東華大學計算機控制系統(tǒng)實驗報告

1、實驗一.信號的采樣與保持一、實驗目的1熟悉信號的采樣和保持過程2學習和掌握香農 (采樣) 定理3學習用直線插值法和二次曲線插值法還原信號二、實驗內容1編寫程序，實現信號通過A/D 轉換器轉換成數字量送到控制計算機，計算機再把數字量送到D/A 轉換器輸出。2編寫程序，分別用直線插值法和二次曲線插值法還原信號。三、實驗設備PC 機一臺，TD-ACC+實驗系統(tǒng)一套，i386EX 系統(tǒng)板一塊四、實驗原理與步驟零階保持香農 (采樣) 定理：若對于一個具有有限頻譜 (|W|<Wmax) 的連續(xù)信號f (t)進行采樣，當采樣頻率滿足 Ws2Wmax 時，則采樣函數f*(t) 能無失真地恢復到原來的連續(xù)

2、信號f(t)。Wmax 為信號的最高頻率，Ws 為采樣頻率。實驗線路圖：本實驗中，我們將具體來驗證香農定理?？稍O計如下的實驗線路圖，圖中畫“”的線需用戶在實驗中自行接好，其它線系統(tǒng)已連好。上圖中，控制計算機的“OUT1”表示386EX 內部1定時器的輸出端，定時器輸出的方波周期定時器時常，“IRQ7”表示386EX 內部主片8259 的“7”號中斷，用作采樣中斷。這里，正弦波單元的“OUT”端輸出周期性的正弦波信號，通過模數轉換單元的“IN7” 端輸入,系統(tǒng)用定時器作為基準時鐘 (初始化為10ms) ，定時采集“IN7”端的信號，轉換結束產生采樣中斷，在中斷服務程序中讀入轉換完的數字量，送到數

3、模轉換單元，在“OUT1” 端輸出相應的模擬信號。由于數模轉換器有輸出鎖存能力，所以它具有零階保持器的作用。采樣周期T= TK ×10ms，TK 的范圍為01 FFH，通過修改TK 就可以靈活地改變采樣周期，后面實驗的采樣周期設置也是如此。參考程序流程：基于上面的實驗線路，可以設計如下的參考程序流程。五.實驗結果與分析1.零階保持器采樣周期10MS 信號頻率 0.5HZ采樣周期10MS 信號頻率 1HZ采樣周期10MS 信號頻率2HZ采樣周期10MS 信號頻率 5HZ采樣周期50MS 信號頻率 1HZ采樣周期50MS 信號頻率 2HZ采樣周期50MS 信號頻率 5HZ采樣周期50MS

4、 信號頻率 0.5HZ采樣周期100MS 信號頻率 0.5HZ采樣周期100MS 信號頻率1HZ采樣周期100MS 信號頻率2HZ采樣周期100MS 信號頻率5HZ2. 線性插值法 采樣周期10MS 信號頻率0.5HZ采樣周期10MS 信號頻率 1HZ采樣周期10MS 信號頻率 2HZ采樣周期10MS 信號頻率5HZ采樣周期50MS 信號頻率 0.5HZ采樣周期50MS 信號頻率 1HZ采樣周期50MS 信號頻率 2HZ采樣周期50MS 信號頻率5HZ3. 二次曲線插值法采樣周期10MS 信號頻率1HZ采樣周期10MS 信號頻率 2HZ采樣周期10MS 信號頻率 5HZ采樣周期50MS 信號頻

5、率 1HZ采樣周期50MS 信號頻率 2HZ采樣周期50MS 信號頻率5HZ采樣信號的還原效果的分析: 實驗二 數字PID閉環(huán)控制按閉環(huán)系統(tǒng)誤差信號的比例、積分和微分進行控制的調節(jié)器簡稱為PID調節(jié)器 (也叫PID控制器)。它是在連續(xù)系統(tǒng)中技術成熟、應用最為廣泛的一種調節(jié)器。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，PID控制算法可以用計算機程序實現了，而這進一步拓寬了PID調節(jié)器的應用領域，出現了各種新型數字PID控制器。本章將從多個方面來開展數字PID控制器的實驗研究。數字PID控制算法 在模擬調節(jié)系統(tǒng)中，PID算法表達式為： 在計算機系統(tǒng)中，離散的數字PID算法可以表示為位置式PID控制算式，或增量式P

6、ID控制算式。位置式PID控制算式為： T：采樣周期，k：采樣序號，u (k)：第k次采樣調節(jié)器輸出，e (k)：第k次采樣誤差值，e (k1)：第 (k1) 次采樣誤差值增量式PID控制算式為： 增量式與位置式相比具有以下優(yōu)點：1增量式算法與最近幾次采樣值有關，不需要進行累加，因此，不易產生累積誤差，控制效果較好。2增量式中，計算機只輸出增量，誤動作 (計算機故障或干擾) 影響小。3在位置式中，由手動到自動切換時，必須使輸出值等于執(zhí)行機構的初始值，而增量式只與本次的誤差值有關，更易于實現手動到自動的無擾動切換。4增量式控制算法因其特有的優(yōu)點在控制系統(tǒng)中應用比位置式更加廣泛。積分分離法PID控

7、制一、實驗目的1了解PID參數對系統(tǒng)性能的影響。2學習湊試法整定PID參數。3掌握積分分離法PID控制規(guī)律二、實驗設備PC機一臺，TDACC實驗系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊三、實驗原理和內容圖3.21圖3.21是一個典型的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖，其硬件電路原理及接線圖可設計如下，圖中畫“”的線需用戶在實驗中自行接好，對象需用戶在運放單元搭接。圖3.22上圖中，控制計算機的“OUT1”表示386EX內部1定時器的輸出端，定時器輸出的方波周期定時器時常，“IRQ7”表示386EX 內部主片8259的7號中斷，用作采樣中斷，“DIN0”表示386EX的I/O管腳P1.0，在這里作為輸入管腳用來

8、檢測信號是否同步。這里，系統(tǒng)誤差信號E通過模數轉換單元“IN7”端輸入，控制機的定時器作為基準時鐘 (初始化為10ms)，定時采集“IN7”端的信號，并通過采樣中斷讀入信號E的數字量，并進行PID計算，得到相應的控制量，再把控制量送到數模轉換單元，由“OUT1”端輸出相應的模擬信號，來控制對象系統(tǒng)。本實驗中，采用位置式PID算式。在一般的PID控制中，當有較大的擾動或大幅度改變給定值時，會有較大的誤差，以及系統(tǒng)有慣性和滯后，因此在積分項的作用下，往往會使系統(tǒng)超調變大、過渡時間變長。為此，可采用積分分離法PID控制算法，即：當誤差e ( k ) 較大時，取消積分作用；當誤差e ( k ) 較小時

9、才將積分作用加入。圖10.23是積分分離法PID控制實驗的參考程序流程圖。圖3.23實驗參考程序：請參照隨機軟件中的example目錄中的ACC321.ASM。四.實驗步驟及結果連線構建系統(tǒng)，采用方波信號作為系統(tǒng)的設定值輸入（方波信號周期10s）,觀察系統(tǒng)作為隨動控制系統(tǒng)的輸出響應，了解控制器參數對控制效果的影響。（1） 采用默認參數運行程序，進行控制，記錄曲線及數據。（注意閱讀程序源代碼，找到控制器參數賦值命令）。默認參數 比例系數kp=0.2，積分系數Ti=30 微分系數 Td=1， 積分分離值Iband=32（2） 取消積分分離效果（設置Iband=0x7f），進行控制，記錄曲線及數據。(3)改變PID控制參數參數，進行控制，記錄曲線及數據。了解PID參數變化對控制的影響.Ti、Td取默認值，分別設置Kp=0.4 ，Kp=0.8 ，Kp=0.05，Kp=0.02。記錄不同Kp值的調節(jié)效果曲線。1. Kp=0.022. Kp=0.053. Kp=0.44. kp=0.8Kp、Td取默認值，分別設置 Ti=15 ，Ti=90記錄不同