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 1：：D/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 f(t)。 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 e(k)较大 时，取消积分作用; 当误差 e(k)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|e(k)|B 时，P(K)= e(k)，U(K)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（1.05~2.0） ，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