计算机控制试验报告

计算机控制技术实验报告计算机控制技术实验报告 班级班级 学号学号 姓名姓名 信息工程学院信息工程学院 2016-2017-22016-2017-2 0 实验实验 1 1D/AD/A 转换实验转换实验 实验名称实验名称D/AD/A 转换实验转换实验 一．实验目的一．实验目的 学习 D/A 转换器原理及接口方式，并掌握 TLC7528 芯片的使用。 二．实验原理二．实验原理 TLC7528 芯片，它是 8 位、并行、两路、电压型输出数模转换器。会将数字信号转换成模 拟信号。 三．实验内容三．实验内容 本实验输入信号8 位数字信号 本实验输出信号锯齿波模拟信号 本实验数/模转换器TLC7528 输出电路 预期实验结果在虚拟示波器中显示数字信号转换成功的锯齿波模拟信号的波形图。 四．实验结果及分析四．实验结果及分析 记录实验结果如下 结果分析为什么会出现这样的实验结果请用理论分析这一现象。 D/A 就是将数字量转化为模拟量，然后通过虚拟示波器显示出来，表现为电压的变化。 实验实验 2 2采样与保持实验采样与保持实验 实验名称信号采样与保持实验名称信号采样与保持 1 一．实验目的一．实验目的 1.熟悉信号的采样与保持过程 2.学习和掌握采样定理 3.学习用直线插值法和二次曲线插值法还原信号 二．实验原理二．实验原理 香农 采样 定理若对于一个具有有限频谱 |W|Wmax的连续信号 f t进行采样，当 采样频率满足 Ws≥2Wmax 时，则采样函数 f*t 能无失真地恢复到原来的连续信号 ft。 Wmax 为信号的最高频率，Ws 为采样频率。 三．实验内容三．实验内容 本实验输入信号正弦波模拟信号 本实验输出信号正弦波数字信号 本实验采样信号方波 预期实验结果1.在模拟示波器中成功显示采样与保持的正弦波信号。 2.成功在模拟示波器中还原输入的正弦波信号。 四．实验结果及分析四．实验结果及分析 记录实验结果如下 2 零阶保持 增大采样周期失真 直线采值 3 二次曲线 结果分析为什么会出现这样的实验结果请用理论分析这一现象。 实验实验 3 3数字滤波实验数字滤波实验 实验名称数字滤波实验名称数字滤波 一．实验目的一．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．实验原理二．实验原理 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 三．实验内容三．实验内容 本实验输入信号正弦信号干扰信号 4 本实验输出信号正弦波模拟量 本实验采样信号周期为 5ms 的方波 本实验被控对象 预期实验结果输入为带有毛刺的正弦波，经过滤波后，输出为正弦波信号 四．实验结果及分析 记录实验结果如下 5 结果分析不同采样周期对实验结果的影响，使用理论分析这一结果。 数字滤波要选择合适的数字滤波，否则会造成电路的不稳定。在实际应用中，对于参数变化 缓慢的 如温度 可用惯性滤波，对于参数变化快的信号可用加权平均滤波。 实验实验 4 4积分分离积分分离 PIDPID 控制实验控制实验 实验名称实验名称 一．实验目的一．实验目的 1.了解 PID 参数对系统性能的影响。 2.学习凑试法整定 PID 参数。 3.掌握积分分离式 PID 控制规律。 二．实验原理二．实验原理 本实验中，采用位置式 PID 算式。在一般的 PID 控制中，当有较大的扰动或大幅度改变 给定值时，会有较大的误差，以及系统有惯性和滞后，因此在积分项的作用下，往往会使系 统超调变大、过渡时间变长。为此，可采用积分分离式 PID 控制算法，即当误差 ek较大 时，取消积分作用; 当误差 ek较小时才将积分作用加入。 6 三．实验内容三．实验内容 本实验输入信号方波。 本实验输出信号从震荡到单一稳定值。 本实验被控对象一个二阶环节和一个惯性环节。 预期实验结果改变 3 个参数，会使系统更稳定，加快系统响应，减少超调量。 四．实验结果及分析四．实验结果及分析 记录实验结果如下 1.未引入积分分离 7 2.引入积分分离 3. 将 KP 由 8000H 改为 6000H 4. 将 KP 由 8000H 改为 9999H 8 5. 将 TD 由 0008H 改为 0001H 6. 将 TD 由 0008H 改为 0018H 9 7. 将 TI 由 0018H 改为 0008H 8. 将 TI 由 0018H 改为 0088H 结果分析 从上面图片中可以看出，引入积分分离法后，降低了系统输出的超调量，并缩短了调节时间。 当增大 Kp 时，将加快系统响应，但过大会导致系统稳定性变差。增大TD 时，有利于消除静 差、减小超调、减小振荡。增大 TI 时，有利于加快系统响应，减小超调量。 10 实验实验 5 5带死区的带死区的 PIDPID 控制控制 一．实验目的一．实验目的 1.掌握带死区的 PID 控制规律。 二．实验原理二．实验原理 在计算机控制系统中，某些系统为了避免过于频繁的控制动作，为了消除由于频繁动作 所引起的震荡，通常采用带死区的 PID 控制系统，该系统实际上是一个非线性控制系统。其 基本思想是可以按实际需要设置死区 B，当误差的绝对值|ek|B 时，PK ek，UK以 PID 运 算的结果输出。 三．实验内容三．实验内容 本实验输入信号方波信号 本实验输出信号震荡收敛的稳定波形 本实验被控对象一个一阶惯性环节和一个二阶惯性环节 预期实验结果输出带死区的 PID 控制信号 四．实验结果及分析四．实验结果及分析 记录实验结果如下 死区宽度为 00H 11 死区宽度为 02H 12 结果分析 带死区的 PID 控制响应曲线 C 产生了轻微的震荡，但其偏差在规定范围内；控制量U 的 输出动作频率比积分分离式明显的降低了，从而降低了机械磨损。 如果死区宽度 B 值取得太大，则系统将产生较大的滞后；如果 B 值取得太小，使调节器 输出过于频繁，达不到预期的效果。 实验实验 6 6 简易工程法整定简易工程法整定 PIDPID 参数参数 一．实验目的一．实验目的 1.学习并掌握扩充临界比例度法整定 PID 参数。 2.学习并掌握扩充响应曲线法整定 PID 参数。 二．实验原理二．实验原理 扩充临界比例法是对模拟调节器中的临界比例度法的推广，在工程实践中最常用，其参数整 定步骤如下 （1）选择一个足够小的采样周期 tT，一般取系统纯滞后时间的 1/10 以下。 （2）使系统闭环工作，只用比例控制，增大比例系数 kp，直到系统等幅振荡，记下此 时临界比例系数 Kpu 和临界震荡周期 Tu。 （3）选择控制度（1.052.0） ，控制度是指数字调节器和模拟调节器控制效果之比。 （4）根据控制度，查表 3.4-1 计算出采样周期 T 和 Kp、Ti、Td。 三．实验内容三．实验内容 13 本实验输入信号方波信号 本实验输