计算机控制报告

计算机实验实验报告

学院：机电工程学院班级：电气工程与自动化学号：姓名：张浩

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2014/12/28

实验一 A/D与D/A转换

一、实验目的

1．通过实验了解实验系统的结构与使用方法；

2．通过实验了解模拟量通道中模数转换与数模转换的实现方法。

二、实验设备

THKKL-6型控制理论及计算机控制技术试验箱，PC机一台。

三、实验内容

熟悉并且操作“Easy 51Pro”软件，并且在软件上显示波形。

四、实验步骤

1．启动实验箱的“电源总开关”，打开+5V、±15V电源;

2．将“阶跃信号发生器”的输入电压调节为1V；将“阶跃信号发生器”单元输出端连接到“单片机控制单元”的“AI1”通道，同时将“单片机控制单元”的“AO1”输出端连接到示波器接口单元的“通道1”输入端；

3．连接好下载线，打开“Easy 51Pro”软件，下载实验程序； 4．打开“THKKL-6”软件的虚拟示波器，选择通道1并进行采集；

5．调节阶跃信号的大小，然后继续观察AD转换器的转换结果； 6．将输入信号换成斜坡信号，观察实验结果； 7．实验结束后，退出实验软件，关闭实验箱电源。

五、注意事项

1、下载程序时，单片机上跳线帽位置如下：

运行程序时，跳线帽位置如下：

2、下载程序时注意端口号。

实验二 数字PID调节器算法的研究

一、实验目的

1．学习并熟悉常规的数字PID控制算法的原理； 2．学习并熟悉积分分离PID控制算法的原理；

3．掌握具有数字PID调节器控制系统的实验和调节器参数的整定方法。

二、实验设备

THKKL-6型控制理论及计算机控制技术试验箱，PC机一台，ＳＴＣ－ＩＳＰ软件。

三、实验内容

1．利用本实验箱，设计并构成一个用于混合仿真实验的计算机闭环实时控制系统；

2．采用常规的PI和PID调节器，构成计算机闭环系统，并对调节

器的参数进行整定，使之具有满意的动态性能；

3．对系统采用积分分离PID控制，并整定调节器的参数。

四、实验步骤 1．实验接线

1.1 按下图连接一个二阶被控对象电路；

1.2 用导线将该电路的输入端连接到单片机控制单元的“AO1”输出端，电路的输出端与单片机控制单元的“AI1”和示波器单元的“通道1”输入端相连；

2．程序运行

2.1 打开电源开关，启动计算机，运行所有实验软件；

2.2 打开“实验04\\位置式PID”的工程文件，阅读并理解程序。然后下载程序；

2.3 修改程序中PID参数，观察输出端的响应曲线；

2.4 参考步骤2.2、2.3，用同样的方法分别运行增量式PID和积分分离PID实验程序，用虚拟示波器观察输出端的响应曲线； 2.5 实验结束后，退出实验软件，关闭实验箱电源。

五，采集波形 1 位置式PID

2 增量式PID

3 积分分离PID实验

六、注意事项:

1、程序每次开始运行时会先延时一段时间（一般5秒左右），目的是让电容有充足的放电时间，使实验不受影响。 2、注意通过单片机的复位键来重现过渡过程。 七、问题思考：

1、比较位置式PID和增量式PID程序有何差异？ 位置式PID控制：

增量式PID控制：

（1）位置式PID控制的输出与整个过去的状态有关，用到了误差的累加值；而增量式PID的输出只与当前拍和前两拍的误差有关，因此位置式PID控制的累积误差相对更大；

（2）增量式PID控制输出的是控制量增量，并无积分作用，因此该方法适用于执行机构带积分部件的对象，如步进电机等，而位置式PID适用于执行机构不带积分部件的对象。

（3）由于增量式PID输出的是控制量增量，如果计算机出现故障，误动作影响较小，而执行机构本身有记忆功能，可仍保持原位，不会严重影响系统的工作，而位置式的输出直接对应对象的输出，因此对系统影响较大。

2、通过观察响应曲线，比较积分分离PID和位置式PID。

积分分离PID和位置式PID采集波形基本上是一致的。响应时间稳定都在3.5秒左右。

实验三 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

THKKL-6型控制理论及计算机控制技术试验箱，PC机一台，ＳＴＣ－ＩＳＰ软件。

三、实验内容

1．利用实验箱，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。

2．研究采样周期TS变化时，不同离散化的方法对闭环控制系统性能的影响。（选作）

3．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。在介绍设计方法之前，首先应该分析计算机控制系统的特点。图3-1为计算机控制系统的原理框图。

图3-1 计算机控制系统原理框图

由图3-1可见，从虚线I向左看，数字计算机的作用是一个数字控制器，其输入量和输出量都是离散的数字量，所以，这一系统具有离散

系统的特性，分析的工具是z变换。由虚线II向右看，被控对象的输入和输出都是模拟量，所以该系统是连续变化的模拟系统，可以用拉氏变换进行分析。通过上面的分析可知，计算机控制系统实际上是一个混合系统，既可以在一定条件下近似地把它看成模拟系统，用连续变化的模拟系统的分析工具进行动态分析和设计，再将设计结果转变成数字计算机的控制算法。也可以把计算机控制系统经过适当变换，变成纯粹的离散系统，用z变化等工具进行分析设计，直接设计出控制算法。

按模拟系统设计方法进行设计的基本思想是，当采样系统的采样频率足够高时，采样系统的特性接近于连续变化的模拟系统，此时忽略采样开关和保持器，将整个系统看成是连续变化的模拟系统，用s域的方法设计校正装置D(s)，再用s域到z域的离散化方法求得离散传递函数D(z)。为了校验计算结果是否满足系统要求，求得D(z)后可把整个系统闭合而成离散的闭环系统。用z域分析法对系统的动态特性进行最终的检验，离散后的D(z)对D(s)的逼真度既取决于采样频率，也取决于所用的离散化方法。离散化方法虽然有许多，但各种离散化方法有一共同的特点：采样速率低，D(z)的精度和逼真度越低，系统的动态特性与预定的要求相差就越大。由于在离散化的过程中动态特性总要变坏，人们将先设计D(s)再进行离散化的方法称为“近似方法”。 五、实验步骤

1．实验接线及准备

1.1 按下图连接一个二阶被控对象的模拟电路；

图1-1 二阶对象的模拟电路图

1.2 用导线将该电路的输入端连接到单片机控制单元的“AO1”输出端，电路的输出端与单片机控制单元的“AI1”和示波器单元的“通道1”输入端相连；

2．程序运行

2.1 打开电源开关，启动计算机，运行所有实验软件；

2.2 打开“实验03\\阶跃响应不变法”的工程文件，阅读并理解程序。然后下载程序；

2.3用虚拟示波器观察图1-1输出端的响应曲线；

2.4 参考步骤2.2、2.3，用同样的方法分别运行后向差分法和双线性变换实验程序，用虚拟示波器观察图1-1输出端的响应曲线；

2.5 按图1-2连接二阶被控对象在加入模拟控制器（PID校正装置）后的模拟电路，并在其输入端输入2V的阶跃信号，然后观察其响应曲线，并与前面2.2，2.3和2.4步骤中采用数字控制器的实验曲线相比较；

2.6 实验结束后，退出实验软件，关闭实验箱电源。

图1-2 校正后二阶系统的模拟电路图

六、问题思考

1、通过对比输出曲线，阐述不同的离散化方法的特点。

2、在理解程序的基础上，修改离散控制器的采样时间，观察采样周期对控制系统的影响。 七 图像采集

1.阶跃响应不变法

2.后向差分法

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4iy5.html