計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級: 學(xué)號: 姓名:信息工程學(xué)院 2016-2017-2實(shí)驗(yàn)1: D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)精選文庫.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)D/A轉(zhuǎn)換器原理及接口方式，并掌握 TLC7528芯片的使用。TLC7528芯片，它是8位、并行、兩路、電壓型輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器。會將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模 擬信號。三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號:8位數(shù)字信號本實(shí)驗(yàn)輸出信號:鋸齒波模擬信號5本實(shí)驗(yàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器：TLC7528輸出電路 預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在虛擬示波器中顯示數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成功的鋸齒波模擬信號的波形圖。四.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:irVTTI = 601 (TO16.57 HzrVVV21- 1

2、 fVT-V21 = 5伍6 耐_ - - - f.十VT結(jié)果分析：為什么會出現(xiàn)這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果？請用理論分析這一現(xiàn)象。D/A就是將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量，然后通過虛擬示波器顯示出來，表現(xiàn)為電壓的變化。實(shí)驗(yàn)2:采樣與保持實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：信號采樣與保持1.熟悉信號的采樣與保持過程2.學(xué)習(xí)和掌握采樣定理 3學(xué)習(xí)用直線插值法和二次曲線插值法還原信號香農(nóng)(采樣)定理：若對于一個具有有限頻譜(|W|vWmax)的連續(xù)信號f (t) 進(jìn)行采樣，當(dāng)采樣頻率滿足 Ws 2Wmax時(shí)，則采樣函數(shù)f*(t)能無失真地恢復(fù)到原來的連續(xù)信號f(t)Wmax為信號的最高頻率，Ws為采樣頻率。三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號:正弦波模

3、擬信號本實(shí)驗(yàn)輸出信號:正弦波數(shù)字信號本實(shí)驗(yàn)采樣信號:方波語ilt|2DD 2JF1、- .,bd Jsir預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1.在模擬示波器中成功顯示采樣與保持的正弦波信號。2.成功在模擬示波器中還原輸入的正弦波信號。四.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:- eiM rr kb _ 訊|礎(chǔ)T:二 5=FiliiiT零階保持增大采樣周期失真TL曰sc D B叭皿丁“嚀:TTV 鬥*5 - Eft1k.,F.jT1l1 .-、r.丿1 1/! : 1I/1 1:/3rJ1 /”勺J* =， ru i，、-IIr-kz ;rr/j /_ 1r. V/ 、/序存因刖B丄1電特F II：II匚,Jr H-J

4、j_jD禎EJ_J|ht ”亦甘r -rTVIF i|iffi標(biāo)7直線采值陽70 -旨 1&5rw 腫網(wǎng)幻$BrTVIT 可_J_JI: B- B CTVtI. 停止二次曲線(ax n,電砂P7 rih “Jr |i J結(jié)果分析：為什么會出現(xiàn)這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果？請用理論分析這一現(xiàn)象。j_j實(shí)驗(yàn)3:數(shù)字濾波實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：數(shù)字濾波.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1學(xué)習(xí)和掌握一階慣性濾波2. 學(xué)習(xí)和掌握四點(diǎn)加權(quán)濾波一般現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，干擾源比較多，消除和抑制干擾的方法主要有模擬濾波和數(shù)字 濾波兩種。由于數(shù)字濾波方法成本低、可靠性高、無阻抗匹配、靈活方便等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用，下面是一個典型數(shù)字濾波的方框圖:三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容圏 I

5、.J-I本實(shí)驗(yàn)輸入信號:正弦信號干擾信號本實(shí)驗(yàn)輸出信號:正弦波模擬量本實(shí)驗(yàn)米樣信號:周期為 5ms的方波本實(shí)驗(yàn)被控對象: 預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：輸入為帶有毛刺的正弦波，經(jīng)過濾波后，輸出為正弦波信號 四.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:s精選文庫結(jié)果分析：不同采樣周期對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，使用理論分析這一結(jié)果。數(shù)字濾波要選擇合適的數(shù)字濾波，否則會造成電路的不穩(wěn)定。在實(shí)際應(yīng)用中，對于參數(shù)變化 緩慢的(如溫度)可用慣性濾波，對于參數(shù)變化快的信號可用加權(quán)平均濾波。實(shí)驗(yàn)4:積分分離PID控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱:1了解PID參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。2學(xué)習(xí)湊試法整定PID參數(shù)。3掌握積分分離式 PID 控制規(guī)律。本實(shí)驗(yàn)中，采

6、用位置式 PID 算式。在一般的 PID 控制中，當(dāng)有較大的擾動或大幅度改變 給定值時(shí)，會有較大的誤差，以及系統(tǒng)有慣性和滯后，因此在積分項(xiàng)的作用下，往往會使系統(tǒng)超調(diào)變大、過渡時(shí)間變長。為此，可米用積分分離式PID 控制算法，即： 當(dāng)誤差 e(k)較大 時(shí)，取消積分作用；當(dāng)誤差e(k)較小時(shí)才將積分作用加入。26圭程庫三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號:方波。本實(shí)驗(yàn)輸出信號:從震蕩至j單一穩(wěn)定值。本實(shí)驗(yàn)被控對象:一個二階環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：改變3個參數(shù)，會使系統(tǒng)更穩(wěn)定，加快系統(tǒng)響應(yīng)，減少超調(diào)量。四.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下: 1未引入積分分離：pl-r3- im.B rraijri

7、 帀M2.引入積分分離：7 -H .fijt銀？Fer當(dāng)I .八ra I卞時(shí)目堆dUitWTTr n. , -J電|準(zhǔn)F -J -.JP -Il -JJ _J1J3. 將 KP 由 8000H改為 6000H:u II 回 SIrri-flFl： ?可 I rill；jlUJSt?fill4. 將 KP 由 8000H改為 9999H:hl 凹 a IB/MI/Ia社fnz枕隹IF I InLr Lb 丄5. 將 TD由 0008H改為 0001H:I叵丨SSm.-raj = 3MoIWlA*q-516mK-_Ih =jJ J電SV格F .1： VJ弓r ci.1小J Jstr傳止 ,_3-

8、-JJ. “6. 將 TD由 0008H改為 0018H:7. 將 TI 由 0018H 改為 0008H:JJj511申止1Jm LlFI- jJ廠k 3J5Mtd8. 將 TI 由 0018H 改為 0088H:I-3nii刖格回 S3a*I5J.結(jié)果分析: 從上面圖片中可以看出，弓I入積分分離法后，降低了系統(tǒng)輸出的超調(diào)量，并縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間。當(dāng)增大Kp時(shí)，將加快系統(tǒng)響應(yīng)，但過大會導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。增大TD時(shí)，有利于消除靜 差、減小超調(diào)、減小振蕩。增大 TI時(shí)，有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，減小超調(diào)量。實(shí)驗(yàn)5:帶死區(qū)的PID控制.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.掌握帶死區(qū)的PID控制規(guī)律。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，某些系統(tǒng)

9、為了避免過于頻繁的控制動作，為了消除由于頻繁動作所引起的震蕩，通常采用帶死區(qū)的PID控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)際上是一個非線性控制系統(tǒng)。其基本思想是：可以按實(shí)際需要設(shè)置死區(qū)B，當(dāng)誤差的絕對值|e(k)|v=B時(shí)，P(K)為0, U(K)也 為常值，實(shí)際應(yīng)用中，常值是由經(jīng)驗(yàn)值來確定的；當(dāng) |e(k)|B時(shí)，P(K)= e(k)，U(K)以PID運(yùn) 算的結(jié)果輸出。三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號:方波信號本實(shí)驗(yàn)輸出信號:震蕩收斂的穩(wěn)定波形本實(shí)驗(yàn)被控對象:一個一階慣性環(huán)節(jié)和一個二階慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：輸出帶死區(qū)的 PID控制信號 四.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下: 死區(qū)寬度為00H:l=p I l=JEli

10、不格1 ,I冃禹胳 廠IJp -k JuEtT詳止J-_J死區(qū)寬度為02H:|計(jì)-也1呱1皿天目/ftlOL ms電刃IS|粧nrr二j亠p I t J止i/Ldi. HI = IIE II i|H-i2l3MUra iJfTi -ra- ISJIU(V1-V21 - 1 fcvI1111I1Mi_iJr1；M-rjB._| 1- hI_jT.jc: /Ir - - p- - - .- J-一.一1 1111!11111111I11111:1! 111r111. . k IW?2JJEt7(fitfr 口 120.0 riB悸止50U nv1st結(jié)果分析:帶死區(qū)的PID控制響應(yīng)曲線C產(chǎn)生了輕微

11、的震蕩，但其偏差在規(guī)定范圍內(nèi)；控制量 U的 輸出動作頻率比積分分離式明顯的降低了，從而降低了機(jī)械磨損。如果死區(qū)寬度B值取得太大，則系統(tǒng)將產(chǎn)生較大的滯后；如果 B值取得太小，使調(diào)節(jié)器 輸出過于頻繁，達(dá)不到預(yù)期的效果。實(shí)驗(yàn)6：簡易工程法整定PID參數(shù)1.學(xué)習(xí)并掌握擴(kuò)充臨界比例度法整定 PID參數(shù)。2.學(xué)習(xí)并掌握擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定 PID參數(shù)。擴(kuò)充臨界比例法是對模擬調(diào)節(jié)器中的臨界比例度法的推廣，在工程實(shí)踐中最常用，其參數(shù)整 定步驟如下:(1) 選擇一個足夠小的采樣周期tT，一般取系統(tǒng)純滯后時(shí)間的1/10以下。(2) 使系統(tǒng)閉環(huán)工作，只用比例控制，增大比例系數(shù)kp，直到系統(tǒng)等幅振蕩，記下此 時(shí)臨界比例

12、系數(shù)Kpu和臨界震蕩周期Tu。(3) 選擇控制度(1.052.0)； 控制度是指數(shù)字調(diào)節(jié)器和模擬調(diào)節(jié)器控制效果之上比。(4)根據(jù)控制度；杳表 3.4-1計(jì)算出采樣周期 T和Kp、Ti、Td。三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號：方波信號本實(shí)驗(yàn)輸出信號：等幅振蕩信號本實(shí)驗(yàn)被控對象：一個二階環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：輸出一個等幅振蕩信號四.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:時(shí)刖用國止結(jié)果分析:臨界比例度法是閉環(huán)試驗(yàn)整定方法。依賴系統(tǒng)在某種運(yùn)行狀態(tài)下特性信息對調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定。實(shí)驗(yàn)通過Kp、TD、TI控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，參數(shù)既不可過大也不可過小，否則無法得到等幅振蕩的波形。簡易工程整定法是由經(jīng)典的頻率法簡化

13、而來的，雖然粗糙一點(diǎn)，但是簡單易行，適于現(xiàn)場的實(shí)時(shí)控制應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)7:最少拍控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱:.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握最小拍有紋波控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。2.掌握最小拍無紋波控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。最少拍控制是一種直接數(shù)字設(shè)計(jì)方法。所謂最少拍控制，就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對于某種特定的輸入在最少個采樣周期內(nèi)達(dá)到無靜差的穩(wěn)態(tài)，使系統(tǒng)輸出值盡快地跟蹤期望值的變化。他的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)具有形式。在這里， N使可能情況下的最小正整數(shù)。這一傳遞函數(shù)表明閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)在N個采樣周期后變?yōu)榱悖瑥亩馕吨到y(tǒng)在 N拍之內(nèi)到達(dá)穩(wěn)態(tài)。三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號:方波信號本實(shí)驗(yàn)輸出信號:有紋波和無紋波本實(shí)驗(yàn)被控對象:一個二階環(huán)節(jié)和一個慣性

14、環(huán)節(jié)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：輸出有紋波和無紋波 四.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下: 無紋波C和OUT :Ets/tsF I IP ZI _ft!松insILI-V = 515-rwTq - 3GC c- mt .r21-3 33hzTi 叩IF_J fSJ.有紋波C和OUT :亍=笨停止jjl?E借吐J-J申斥烯F -V廠門J /TR 0 II 瑾 1L時(shí)冋f用1： 3廠_J 一廠匚亠1#結(jié)果分析:最小拍控制系統(tǒng)對輸入形式的適應(yīng)性差，當(dāng)系統(tǒng)的輸入形式改變，尤其是存在隨機(jī)擾動 時(shí)，系統(tǒng)的性能變壞。最小拍控制系統(tǒng)對參數(shù)的變化很敏感，在實(shí)驗(yàn)過程中，隨著外部條件的變化，對象參數(shù) 的變化是不可避免的，以及計(jì)算

15、機(jī)在計(jì)算過程中產(chǎn)生的誤差，從而使得實(shí)際輸出可能偏離期望值。雖然在米樣時(shí)刻系統(tǒng)輸出與所跟蹤的參考輸入一致,但在兩個采樣時(shí)刻之間，系統(tǒng)的輸出存在著紋波或振蕩。實(shí)驗(yàn)&大林算法.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.掌握用大林算法實(shí)現(xiàn)對純滯后系統(tǒng)的控制。2.掌握振鈴消除的方法。大林算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使整個閉環(huán)系統(tǒng)所期望的傳遞函數(shù)，相當(dāng)于一個純滯后環(huán)節(jié)和一個慣 性環(huán)節(jié)相串聯(lián)。D（Z）GZ）冷 K1eT1 ellJ/zNi式中：T采樣周期；e 控對象時(shí)間常數(shù);3閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)： K被控對象的增益。三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號:方波信號本實(shí)驗(yàn)輸出信號:未消除振鈴的信號與消除振鈴的信號本實(shí)驗(yàn)被控對象:一個二階環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：分別輸出未消除振鈴的信號與消除振鈴的信號 四.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下: 未消除振鈴:丄I IEH I7 m麗E國班K1-v = 2575 rivn J消除振鈴:n_上JF C._JP 沖標(biāo)r -技喬運(yùn)行誦止h| 回 I 3 IjJV !.