骤： （1）被控对象为一时变非线性对象，数学模型可表示为 式中系数a(k)是慢时变的， （2）如图5所示确定BP网络的结构，选4-5-3型的BP网络，各层加权系数的初值取区间[-0.5,0.5]上的随机数，选定学习率η=0.25和惯性系数α=0.05. （3）在MATLAB下依据整定原理编写仿真程序并调试。 （4）给定输入为阶跃信号，运行程序，记录实验数据和控制曲线。 （5）修改神经网络参数，如学习速率、隐含层神经元个数等，重复步骤（4）。 （6）分析数据和控制曲线。 图5 BP神经网络结构 2.结果展示： （1）实验代码： xite=0.25; alfa=0.02; IN=4; H=10; Out=3; wi=[ 0.4634 -0.4173 0.3190 0.4563; 0.1839 0.3021 0.1112 0.3395; -0.3182 0.0470 0.0850 -0.0722; -0.6266 0.0846 0.3751 -0.6900; -0.3224 0.1440 -0.2873 -0.0193; -0.0232 -0.0992 0.2636 0.2011; -0.4502 -0.2928 0.0062 -0.5640; -0.1975 -0.1332 0.1981 0.0422; 0.0521 0.0673 -0.5546 -0.4830; -0.6016 -0.4097 0.0338 -0.1503]; wi_1=wi;wi_2=wi;wi_3=wi; wo=[ -0.1620 0.3674 0.1959; -0.0337 -0.1563 -0.1454; 0.0898 0.7239 0.7605; 0.3349 0.7683 0.4714; 0.0215 0.5896 0.7143; -0.0914 0.4666 0.0771; 0.4270 0.2436 0.7026; 0.0215 0.4400 0.1121; 0.2566 0.2486 0.4857; 0.0198 0.4970 0.6450 ]'; wo_1=wo;wo_2=wo;wo_3=wo; x=[0,0,0]; u_1=0;u_2=0;u_3=0;u_4=0;u_5=0; y_1=0;y_2=0;y_3=0; oh=zeros(H,1); I=oh; error_2=0; error_1=0; ts=0.001; for k=1:1:6000 time(k)=k*ts; rin(k)=1; a(k)=1.2*(1-0.8*exp(-0.1*k)); 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。 浙工大过程控制实验报告 202103120423徐天宇过程控制系统实验报告 实验一：系统认识及对象特性测试 一实验目的 1了解实验装置结构和组成及组态软件的组成使用。 2 熟悉智能仪表的使用及实验装置和软件的操作。 3熟悉单容液位过程的数学模型及阶跃响应曲线的实验方法。 4学会有实际测的得单容液位过程的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数，辨识过程的数学模型。二实验内容 1 熟悉用MCGS组态的智能仪表过程控制系统。 2 用阶跃响应曲线测定单容液位过程的数学模型。三实验设备 1 AE2000B型过程控制实验装置。 2 计算机，万用表各一台。 3 RS232-485转换器1只，串口线1根，实验连接线若干。四实验原理 如图1-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀V2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得： 在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得： 式中，T为水箱的时间常数（注意：阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R2*C，K=R2为单容对象的放大倍数， R1、R2分别为V1、V2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。 阶跃响应曲线法是指通过调节过程的调节阀，使过程的控制输入产生一个阶跃变化，将被控量随时间变化的阶跃响应曲线记录下来，再根据测试记录的响应曲线求取输入输出之间的数学模型。本实验中输入为电动调节阀的开度给定值OP，通过改变电动调节阀的开度给定单容过程以阶跃变化的信号，输出为上水箱的液位高度h。电动调节阀的开度op通过组态软件界面有计算机传给智能仪表，有智能仪表输出范围为：0~100%。水箱液位高度有由传感变送器检测转换为4~20mA的标准信号，在经过智能仪表将该信号上传到计算机的组态中，由组态直接换算成高度值，在计算机窗口中显示。因此，单容液位被控对象的传递函数，是包含了由执行结构到检测装置的所有液位单回路物理关系模型有上述机理建模可知，单容液位过程是带有时滞性的一阶惯性环节，电动调节阀的开度op，近似看成与流量Q1成正比，当电动调节阀的开度op为一常量作为阶跃信号时，该单容液位过程的阶跃响应为 需要说明的是表达式（2-3）是初始量为零的情况，如果是在一个稳定的过程下进行的阶跃响应，即输入量是在原来的基础上叠加上op的变化，则输出表达式是对应原来输出值得基础上的增 《智能控制导论》上机实验报告 专业班级：自动化121 姓名：蒋德鹏 学号：201210401117 指导教师：詹跃东 昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系 2015年5月 洗衣机的模糊控制系统仿真 一、实验软件 Matlabb/Simulink 编程语言. 二、实验目的 1. 熟悉智能控制系统中的建模与控制过程； 2. 熟悉专家控制、模糊控制和神经网络的建模和控制算法的应用； 3. 熟悉专家控制、模糊控制和神经网络的编程语言的应用。 三、需要的预备知识 1. 熟悉Matlabb/Simulink 编程语言； 2. 熟悉专家控制、模糊控制和神经网络建模与控制方法； 3. 熟悉Matlabb/Simulink 的应用； 4. 熟悉Matlabb/Simulink 常用人机接口设计。 四、实验数据及步骤 1. 实验内容 洗衣机的模糊控制系统仿真； 2. 实验原理 模糊控制的基本原理和基本流程； 基本原理：模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制方法，它从行为上模仿人的模糊推理和决策过程。该方法首先将操作人员或专家经验编程模糊规则，然后将来自传感器的实时信号模糊化，将模糊化后的信号作为模糊规则的输入，完成模糊推理，将推理后得到的输出量加到执行器上。图为模糊控制原理框图。 图一 模糊控制原理框图 给定值 模糊化 模糊推理 规则库 逆模糊 传感器 执行机构 被控对象 精确量 模糊控制器 基本流程： 2. 实验步骤 （1）确定洗衣机模糊控制的结构 如图二所示为洗衣机模糊控制推理框图。 图二 洗衣机模糊控制推理框图 开始 确定模糊控制器的结构 定义输入、输出模糊集 定义隶属函数 污泥X 油脂 Y 洗涤时间Z 洗衣机模糊控 制器 建立模糊控制规则 模糊推理 Matlab 仿真 结束 重庆邮电大学 自动化学院 计算机控制实验报告 学院：自动化 学生姓名：魏波 专业：电气工程与自动化班级：0830903 学号：2009212715 最小拍控制系统 一、实验目的 1、掌握最小拍有纹波控制系统的设计方法。 2、掌握最小拍无纹波控制系统的设计方法。 二、实验设备 PC机一台，TD-+ ACC实验系统一套，i386EX系统板一块 三、实验原理及内容 典型的最小拍控制系统如图其中D(Z)为数字调节器，G(Z)为包括零阶保持器在内的广义对象的Z传递函数，Φ(Z)为闭环Z传递函数，C(Z)为输出信号的Z传递函数，R(Z)为输入信号的Z传递函数。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。 闭环Z传递函数 1、最小拍有纹波系统设计 2、最小拍无纹波设计 有纹波系统虽然在采样点上的误差为零，但不能保证采样点之间的误差值为零，因此存在有纹波现象。无纹波系统设计只要使U（Z）是1 Z的有限多项式，则可以保证系统输出无纹波。 四、实验线路图 (2)D(Z)算法 采样周期T=1S ，E(Z)为计算机输入，U(Z)为输出，有： D(Z)=) Z (E ) Z (U = 3 322113322110Z P Z P Z P 1Z K Z K Z K K ------++++++ 式中Ki 与Pi 取值范围：-0.9999～0.9999，计算机分别用相邻三个字节存储其BCD 码。最低字节符号，00H 为正，01H 为负。中间字节存前2位小数，最高字节存末2位小数。例有系数0.1234，则内存为： 地址 内容 2F00H 00H 2F01H 12H 2F02H 34H 系数存储安排如表5—1。 表5—1 0101H 010DH 0102H K 0 010EH P 1 0103H 010FH 0104H 0110H 南京邮电大学自动化学院 实验报告 课程名称：计算机控制系统 实验名称：计算机控制系统性能分析 所在专业：自动化 学生姓名：王站 班级学号： B11050107 任课教师: 程艳云 2013 /2014 学年第二学期 实验一：计算机控制系统性能分析 一、 实验目的： 1.建立计算机控制系统的数学模型； 2.掌握判别计算机控制系统稳定性的一般方法 3.观察控制系统的时域响应，记录其时域性能指标； 4.掌握计算机控制系统时间响应分析的一般方法； 5.掌握计算机控制系统频率响应曲线的一般绘制方法。 二、 实验内容： 考虑如图1所示的计算机控制系统 图1 计算机控制系统 1. 系统稳定性分析 (1) 首先分析该计算机控制系统的稳定性，讨论令系统稳定的K 的取值范围； 解: G1=tf([1],[1 1 0]); G=c2d(G1,0.01,'zoh');//求系统脉冲传递函数 rlocus(G);//绘制系统根轨迹 Root Locus Real Axis I m a g i n a r y A x i s -7 -6-5-4-3-2-1012 -2.5-2-1.5-1-0.500.51 1.5 22.5 将图片放大得到 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 -0.15 -0.1 -0.05 0.05 0.1 0.15 Root Locus Real Axis I m a g i n a r y A x i s Z 平面的临界放大系数由根轨迹与单位圆的交点求得。 放大图片分析： [k,poles]=rlocfind(G) Select a point in the graphics window selected_point = 0.9905 + 0.1385i k = 193.6417 poles = 0.9902 + 0.1385i 0.9902 - 0.1385i 得到0 智能控制实验报告 姓名 学院 专业自动化班级 学号 指导教师 成绩 2019 年 12 月 25 日 实验一 模糊控制在角度随动系统中的应用一、实验目的与意义学习 Matlab 中建立模糊控制器的方法；了解模糊控制在角度随动系统中的 应用。 二、实验内容在 Matlab 中建立模糊控制器，将生成的模糊规则表插入程序代码中，交叉 编译代码，下载到目标版中进行测试。 1 、Matlab 文本模式建立模糊控制器（必做） 2 、利用 Matlab 模糊逻辑工具箱建立模糊控制器（选做） 3 、模糊控制器 Simulink 仿真（必做） 4 、嵌入式程序交叉编译（选做） 三、实验结果 1 、matlab 文本模式建立模糊控制器 %Fuzzy Controller Design clear all; close all; %新建 FIS a=newfis("myfuzzy"); %输入e，范围[-48,48],7 个模糊语言，NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB a=addvar(a,"input","e",[-48 48]); %Parameter e a=addmf(a,"input",1,"NB","trimf",[-48 -36 -24]); a=addmf(a,"input",1,"NM","trimf",[-36 -24 -12]); a=addmf(a,"input",1,"NS","trimf",[-24 -12 0]); a=addmf(a,"input",1,"Z","trimf",[-12 0 12]); a=addmf(a,"input",1,"PS","trimf",[0 12 24]); a=addmf(a,"input",1,"PM","trimf",[12 24 36]); a=addmf(a,"input",1,"PB","trimf",[24 36 48]); %输入ec，范围[-64,64],7 个模糊语言，NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB a=addvar(a,"input","ec",[-64 64]); %Parameter ec a=addmf(a,"input",2,"NB","trimf",[-64 -48 -32]); a=addmf(a,"input",2,"NM","trimf",[-48 -32 -16]); a=addmf(a,"input",2,"NS","trimf",[-32 -16 0]); a=addmf(a,"input",2,"Z","trimf",[-16 0 16]); a=addmf(a,"input",2,"PS","trimf",[0 16 32]); a=addmf(a,"input",2,"PM","trimf",[16 32 48]); a=addmf(a,"input",2,"PB","trimf",[32 48 64]); %输出u，范围[-90,90]，7 个模糊语言，NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB a=addvar(a,"output","u",[-90 90]); %Parameter u a=addmf(a,"output",1,"NB","trimf",[-90 -65 -45]); a=addmf(a,"output",1,"NM","trimf",[-65 -45 -25]); a=addmf(a,"output",1,"NS","trimf",[-45 -25 0]); a=addmf(a,"output",1,"Z","trimf",[-25 0 25]); a=addmf(a,"output",1,"PS","trimf",[0 25 45]); a=addmf(a,"output",1,"PM","trimf",[25 45 65]); a=addmf(a,"output",1,"PB","trimf",[45 65 90]); %模糊规则表，7*7=49 行，5 列 rulelist=[1 1 1 1 1; 1 2 1 1 1; 1 3 1 1 1; 1 4 2 1 1; 1 5 2 1 1; 1 6 3 1 1; 1 7 4 1 1; 实验一：《过程接口板设计》上机报告 一、设计内容 设计一个32路的数据采集系统 二、设计要求 1、输入信号为正负5V ；用查询法读取A/D 的转换数； 2、用Protel 软件画出该数据采集板的原理线路图。 三、设计过程 1、设计原理 系统总框图如图所示： 系统原理框图 根据系统原理框图得到设计的主要组成如下： （1）多路数据输入单元。 （2）采样保持电路的A/D 转换单元。 （3）硬件和单片机的连接电路。 （4）单片机输出的数据锁存和D/A 转换单元。 其中设计包括： ① 模拟多路开关电路 ② 运算放大电路 ③ 采样保持电路 ④ 模数转换电路 ⑤ 硬件和单片机的连接电路 ⑥ 数模转换电路 ⑦ 转换开关保护电路 2、设计步骤 32路数据采集系统的硬件部分：分为多路数据输入部分、采样保持部分、A/D 转换部分、硬件和单片机的连接电路部分、D/A 转换部分。 1）多路开关的选择 多路转换开关在模拟输入通道中的作用是实现多选一操作，即利用多路转换开关将多路输入中的一路接至后续电路中。切换过程可在CPU 或数字电路的控制下完成。 常用的模拟开关大都采用CMOS 工艺，如8选1开关CD4051、双4选1开关CD4052、三3选1开关CD4053等。 本实验要实现32路数据采集，则选择4片8选1的模拟开关CD4051。 CD4051由电平转换电路、译码驱动电路和CMOS 模拟开关电路三部分组成。开关部分的供电电压为V EE （低端）和V DD （高端），因此需要的控制电压为 V EE ～V DD ，电平转换电路 将输入的逻辑控制电压（A、B、C、INH端）从V SS ～V DD 转换到V EE ～V DD 以满足开关控制的 需要。 2）前置放大电路 传感器检测出的信号一般是微弱的，不能直接用于显示、记录、控制或进行A/D转换。因此，在进行非电量到电量转换之后，需要将信号放大。由于前置放大器要求输入阻抗高，漂移低、共模抑制比大，所以选用高阻抗、低漂移的运算放大器AD521作为前置放大器。 AD521的外部接线图 3）采样/保持电路 当输入信号为缓慢变化的信号时，在A/D转换期间的变化量小于A/D转换器的误差，且不是多通道同步采样时，则可以不用采样/保持电路。当控制信号U C 为采样电平时，开 关S 导通，模拟信号通过开关S向保持电容C H 充电，这时输出电压U o 跟踪输入电压U I 的变化。 当控制信号U C 为保持电平时，开关S断开，此时输出电压U o 保持模拟开关S断开时 的瞬时值。为使保持阶段C H 上的电荷不被负载放掉，在保持电容C H 与负载之间需加一个 高输入阻抗缓冲放大器A。 采样/保持器原理图 采样/保持器的选择，是以速度和精度作为最主要的因素。因为影响采样/保持器的 误差源比较多，所以关键在于误差的分析。AD582它由一个高性能的运算放大器、低漏电阻的模拟开关和一个由结型场效应管集成的放大器组成。它采用14脚双列直插式封装，其管脚及结构示意图所示，其中脚1是同相输入端，脚9是反相输入端，保持电容C H 在脚6和脚8之间，脚10和脚5是正负电源；脚11和脚12是逻辑控制端；脚3和脚4接 直流调零电位器；脚2，7，13，14为空脚(N C )。 AD582管脚图 由于AD582的以上特征，所以选择AD582采样保持器。 下图为AD582的连接图。 4）模/数转换电路 A/D转换器是数据采集系统的关键器件，选择A/D转换器时，要根据系统采集对象的 智能控制实验 实验名称 基本模糊控制器设计 电子工程与自动化 学院 智能科学与技术 专业 08003902 班 作者 吴 学号 实验日期 2011 年 12 月 6 日 辅导员意见： 辅导员 成绩 签 名 基本模糊控制器的设计 一、实验目的 1、掌握MATLAB 软件中的模糊工具箱的使用。 2、掌握模糊控制器设计的步骤和要点。 二、实验内容 本实验设计一个含有模糊控制器的控制系统，并对该系统进行仿真，研究模糊控制器的设计方法。在此基础上自己设计5个语言变量的模糊控制器，控制系统的方框图如下： 三、实验原理 1、在Matlab 环境下，使用fuzzy 命令，进入FIS 编辑器，用File\New FIS 菜单创建Mamdani 型Fuzzy 控制器。 2、首先将输入变量1命名ER ，然后增加一个输入变量命名CE ，将输出命名CU ，这样就规定了该控制器为2个输入变量ER 和CE ，一个输出变量CU 。 3、进入隶属函数编辑界面，分别将ER 、CE 和CU 的论域设定为[-2，2]、[-0.2，0.2]和[-2，2]，分别对上述3个变量增加3和隶属函数，并以F 、O 、Z 表示变量为负值、零附近和正值。 4、进入规则编辑器界面，添加模糊控制规则，并用规则观察器和曲面观察器，对控制规则的总体情况进行观察。 5、模糊控制器设计完后，将该FIS 存盘，并将它作为一个变量保存到Workspace 中。 6、在Matlab 环境下，进入Simuink 工具箱，建立该控制系统的仿真模型，其中的模糊 控制器从模糊工具箱中取得，并将它的FIS 指定为我们前面 设计完成的模糊控制器变量。 7、对上述控制系统进行仿真，观察控制系统的阶跃响应。 四、实验内容及步骤 1、按上述步骤建立模糊控制系统的模型，进行仿真测试，观察控制系统的阶跃响应。 以下是语言变量为三个的模糊控制模型的设计过程： 其中ER 和CE 为两个输入量，CU 为输出，论域分别设定为[-2，2]、[-0.2，0.2]和[-2，2]。并且在Simulink 的参数选择的Advanced 选项参数中的Optimizations 的各设 置改为off （见实验内容2的最后一个截图）。此处因为所用受控对象为S S 1 2 有 积分环节所以CU 有正有负。 各个语言变量的设计 模糊推理规则设计 隶属度函数设计 推理规则判别显示（可检查规则设计是否有误）《大学计算机基础》上机实验报告
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