課程實驗PPT課件

1、目錄11.1 模擬量過程通道和數(shù)據(jù)采集處理11.2 數(shù)字量過程通道和數(shù)據(jù)采集處理11.3 地址譯碼電路設計 第1頁/共46頁目錄11.4 ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器硬件設計實驗 11.5 采樣控制系統(tǒng)分析 11.6 PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定分析第2頁/共46頁目錄11.7 最少拍控制系統(tǒng)計算機仿真11.8 組態(tài)王軟件的組態(tài)設計第3頁/共46頁11.1 模擬量過程通道和數(shù)據(jù)采集處理 11.1.1 實驗目的 11.1.2 實驗設備 11.1.3 實驗內(nèi)容與步驟第4頁/共46頁11.1.1 實驗目的 （1）掌握用數(shù)據(jù)采集卡來采集模擬信號的硬件系統(tǒng)的接線方法。 （2）掌握用數(shù)據(jù)采集卡來輸出模擬量信號的硬件系

2、統(tǒng)的接線方法。 （3）深入學習A/D 轉(zhuǎn)換器原理及接口方法及D/A 轉(zhuǎn)換器的原理及接口方法。 （4）掌握用KingView組態(tài)王軟件來編寫數(shù)據(jù)采集卡的模擬量輸入以及輸出程序的方法。第5頁/共46頁11.1.2 實驗設備 （1）硬件環(huán)境 工業(yè)控制計算機一臺，PCI-1710HG數(shù)據(jù)采集板卡、ADAM-3968接線端子板以及PCL-10168，05V的可變電壓源。 （2）軟件平臺 操作系統(tǒng)：Windows 2000以上。 軟件工具：KingView組態(tài)王軟件及PCI-1710板卡的驅(qū)動程序。第6頁/共46頁11.1.3 實驗內(nèi)容與步驟 （1）首先是正確的安裝數(shù)據(jù)采集板卡。將PCI-1710板卡安裝

3、在工控機的擴展槽里，并安裝板卡的驅(qū)動程序和研華板卡的檢測程序。 （2）模擬量輸入通道數(shù)據(jù)的采集。即改變輸入端的模擬電壓值，利用KingView組態(tài)王軟件編程以連續(xù)方式采集并顯示當前電壓值，同時繪制電壓變化的實時曲線。 （3）模擬量輸出通道數(shù)據(jù)的輸出。即可以在程序中人為地產(chǎn)生一個變化的數(shù)值（比如范圍是（05），利用外接電路指示燈的亮度變化以及示波器可以顯示當前模擬量輸出通道轉(zhuǎn)換結(jié)果的電壓值，并同時在程序中繪制給定數(shù)據(jù)的變化曲線。 （4）擴展模擬量輸出通道實驗。編寫程序自動生成連續(xù)變化的數(shù)值，通過輸出通道的 D/A 轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個脈沖三角波形，并在外接線路的指示燈中觀察其亮度是否隨之交替變化，同時用

4、示波器觀察其波形。第7頁/共46頁11.2 數(shù)字量過程通道和數(shù)據(jù)采集處理 11.2.1 實驗目的 11.2.2 實驗設備 11.2.3 實驗內(nèi)容與步驟第8頁/共46頁11.2.1 實驗目的 （1）掌握用數(shù)據(jù)采集卡輸入數(shù)字量信號的硬件系統(tǒng)的接線方法。 （2）掌握用數(shù)據(jù)采集卡輸出數(shù)字量信號的硬件系統(tǒng)的接線方法。 （3）深入學習數(shù)字量輸入輸出通道的組成原理及接口方法。 （4）掌握用KingView組態(tài)王軟件來編寫數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字量輸入以及輸出程序的方法。第9頁/共46頁11.2.2 實驗設備 （1）硬件環(huán)境 工業(yè)控制計算機一臺，PCI-1710HG數(shù)據(jù)采集板卡、ADAM-3968接線端子板以及PCL

5、-10168，電氣開關、繼電器以及指示燈等。 （2）軟件平臺 操作系統(tǒng)：Windows 2000以上。 軟件工具：KingView組態(tài)王軟件及PCI-1710板卡的驅(qū)動程序。第10頁/共46頁11.2.3 實驗內(nèi)容與步驟 （1）首先是正確的安裝數(shù)據(jù)采集板卡。將PCI-1710板卡安裝在工控機的擴展槽里，并安裝板卡的驅(qū)動程序和研華板卡的檢測程序。 （2）數(shù)字量輸入通道數(shù)據(jù)的采集。即利用外部線路中的電氣開關產(chǎn)生開關數(shù)字信號，在組態(tài)王程序中采集并通過程序使畫面中信號指示燈的顏色隨之改變。 （3）數(shù)字量輸出通道數(shù)據(jù)的輸出。即通過在程序中人為地產(chǎn)生一個數(shù)字信號，利用外接繼電器電路控制指示燈的亮滅來驗證數(shù)

6、字量的輸出，并同時在畫面中實現(xiàn)信號指示燈顏色的變化。第11頁/共46頁11.3 地址譯碼電路設計 11.3.1 實驗目的 11.3.2 實驗設備 11.3.3 實驗內(nèi)容與步驟第12頁/共46頁11.3.1 實驗目的 （1）熟悉Proteus軟件的開發(fā)環(huán)境。 （2）學習3-8譯碼器在接口電路中的應用。 （3）掌握I/O接口地址譯碼電路的一般設計方法。第13頁/共46頁11.3.2 實驗設備 （1）硬件環(huán)境 微型計算機一臺，Pentium4以上各類微機。 （2）軟件平臺 操作系統(tǒng)：Windows 2000以上。 仿真軟件工具：Proteus軟件。第14頁/共46頁11.3.3 實驗內(nèi)容與步驟 （1

7、）使用ISA總線的AEN（DMA地址使用信號，高電平有效）信號、地址信號A0A9、3-8譯碼器芯片74HCT138，以及其它的基本門電路，在Proteus中搭建一個地址譯碼電路，使其譯碼出的8個端口的可尋址的地址范圍為3A0H3A7H。 （2）運行程序，觀察設計的地址譯碼電路譯出地址的正確性。第15頁/共46頁11.4 ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器硬件設計實驗 11.4.1 實驗目的 11.4.2 實驗設備 11.4.3 實驗內(nèi)容與步驟第16頁/共46頁11.4.1 實驗目的 （1）熟悉Proteus軟件的開發(fā)環(huán)境。 （2）熟悉Keil軟件的使用以及程序設計方法。 （3）熟悉模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理。

8、第17頁/共46頁11.4.2 實驗設備 （1）硬件環(huán)境 微型計算機一臺，Pentium4以上各類微機。 （2）軟件平臺 操作系統(tǒng)：Windows 2000以上。 仿真軟件工具：Proteus軟件以及Keil軟件。第18頁/共46頁11.4.3 實驗內(nèi)容與步驟 （1）在Proteus中完成如圖11.1所示的硬件系統(tǒng)搭建，仿真中主要用到的器件為AT89C51單片機、ADC0808以及7SEG-MPX4-CA數(shù)碼顯示管*4。 圖11.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換仿真原理圖 （2）在Keil中完成軟件程序的編寫。 （3）進行軟硬件的聯(lián)合聯(lián)調(diào)。 （4）模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果驗證，比較電壓表顯示數(shù)據(jù)和數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)是否一致，并填

9、寫表11.1。第19頁/共46頁11.4.3 實驗內(nèi)容與步驟第20頁/共46頁11.4.3 實驗內(nèi)容與步驟表11.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果比較表12345678電壓值二進制值十進制第21頁/共46頁11.5 采樣控制系統(tǒng)分析 11.5.1 實驗目的 11.5.2 實驗設備 11.5.3 實驗內(nèi)容與步驟第22頁/共46頁11.5.1 實驗目的 （1）熟悉MATLAB中Simulink的實現(xiàn)方法。 （2）考察連續(xù)時間系統(tǒng)的采樣控制中，零階保持器的作用與采樣周期T對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。第23頁/共46頁11.5.2 實驗設備 （1）硬件環(huán)境 微型計算機一臺，Pentium4以上各類微機。 （2）軟件平臺 操作

10、系統(tǒng)：Windows 2000以上。 仿真軟件工具：MATLAB軟件（6.1以上版本）。第24頁/共46頁11.5.3 實驗內(nèi)容與步驟 （1）開機執(zhí)行MATLAB程序，用鼠標雙擊MATLAB圖標進入其命令窗口Command Windows，在Command Windows窗口中輸入Simulink，進入仿真界面，并新建Model文件。在Model界面中構(gòu)造如圖11.2所示的連續(xù)時間系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。作時域仿真并確定系統(tǒng)時域性能指標。第25頁/共46頁11.5.3 實驗內(nèi)容與步驟Transfer Fcn10s +5s2StepScope圖11.2 連續(xù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第26頁/共46頁11.5.3 實驗內(nèi)容

11、與步驟 （2）帶零階保持器的采樣控制系統(tǒng)如圖11.3所示。同樣在MATLAB的Simulink下作時域仿真，并調(diào)整采樣周期T，觀察對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。Zero -OrderHoldTransfer Fcn10s +5s2StepScope圖11.3 帶零階保持器的采樣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第27頁/共46頁11.5.3 實驗內(nèi)容與步驟 （3）敘述零階保持器的作用。 （4）討論采樣周期T對系統(tǒng)特性的影響。第28頁/共46頁11.6 PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定分析 11.6.1 實驗目的 11.6.2 實驗設備 11.6.3 實驗內(nèi)容與步驟第29頁/共46頁11.6.1 實驗目的 （1）掌握MATLAB的M文件

12、編寫方法。 （2）研究PID控制器的Kp、Ti、Td三個參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響。第30頁/共46頁11.6.2 實驗設備 （1）硬件環(huán)境 微型計算機一臺，Pentium4以上各類微機。 （2）軟件平臺 操作系統(tǒng)：Windows 2000以上。 仿真軟件工具：MATLAB軟件（6.1以上版本）。 第31頁/共46頁11.6.3 實驗內(nèi)容與步驟 （1）開機執(zhí)行MATLAB程序，用鼠標雙擊MATLAB圖標進入MATLAB命令窗口Command Windows，新建M-file，然后分別輸入以下設計好的程序。 % 比例控制 G=tf(10，1 6 11 6)；P=0.01：0.1：1；%傳遞

13、函數(shù)，Kp變化范圍 for i=1：length(P) G_c=feedback(P(i)*G，1)； %系統(tǒng)反饋 step(G_c)，hold on %單位階躍輸入響應 end第32頁/共46頁11.6.3 實驗內(nèi)容與步驟 % 比例積分控制 G=tf(10，1 6 11 6) %系統(tǒng)傳遞函數(shù) Kp=1；Ti=0.8：0.2：1.6； %Kp一定，不同Ti的輸入 for i=1：length(Ti) Gc=tf(Kp*1，1/Ti(i)，1，0)； %分別計算不同Ti的系統(tǒng)參數(shù) G_c=feedback(G*Gc，1)； step(G_c)，hold on %階躍響應曲線響應 % 比例、積分、

14、微分控制 G=tf(10，1 6 11 6) %系統(tǒng)傳遞函數(shù) Kp=1；Ti=0.6；Td=0.1：0.2：2； %Kp、Ti一定，不同Td的輸入 for i=1：length(Td) Gc=tf(Kp*Ti*Td(i)，Ti，1/Ti，1，0)； %分別計算不同Td的系統(tǒng)參數(shù) G_c=feedback(G*Gc，1)；step(G_c)，hold on %階躍響應曲線 end第33頁/共46頁11.6.3 實驗內(nèi)容與步驟 （2）進行程序調(diào)試，并檢查錯誤，然后運行。 （3）觀察系統(tǒng)對不同參數(shù)的響應曲線，分析其原因。 （4）總結(jié)三個參數(shù)分別對系統(tǒng)性能的影響。第34頁/共46頁11.7 最少拍控制

15、系統(tǒng)計算機仿真 11.7.1 實驗目的 11.7.2 實驗設備 11.7.3 實驗內(nèi)容與步驟第35頁/共46頁11.7.1 實驗目的 （1）掌握最少拍有紋波、無紋波系統(tǒng)的設計方法。 （2）學會最少拍控制系統(tǒng)的分析方法。 （3）學習并掌握最少拍有紋波和無紋波控制器的設計以及Simulink的實現(xiàn)方法。 （4）了解輸入信號對最少拍控制系統(tǒng)的影響及其改進措施。第36頁/共46頁11.7.2 實驗設備 （1）硬件環(huán)境 微型計算機一臺，Pentium4以上各類微機。 （2）軟件平臺 操作系統(tǒng)：Windows 2000以上。 仿真軟件工具：MATLAB軟件（6.1以上版本）。第37頁/共46頁11.7.3

16、 實驗內(nèi)容與步驟 （1）在如圖11.4所示的計算機控制系統(tǒng)中，被控對象為，采樣周期T=1s，分別取輸入信號為單位階躍信號、單位速度信號和單位加速度信號，按有紋波系統(tǒng)和無紋波系統(tǒng)分別設計控制器D(z)。第38頁/共46頁11.7.3 實驗內(nèi)容與步驟圖11.4 最少拍系統(tǒng)原理圖 第39頁/共46頁11.7.3 實驗內(nèi)容與步驟 （2）按照最少拍系統(tǒng)原理圖，在MATLAB的Simulink下構(gòu)造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的仿真模型，并將輸入、輸出和誤差三條曲線放置在同一坐標系內(nèi)，標明參數(shù)，觀察輸入輸出波形，比較三種情況下的跟隨特性，并打印結(jié)果。 （3）觀察系統(tǒng)輸出波形在采樣點以外的波形。 （4）比較有紋波系統(tǒng)與無紋波

17、系統(tǒng)的區(qū)別，并分析其原因。第40頁/共46頁11.8 組態(tài)王軟件的組態(tài)設計 11.8.1 實驗目的 11.8.2 實驗設備 11.8.3 實驗內(nèi)容與步驟第41頁/共46頁11.8.1 實驗目的 （1）掌握并熟悉組態(tài)王軟件的使用。 （2）掌握研華PCL-818L A/D數(shù)據(jù)采集板卡的使用方法。 （3）熟悉組態(tài)王軟件與PCL-818L板卡的連接與通信。 （4）熟悉Pt100溫度傳感器及變送器的使用。第42頁/共46頁11.8.2 實驗設備 （1）硬件環(huán)境 工業(yè)控制計算機一臺，PCL-818L板卡及PCLD-8115接線端子板，Pt100溫度傳感器及變送器。 （2）軟件平臺 操作系統(tǒng)：Windows 2000以上。 軟件工具：KingView組態(tài)王軟件及PCL-818L板卡的驅(qū)動軟件。第43頁/共46頁