計算機控制技術實驗指導書ZY

1、目 錄第一部分 ATC2007系統(tǒng)篇-第一章 系統(tǒng)概述-第二章 軟件使用說明-第二部分 計算機控制技術實驗部分-實驗一 模/數(shù)、數(shù)/模轉換實驗一-實驗二 模/數(shù)、數(shù)/模轉換實驗二-實驗三 平滑與數(shù)字濾波實驗-實驗四 積分分離PID控制實驗-實驗五 大林算法-實驗六 直流電機閉環(huán)調速實驗-實驗七 電烤箱閉環(huán)控制實驗-33第一部分 ATC2007系統(tǒng)篇第一章 ATC2007系統(tǒng)概述一、引言“自動控制原理”是自動化、自動控制、電子技術、電氣技術、精密儀器等專業(yè)教學中的一門重要的專業(yè)基礎課程。為滿足各大專院校的教學需要，我公司精心設計制造了ATC2007實驗系統(tǒng)，它具有很強的開放性能、擴展性能；運算模

2、擬單元的運放有八個，每個運算模擬單元內都有實驗所需的電阻、電容等元件，可以通過短路塊和導線靈活方便的對系統(tǒng)單元電路進行組合，可以構造出各種型式和階次的模擬環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)；從運算模擬單元獨立出來的可變電阻器組單元檔位連續(xù)，調節(jié)精度高，接線靈活多變，充分滿足于自控原理實驗教學的要求。利用系統(tǒng)提供的集成操作軟件ATC2007，通過PC示波器功能可以實時、清晰的觀察控制系統(tǒng)的各項靜態(tài)、動態(tài)特性，方便了對模擬控制系統(tǒng)特性的研究。我們采用微型溫度控制單元來代替烤箱進行溫度控制實驗，加上系統(tǒng)配置的直流電機、步進電機等控制對象，可開設控制系統(tǒng)課程的實驗。該系統(tǒng)還可擴展支持如線性系統(tǒng)、最優(yōu)控制、系統(tǒng)辨識及計算機

3、控制等現(xiàn)代控制理論的模擬實驗研究。二、系統(tǒng)構成ATC2007系統(tǒng)由各單元電路、8088_CPU單元和與PC機進行通訊的串口構成。信號源發(fā)生單元電路：U1 信號源 SG 正弦波單元： U2 正弦波 SIN運算模擬單元電路：U3U8反向器單元： U9狀態(tài)指示燈單元：U10 指示燈 D電位器單元：U11P單節(jié)拍脈沖發(fā)生單元：U12 單脈沖 SP非線性用單元電路：U13NC特殊運算環(huán)節(jié)單元：U145V電源發(fā)生單元：U15A驅動單元：U16DRIVER微型溫度控制單元：U17TC電機單元：U18MOTOR采樣保持器及單穩(wěn)單元電路： U19 SH模/數(shù)轉換單元電路：U20ADC數(shù)/模轉換單元電路：U21D

4、AC示波器單元： U22可變電阻器組單元：U238088_CPU單元： U24RS485通信單元： U25控制信號單元U26第二章 ATC2007集成操作軟件使用說明一、軟件的安裝ATC2007實驗系統(tǒng)配合集成操作軟件 ATC2007可方便地進行各項實驗。該軟件可以在Windows98及Windows2K下運行。 二、進入系統(tǒng)開啟PC微機及實驗平臺的電源開關，啟動實驗系統(tǒng)，雙擊“ATC2007計算機控制實驗軟件”圖標，即可進入集成環(huán)境。根據(jù)您所使用的通訊端口設置 “選擇串口”COM1或COM2。圖3.1 集成軟件操作界面三.、文件操作（File）在圖3.1所示的操作界面中，選擇文件菜單可新建文

5、件或打開已有的文件，進行源文件的編輯操作（圖3.2 文件編揖操作界面）。屏幕顯示：圖3.2 文件編揖操作界面當打開源文件編輯窗口后（菜單會發(fā)生相應的變化），可利用菜單中所提供的功能對源程序進行輸入、修改、保存等操作。在對源程序進行修改的過程中，用戶應先定義需要修改的程序塊，然后可使用“編輯”萊單中的復制（C）、剪切（T）、粘貼（P）和撤消（U）等功能。當源程序編輯修改完畢后，可將文件進行保存，保存時默認的擴展名“。ASM”。四、匯編程序（Masm）在圖3.2所示的界面中，選擇“編譯”菜單中的“匯編”項，即可對源文件進行匯編，系統(tǒng)自動完成匯編并生成“*.OBJ”文件。并在屏幕上顯示錯誤、警告等匯

6、編信息：圖3.3 匯編信息窗口若在匯編過程中出現(xiàn)錯誤，則錯誤信息會出現(xiàn)在 圖3.3 匯編信息窗口，用戶可對照出錯信息，修改程序。五、連接（Link）在圖3.2所示的操作界面中，選擇“編譯”菜單中的“連接”項，即可對源文件進行連接，系統(tǒng)自動連接生成“*。EXE”文件。并在屏幕上顯示錯誤、警告等連接信息：六、程序裝入（Load）程序裝入需在調試窗口的界面中進行，在圖3.1 集成軟件操作界面 或在圖3.2所示的文件編揖操作界面中，選擇“窗口”“調試”，出現(xiàn)下面的調試窗口：這時菜單欄中會增加幾個與程序調試相關的菜單項。選擇“裝入程序”，出現(xiàn)一個打開文件對話框，到安裝目錄下，選中剛才連接好的執(zhí)行文件，點

7、擊打開，出現(xiàn)一個地址對話框，點擊確定，即可將執(zhí)行文件裝入到系統(tǒng)中由段地址和偏移量指定的位置。如下圖所示：七、運行程序進入調試窗口，可以通過“單步運行”菜單項來單步執(zhí)行程序，也可在調試窗口中輸入G=0000：2000” 來全速執(zhí)行程序。其中0000：2000為程序裝入時的段地址和偏移量。八、程序存盤選擇“程序存盤”可將系統(tǒng)內存中的程序存入磁盤。九.調試（Debug）計算機控制實驗調試界面下的主要命令A 啟動小匯編程序其格式為：A段址：偏移量 即：A段址，偏移量 從 段址：偏移量 構成的實際地址單元起填充匯編程序的目標碼。A偏移量 從默認的 段址：偏移量 構成的實際地址單元起填充匯編程序的目標碼。

8、A 從默認段址：默認偏移量構成的實際地址單元起填充匯編程序的目標碼。需要說明的是，對輸入?yún)R編語句有如下規(guī)定：(1) 數(shù)字一律是不帶H后綴的16進制數(shù)。(2) m類操作一定要在之前標注W(字)或B(字節(jié))，如MOV B2010，AL；MOV W2010，AXB 斷點設置在“>”提示符下鍵入B ，系統(tǒng)就提示：“i：”等待您給出斷點地址，回車后，系統(tǒng)繼續(xù)提示“i1：”。若直接用回車來響應則結束該命令。系統(tǒng)允許設至至多10個斷點，斷點的清除方法，只能是通過鍵入復位開關或重新上電來實現(xiàn)。D 顯示一段地址單元中的數(shù)據(jù)其格式為D： 段址：起始地址，尾地址E 編輯指定地址單元中的數(shù)據(jù)其格式為：E 段址：

9、偏移量每次只能一字節(jié)一字節(jié)地顯示或修改數(shù)據(jù)。一旦進入E命令狀態(tài)，就可通過“空格”鍵來使地址向高地址方向移動，而“-”鏈則使地址向低地址向移動，亦可直接填入新數(shù)據(jù)來修改地址單元中的內容。若直接用回車鍵來響應的話，就退出E命令。G 連續(xù)運行程序其格為：G段址：偏移量 GB段址：偏移量其中G格式表示無斷點連續(xù)運行由段址：偏移量指定入口的程序：而GB格式表示帶斷點連續(xù)運行由段址：偏移量指定入口的程序。注：斷點是由B命令來設置的。I 從I/O端口讀入數(shù)據(jù)并顯示其格式為：II/O接口地址如：>I 0042顯示地址為0042接口單元的內容。M 數(shù)據(jù)塊搬移其格式為：M 段址： 源起始址，尾址目標段址：目

10、標起始址執(zhí)行該命令可實現(xiàn)整塊數(shù)據(jù)區(qū)的搬移。O 數(shù)據(jù)送存指定I/O接口地址單元其格式為：O I/O口地址，數(shù)據(jù)如：>O 0098，10 就完成送10到地址為98的I/O端口上去。R 寄存器顯示與修改其格式為： R寄存器名可顯示并修改特定寄存器的內容。如：>RAX就顯示AXXXXX，此時您鍵入回車鍵表示結束R命令，若輸入四位16進制數(shù)并回車的話，則就會將該四位數(shù)填入到相應的寄存器中并結束R命令。T 單步運行指定的程序其格式為：T段址：偏移量單步運行的程序入口地址由段址：偏移量來指定，每次執(zhí)行完畢，系統(tǒng)就會顯示CS、DS、IP、AX的內容到顯示器上。如T0000：2000表示從0000：

11、2000地址起單步執(zhí)行一條命令。U 反匯編程序命令其格式為：U段址：起始址，尾址 或 U系統(tǒng)提供反匯編程序能力，上面第一格式可實現(xiàn)連續(xù)顯示從某地址到另一高端地址間的代碼反匯編，而后一種格式每次只能顯示當前行。十、示波器功能（Wave）進入ATC2007系統(tǒng)集成操作軟件界面，選擇“窗口”“示波器”后，屏暮顯示：用戶可根據(jù)需要選擇不同的示波器功能，進入相應的界面。 下面介紹示波器的4個功能：a) 示波器（對信號進行時域的測量，類似與普通示波器的功能） l、性能1)實時顯示時，帶寬為50HZ：凍結顯示時，帶寬可達200HZ。2)實時采樣頻率：10KHZ3)測量范圍：×l檔為±5v

12、，×5檔為±l2v，×0.5檔為±2.5v4)通道數(shù)：雙通道。2、界面及操作界面如圖3.4所示。圖3.4示波器功能界面示波器窗口由功能鍵工具欄、波形顯示窗口、數(shù)據(jù)顯示窗口和命令/提示欄（狀態(tài)欄）四個部分。（見圖3.4）功能鍵工具欄顯示功能鍵提示，當前可用的功能鍵用彩色顯示，不可用的用灰色顯示。數(shù)據(jù)顯示窗口顯示兩路信號當前的電壓值。CHl顯示第一通道，CH2顯示第二通道，第一通道的電壓值及波形用黃色顯示，第二通道用綠色顯示。顯示數(shù)據(jù)乘以0.l即為實際電壓值（注意這是在×1檔，當撥至×5檔時，則實際電壓應乘以5，當撥至×0.5檔

13、時，則實際電壓應乘以0.5），單位為伏特。波形顯示窗口顯示波形曲線。命令/提示欄接收用戶的命令并顯示提示信息。示波器工具欄功能（按自左向右的順序逐個介紹）1、啟動示波器不運行程序。適合于只需要觀察波形時使用，例如做自控實驗 時。2、啟動示波器，并運行程序。適合于需要用示波器觀察程序運行效果時使用，例如做計算機控制實驗?？砂刺崾炬I入用戶程序的段地址（CS）及偏移量(IP：)，按確定后程序開始運行。此時可將示波器探筆接至用戶需要測量的地方，觀察該處的波形。3、停止測量。 停止示波器的采樣，如果運行了計算機控制程序，程序將被終止。建議在激活其它窗口時停止示波器測量。注意：終止后波形不會保留。如果需要

14、保留屏幕上的波形，可用暫停顯示。4、暫停顯示。 將當前的波形保留在屏幕上，便于細致觀察波形。用“”鍵和“”鍵可移動游標測量波形數(shù)據(jù)（游標顯示為一條白線）。CHl及CH2數(shù)據(jù)顯示窗會分別顯示出游標所在位置兩路信號的電壓值，同時，波形顯示窗左下方用黃色顯示出游標所在處距窗口最左邊的時間值，單位為毫秒。如果希望繼續(xù)顯示波形，可用“繼續(xù)顯示”功能鍵。暫停后可以用游標對波形進行測量、細分顯示和打印波形，如果運行了計算機控制程序，程序仍在運行，不會被終止（于停止功能不同），時示波器仍在采樣，只是不將數(shù)據(jù)顯示在屏幕上。注意：在選擇暫停顯示的同時，在工具欄中將激活“細”功能鍵，若此時再點擊“細”功能鍵，屏幕上

15、的波形將按凍結方式重新顯示，可得到更為細致的波形圖（即將實時顯示時無法辯認的波形通過此功能進行顯示，此時AD已經(jīng)停止采 樣，只能顯示用戶暫停時這一屏的波形），凍結顯示結束后，可以使用“<”和“>”鍵控制游標，以測量波形數(shù)據(jù)，5、繼續(xù)顯示。暫停顯示后用來恢復示波器的顯示。6、橫向增加示波器顯示比例。7、橫向減少示波器顯示比例。8、縱向增加示波器顯示比例。9、縱向減少示波器顯示比例。10、示波器顯示還原。將縱向拉伸過的圖形還原為最初顯示尺寸。11、 快速向左移動游標。在暫?；蚣毞诛@示時，用來移動測量游標，每次10格12、向左移動游標。在暫?；蚣毞诛@示時， 用來移動測量游，每次移動一格。

16、13、向右移動游標。14、快速向右移動游標。15、 細分顯示波形。在暫停后可以使用。執(zhí)行時，示波器窗口標題欄會閃動，此時正在接 收數(shù)據(jù)請等待，數(shù)據(jù)接收完成后會顯示出波形，并可用游標進行測量。16、左移波形。執(zhí)行細分顯示后，可以使用。17、右移波形。執(zhí)行細分顯示后，可以使用。18、在波形顯示和保存波形界面間切換19、 保存某一時刻CH1的波形顯示。此處會彈出一個對話框詢問保存到那一個圖中，可選的有三個，選中之后，系統(tǒng)會將用戶需要保存的圖象保存到用戶指定的圖庫中。20、保存某一時刻CH2的波形顯示到用戶指定的圖庫中。21、將兩路波形同時保存到一個圖庫中。22、波形打印。暫?；蚣毞诛@示時可以使用。b

17、) 非線性測量 （ 電壓-電壓關系測量功能） 三個工具按鈕分別為：啟動測量，清屏功能，停止測量。下面以典型非線形環(huán)節(jié)為例來說明此功能，實驗內容參見ATC2007實驗指導書中實驗五（P25）。將測量單元的CH1探筆接至Ui處，CH2接至UO處，調節(jié)U11單元的RW電位器（注意X與5V，Z與5V分別用短路塊短接）使Y在±5V變化，Ui將在±2.55×5V之間變化，而此次實驗若選5.1V穩(wěn)壓二極管（用二個穩(wěn)壓二極管負極對負極串接起來，即可構成一只雙向穩(wěn)壓二極管）調節(jié)RW時，一旦Ui超出±5.lV時，雙向穩(wěn)壓二極管將限幅在±5.lV。注意：圖中CHl、

18、CH2所顯示的值×0.l即為電壓值，若測量單元中的CHl、CH2為乘5檔時，一格代表5V，若為乘檔l時，一格代表lV。c) 頻率特性分析在此實驗中，我們利用ATC2007系統(tǒng)中的U21 DAC單元，將提供頻率和幅值均可調的基準正弦信號源，作為被測對象的輸入信號，而ATC2007系統(tǒng)中測量單元的CH1通道用來觀測被測對象的輸出，選擇不同角頻率及幅值的正弦信號源作為對象的輸入，可測得相應的對象輸出，并在PC機屏幕上顯示，我們可以根據(jù)所測得的數(shù)據(jù)正確描述對象的幅頻和相頻特性圖。具體實驗步驟如下：(l)將U21 DAC單元的OUT端接到對象的輸入端。(2)將測量單元的CH1（必須撥為乘 l

19、檔）接至對象的輸出端。(3)將U1 SG單元的ST和S端斷開，用排線將ST端接至8088_CPU單元中的PB0。（由于在每次測量前，應對對象進行一次回零操作，ST即為對象鎖零控制端，在這里，我們用8255的PB0口對ST進行程序控制。）(4)在PC機上輸入相應的角頻率，并使用“+”、“”鍵選擇合適的幅值，按ENTER鍵后，輸入的角頻率開始閃爍，直至測量完畢時停止，屏幕即顯示所測對象的輸出及信號源，移動游標，可得到相應的幅值和相位。(5)如需重新測試，則按“N”鍵，系統(tǒng)會清除當前的測試結果，并等待輸入新的角頻率，準備開始進行下次調試。(6)根據(jù)測得的在不同頻率和幅值的信號源作用下系統(tǒng)誤差e(t)

20、及反饋c(t)的幅值、相對于信號源的相角差，用戶可自行畫出閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)幅頻和相頻曲線。d) 86示波器（直流電機、烤箱實驗專用波形顯示）在做第三部分電機調速控制和烤箱溫度控制實驗時，需要顯示反饋和給定值，為了使顯示數(shù)值與界面相符，請進入86示波器界面，使用該界面下“啟動示波器，并運行程序”功能。86示波器的界面中除示波器功能中顯示刻度值與示波器界面中的不同之外，其余功能及使用方法完全相同。對于時間刻度值由于采樣周期不同存在以下關系：實際時間（秒）（采樣周期×實際刻度值）/20烤箱溫度控制范圍在室溫250，不要過高。即給定值SPEC范圍約在l4H（20）FAH（250）之間。示例程序

21、中SPEC64H為l00。TS64H，由于8253 OUT2接IRQ6中斷為l0ms，故采樣周期64H×101s；如實際刻度值5400，則實際響應時間（秒）（1×5400）/20270s。溫度控制響應時間較長，一屏不能完全觀測到整個響應過程，每增加一屏，實際刻度值要累加6000。電機轉速范圍在6轉/秒66轉/秒之間，速度過低受阻力影響較大不穩(wěn)定。最大轉速不超過4300轉/分。即：給定值（SPEC）范圍約在06H-42H之間。示例程序中給定SPEC30H為48轉/秒，TSl4H，由于8253 OUT2接IRQ6中斷為1ms，故采樣周期14H×10.02s如實際刻度值

22、900，則實際響應時間（秒）（0.02×900）/200.9s。第二部分 計算機機控制技術實驗實驗一 模/數(shù)、數(shù)/模轉換實驗(1)1.實驗線路原理圖：見圖1-1圖1-l A/D、D/A轉換實驗（1）線路圖8088CPU的OPCLK信號與ADC0809單元電路的CLOCK相連作為ADC0809的時鐘信號。ADC0809芯片輸入選通地址碼A、B、C為“1”狀態(tài)，選通輸入通道IN7。通過電位器RW1給A/D變換器輸入5V+5V的模擬電壓。8253的2#口用于5ms定時輸出OUT2信號啟動A/D變換器。由8255口A為輸入方式。A/D轉換的數(shù)據(jù)通過A口采入計算機，送到顯示器上顯示，并由數(shù)據(jù)總

23、線送到D/A變換器0832的輸入端。選用8088CPU的地址輸入信號IOY0為片選信號（CS），XIOW信號為寫入信號（WR），D/A變換器的口地址為00H。調節(jié)RW1即可改變輸入電壓，可從顯示器上看A/D變換器對應輸出的數(shù)碼，同時這個數(shù)碼也是D/A變換器的輸入數(shù)碼。2.A/D、D/A轉換程序流程：（見圖1-2）對應下面的流程，已編好了程序存放在8088的監(jiān)控中，可用U（反匯編）命令查看。圖1-2 A/D轉換主程序流程圖3.實驗內容及步驟(1)按圖11接線。用“短接塊”分別將U1 SG單元中的ST插針與5V插針短接；U11 P 單元中的X與5V、Z與5V短接，其它畫“”的線需自行連接。連接好后

24、，請仔細檢查，無誤后方可接通電源。（2）調零在每一次實驗前，都必須進行調零。操作步驟如下：打開實驗專用軟件ATC2007，進入調試窗口，在“ ”提示符下，鍵入A2000，啟動小匯編，然后輸入以下語句：> 0000:2000 MOV AL, 80> 0000:2002 OUT 00, AL> 0000:2004 INT> 0000:2005 > G=0000:2000此時，調試窗口內將顯示當前各寄存器的狀態(tài)（2004，0000，）。將萬用表撥至毫伏檔，測量U21單元中OUT端的電壓，調節(jié)DAC0832芯片右方的藍色微調電阻，直至電壓顯示到0mv為止。（若調不到絕對0

25、mv，可調節(jié)至0.5mv以下的正電壓，但切不可為負電壓）(3)將RW1輸出調至5V，在調試窗口執(zhí)行程序： GF000：1100觀察調試窗口是否顯示數(shù)碼“00”（或者比00稍大也可）。如若不是，可從以下方面進行檢查：輸入是否為-5V；線路是否正確；調零是否準確；程序是否執(zhí)行。(4)依次調節(jié)RW1電位器，用數(shù)字電壓表分別檢測A/D的輸入電壓和D/A的輸出電壓，同時觀察調試窗口顯示數(shù)碼，記下相應的轉換值及D/A的輸出模擬電壓，填入下表11。表中模擬輸入電壓以實際輸入電壓為準。表1-1 A/D、D/A實驗（1）結果模擬輸入電壓（V）顯示器數(shù)碼（H）模擬輸出電壓（V）-5-4-3-2-10+1+2+3+

26、4+5實驗二 模/數(shù)、數(shù)/模轉換實驗（2）1.實驗線路原理圖：見圖2-1圖2-1 A/D、D/A轉換實驗（2）線路圖設置8255為定時方式，OUT2信號為采樣脈沖，采樣周期5ms。8255的A口為輸入方式，用于采入數(shù)據(jù)。8255的B口為輸出方式，用于選擇控制雙路輸入輸出通道。A/D轉換單元可對多路模擬量進行轉換，這里用6、7兩路分別接入圖2-2所示信號。 圖2-2 輸入信號計算機控制A/D變換器分時對這兩路模擬信號進行A/D轉換。將轉換的數(shù)字量送至D/A變換器還原模擬量，并送至兩個采樣保持器。由8255 B口分別控制兩個采樣保持器的采樣開關，以保證U21單元采樣保持器電路中的OUT1輸出信號與

27、A/D變換單元U20的IN6輸入信號一致；采樣保持器電路的OUT2輸出信號與A/D變換單元U20的IN7輸入信號一致。2.程序流程：見圖2-3 圖2-3 主程序和中斷處理程序流程圖3.實驗內客與步驟(1)按圖2-1接線。將信號源單元（U1 SG）的信號選擇開關S11放到斜坡位置，用短接塊將信號源（U1 SG）的微型插針S與ST短接（ST應與+5V斷開）。置S12為下檔，調節(jié)W11和W12，使得IN6、IN7輸入波形接近圖2-2的要求。(2)執(zhí)行程序： G=F000：1151。(3)用示波器觀察并記錄以下三組波形： IN6輸入與U21單元中的OUTl輸出 兩者對比波形； IN7輸入與U21單元中

28、的OUT2輸出 兩者對比波形； U21單元中的輸出OUT端分時控制輸出波形。實驗三 數(shù)字濾波實驗1.實驗原理與線路(1)原理見圖3-1圖3-1 數(shù)字濾波原理圖計算機對含有干擾的正弦信號R（約0.51HZ）通過U20采樣輸入，然后進行數(shù)字濾波處理，以保留正弦信號，去除干擾，最后送至U21變成模擬量C輸出。(2)摸擬帶有尖脈沖干擾的正弦信號用RC電路將U1單元的555輸出方波（S端）微分，將此微分信號視作干擾，再用U2 SIN單元產生的正弦波，兩信號迭加，如圖3-2。注意R點波形不要超過±5V，以免數(shù)字化溢出。(3)濾波器的計算要求設計一個相當于 的數(shù)字濾波器，由一階差分法可得近似式（注

29、1）其中，Xk：輸入，Yk輸出，。上式中a的取值范圍：0.000.99。1-a、a的值要分別保存在2F00H和2F03H地址中，存入方法：在調試窗口使用 E地址 命令可對指定地址中的內容進行修改，假設a=0.95，這個值要保存在2F03H地址中。 > E 2F03> 0000:2F03 = CC_95 啟動相應程序后則會將BCD碼“95”轉換成二進制小數(shù)，再按算式進行定點小數(shù)運算。采樣信號由8253得到，8253定時5ms，采樣周期T為：msTk需保存在2F60H地址中，取值范圍：01HFFH，對應T的范圍：5ms1275ms。1a，a，Tk的存儲區(qū)見表3-1。表3-1變量的值1-

30、aaTk存入地址2F00H2F03H2F60H 注1：理論推導算式為，實驗采用的算式作了近似處理。 (5)線路接線見圖3-2，圖中接入1點的信號為正弦波，2點為干擾信號。圖3-2 數(shù)字濾波線路圖2.實驗程序流程：見圖3-3圖3-3 一階慣性數(shù)字濾波程序流程圖3.實驗內容及步驟按圖3-2接線，調節(jié)U1信號源單元中的W11，使S端的方波周期約為0.2s；調節(jié)U2單元電位器，使其輸出周期為1s、幅值為3V的正弦信號；調節(jié)圖3-2電路圖中1、2端對應的電位器，使R端波形符合圖3-1所示輸入信號的要求。在2F00H、2F03H、2F60H存入1-a、a、Tk的值。啟動一階慣性數(shù)字濾波程序 GF000：1

31、411用示波器觀察輸入端R、輸出端C的波形，分析濾波效果并記下正弦衰減比、干擾衰減比。改變la、a、Tk，重復步驟(3)，將實驗結果填入表3-2。表3-2 一階慣性濾波實驗結果TkT(ms)1-aa濾波前后正弦幅值比濾波前后干擾幅值比濾波前后波形對比圖0159505015059506300595實驗四 積分分離PID控制實驗1.實驗原理及線路簡介(1)原理如圖4-1，R為輸人，C為輸出，計算機不斷采入誤差E，進行積分判別與PID運算，然后判結果是否溢出（若溢出則取最大或最小值），最后將控制量輸送給系統(tǒng)。圖4-1積分分離PID控制原理圖(2)運算原理PID控制規(guī)律為：。e(t)為控制器輸入：U(

32、t)為控制器輸出。用矩陣法算積分，用向后差分代替微分，采樣周期為T，算法為： 簡記為： P、I、D范圍為：0.99990.9999，計算機分別用相鄰三個字節(jié)存儲其BCD碼。最低字節(jié)存符號，00H為正，01H為負。中間字節(jié)存前2位小數(shù)，最高字節(jié)存末2位小數(shù)。如比例系數(shù)P為0.9050，I為0，D為0，則內存為表4-1所示。表4-1 PID實驗各參變量地址分配表參變量地址內容Tk0240：000005HEI0240：00017FHP0240：000200H0240：000390H0240：000450HI0240：000500H0240：000600H0240：000700HD0240：00080

33、0H0240：000900H0240：000A00H計算機存有初始化程序，把十進制小數(shù)轉換成二進制小數(shù)，每個小數(shù)用兩個字節(jié)表示。在控制計算程序中按定點小數(shù)進行補碼運算，對運算結果有溢出處理。當運算結果超出00H或FFH時則用極值00H或FFH作為計算機控制輸出，在相應的內存中也存入極值00H與FFH。積分項運算也設有溢出處理，當積分運算溢出時控制量輸出取極值，相應內存中也存入極值。計算機還用0240:0001H內存單元所存的值數(shù)作為積分運算判定值EI，誤差E的絕對值小于EI時積分，大時不積分。EI的取值范圍：00H7FH?？刂屏縐k輸出至D/A，范圍：00HFFH，對應5V4.96V，誤差E模

34、入范圍與此相同。(3)整定調節(jié)參數(shù)與系統(tǒng)開環(huán)增益可用臨界比例帶法整定參數(shù)。設采樣周期為50ms，先去掉微分與積分作用，只保留比例控制，增大Kp直至系統(tǒng)等幅振，記下振蕩周期Tu和振蕩時所用比例值Kpu，按以下公式整定參數(shù)。只用比例調節(jié)比例Kp0.5Kpu（PKp0.5Kpu）用比例、積分調節(jié)（T取 TU）比例Kp0.36Kpu（即PKp0.36Kpu）積分時間TI1.05TU（即I 0.07Kpu）用比例積分、微分調節(jié)（T取 TU）比例Kp0.27Kpu(即PKp0.27Kpu) 積分時間TI0.4Tu(即I 0.11KPU)微分時間TD0.22TU(即D 0.36KPU)PID系數(shù)不可過小，因

35、為這會使計算機控制輸出也較小，從而使系統(tǒng)量化誤差變大，甚至有時控制器根本無輸出而形成死區(qū)。這時可將模擬電路開環(huán)增益適當減小，而使PID系數(shù)變大。例：PID三個系數(shù)都小于0.2，模擬電路開環(huán)增益可變?yōu)镵/5，PID系數(shù)則都相應增大5倍。另一方面PID系數(shù)不可等于1，所以整個系統(tǒng)功率增益補償是由模擬電路實現(xiàn)。例如若想取P5.3，可取0.5300送入，模擬電路開環(huán)增益亦相應增大10倍。(4)接線與線路原理。圖4-2 積分分離PID控制實驗線路圖8253的OUT2定時輸出OUT2信號，經(jīng)單穩(wěn)整形，正脈沖打開采樣保持器的采樣開關，負脈沖啟動A/D轉換器。系統(tǒng)誤差信號EU19單元IN2；U19單元OUT2

36、U20單元IN7；采樣保持器對系統(tǒng)誤差信號進行采樣，將采樣信號保持并輸出給A/D第7路輸入端IN7。計算溢出顯示部分：圖4-2虛框內。當計算控制量的結果溢出時，計算機并口B的PB7輸出高電平，只要有一次以上溢出便顯示。這部分線路只為觀察溢出而設，可以不接，對于控制沒有影響。(5)采樣周期T計算機8253產生定時信號，定時10ms，采樣周期T為：TTk×10msTk事先送入0240：0000H單元，范圍是01HFFH，則采樣周期T的范圍為10ms2550ms。按TU計算出的T如果不是10ms的整數(shù)倍，可以取相近的Tk。2.實驗程序流程：見圖4-3圖4-3 PID控制實驗主程序和中斷程序

37、流程3.實驗內容與步驟(l)按圖4-2接線，用短路塊將U1單元中的S與ST短接(ST應與+5V斷開)，S11置方波檔，S12置200ms-14s檔，調節(jié)W11使方波信號周期為6S，調節(jié)W12方波幅值約為3V。(2)在調試窗口使用菜單中 “裝入程序”命令裝入ATC4-l.EXE，利用“E地址”命令從0240：0000地址開始存入TK、EI、KP、KI、KD，各參量的初始值和地址分配參見表4-1，全部存入完畢后可以在調試窗口使用下面代碼顯示所存入的數(shù)據(jù)以便進行檢查： > D0240:0000數(shù)據(jù)檢查無誤后，啟動PID位置式算法程序，用示波器觀察輸出。 > G=0000:2000(3)觀

38、察此時的響應輸出是否為等幅振蕩，如果不是，調節(jié)圖4-2中的電位器R，使得輸出為等幅振蕩。等幅振蕩時的Tk=05H，采樣周期T=5X10ms=50ms，此時的P系數(shù)值記為KPU=0.9050 。(4)根據(jù)臨界比例帶法計算P、I、D三參數(shù)，經(jīng)過計算可以得到表4-2中的“I”行中的P、I、D參數(shù)，使用E命令在相應地址存入三個參數(shù)值，啟動PID位置式算法程序，觀察輸入R和輸出信號C波形，測出MP、ts，將結果記錄在表4-2中。將積分分離值EI（7FH）修改為30H，重新啟動算法程序，觀察輸入R和輸出信號C波形，看MP、ts有無改善，并記錄MP、ts。(6)根據(jù)PID三個系數(shù)不同的控制作用，適當加以調整

39、，得到表4-2中較佳的PID參數(shù)值，重新存入，啟動算法程序，觀察輸入R和輸出信號C波形，記錄MP、ts。(7)用表4-2中的較佳PID參數(shù)，但積分分離值改為7FH并存入，啟動算法程序，觀察輸入R和輸出信號C波形，記錄MP、ts。表4-2 實驗結果EIPIDMpTs（s）波形圖比例控制7F0.905000等幅振蕩I用臨界比例法整定參數(shù)7F0.24430.09960.3240II用I欄PID參數(shù)，但EI修改300.24430.09960.3240III較佳的PID參數(shù)300.22430.04960.4240IV用較佳的PID參數(shù)，但EI為7F7F0.22430.04960.4240實驗五 大林算法

40、實驗5.1 大林算法1.實驗線路原理(1)如圖5.1-1，純滯后環(huán)節(jié)是通過控制采樣保持器，使采樣保持器的輸出滯后D/A輸出一拍來模擬實現(xiàn)的。圖5.1-1采樣周期T0.2S，大林設計目標定為： 式中0.1S。(2)D(Z)算法計算機輸入為E(Z)，輸出為U(Z)，有：式中K1與P1取值范圍：0.99990.9999，計算機分別用相鄰一個字節(jié)存儲其BCD碼。最低字節(jié)存符號，00H為正，01H負。中間字節(jié)存前2位小數(shù)，最高字節(jié)存末2位小數(shù)。例有一系數(shù)0.4321，則內存為：地址 內容2F00H01H2F01H43H2F02H21H程序運行時轉換為二進制模2定點小數(shù)。注意D(Z)中缺項相當于系數(shù)為零，

41、應在相應內存三字節(jié)全存入00H。系數(shù)存儲安排如表5.1-1。表5.1-1 K0 P1 K1 P2 K2 P3 K3將D(Z)式寫成差分方程，則有：UkK0EkK1EklK2Ek2K2Ek2P1Uk1P2Uk2P3Uk3式中:EkEk3誤差輸入，UkUk3計算機輸出。計算機運算沒有溢出處理，當計算機控制輸出超過00HFFH時（對應于模擬量5V5V），則計算機輸出相應的極值00H或FFH，同時在相應的內存單元存入極值。(3)采樣周期T計算機用8253產生定時信號，定時10ms，采樣周期T為：TTk×10ms Tk需事先送入2F60H單元。范圍：01HFFH，對應T的范圍：10ms2550ms，實驗取T0.2×10，Tk2014H。(4)接線：見圖5.1-2U19 SH：采樣保持單元。U21、OUTU19、IN2：D/A輸出接至第二路采樣保持器輸入。U26單元PB14U19的PU2：計算機給采樣保持器的控制信號，使采樣保持器的輸出滯后一拍。圖5.1-22.程序流程：見圖5.1-3 圖5.1-33.實驗內容及步驟(1)根據(jù)設計要求，確定計算機的D(Z)各個系數(shù)。D(Z)(0.