《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)》指導(dǎo)書

1、目 錄目 錄1實(shí)驗(yàn)一 模入通道（A/D）、模出通道（D/A）實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)二 采樣與保持實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)三 數(shù)字PID算法實(shí)驗(yàn)6實(shí)驗(yàn)四 最小拍有、無紋波系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)8實(shí)驗(yàn)五 大林算法實(shí)驗(yàn)10實(shí)驗(yàn)六 平滑與數(shù)字濾波算法實(shí)驗(yàn)12實(shí)驗(yàn)七 直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)14實(shí)驗(yàn)八 溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)16實(shí)驗(yàn)九 現(xiàn)場總線應(yīng)用實(shí)驗(yàn)18實(shí)驗(yàn)一 模入通道（A/D）、模出通道（D/A）實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 學(xué)習(xí)A/D轉(zhuǎn)換器原理及接口方法，并掌握ADC0809芯片的使用。2. 學(xué)習(xí)D/A轉(zhuǎn)換器原理及接口方法，并掌握TLC7528芯片的使用。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2、：1. 編寫實(shí)驗(yàn)程序，將5V+5V的電壓作為ADC0809的模擬量輸入，將轉(zhuǎn)換所得的8位數(shù)字量保存于變量中。2. 編寫實(shí)驗(yàn)程序，實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生周期性三角波，并用示波器觀察波形。實(shí)驗(yàn)原理：1. A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)ADC0809芯片主要包括多路模擬開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器兩部分，其主要特點(diǎn)是：單電源供電、工作時(shí)鐘CLOCK最高可達(dá)到1200KHz、8位分辨率，8個(gè)單端模擬輸入端，TTL電平兼容等，可以很方便地和微處理器接口。實(shí)驗(yàn)線路圖a為： 實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 打開聯(lián)機(jī)操作軟件，參照流程圖，在編輯區(qū)編寫實(shí)驗(yàn)程序。檢查無誤后編譯、鏈接。（2） 按照上圖a接線，連接好后，請仔細(xì)檢查，無錯(cuò)誤后方可開啟設(shè)備電源。

3、（3） 裝載完程序后，系統(tǒng)默認(rèn)程序的起點(diǎn)在主程序的開始語句。用戶可以自行設(shè)置程序起點(diǎn)，可先將光標(biāo)放在起點(diǎn)處，再通過調(diào)試菜單項(xiàng)中設(shè)置起點(diǎn)或直接點(diǎn)擊設(shè)置起點(diǎn)圖標(biāo)，即可將程序起點(diǎn)設(shè)在光標(biāo)處。（4） 加入變量監(jiān)視，具體步驟為：打開“設(shè)置”菜單項(xiàng)中的“變量監(jiān)視”窗口或直接點(diǎn)擊“變量監(jiān)視”圖標(biāo)，將程序中定義的全局變量“AD0AD9”加入變量監(jiān)視中。在查看菜單項(xiàng)中的工具欄中選中變量區(qū)或點(diǎn)擊變量區(qū)圖標(biāo)，系統(tǒng)軟件默認(rèn)選中寄存器區(qū)，點(diǎn)擊“變量區(qū)”可查看或修改要監(jiān)視的變量。（5） 在主程序JMP AGAIN語句處設(shè)置斷點(diǎn)。具體操作如下：先將光標(biāo)置于要設(shè)斷點(diǎn)的語句，然后在調(diào)試菜單項(xiàng)中選擇“設(shè)置斷點(diǎn)/刪除斷點(diǎn)”，或直接

4、點(diǎn)擊“設(shè)置斷點(diǎn)/刪除斷點(diǎn)”的圖標(biāo)，即可在本語句設(shè)置或刪除斷點(diǎn)。（6） 打開虛擬儀器菜單項(xiàng)中的萬用表選項(xiàng)或者直接點(diǎn)擊萬用表圖標(biāo)，選擇“電壓檔”用示波器單元中的“CH1”表筆測量圖a中的模擬輸入電壓“Y”端，點(diǎn)擊虛擬儀器中的“運(yùn)行”按鈕，調(diào)節(jié)圖a中的單次階躍中的電位器，確定好模擬輸入電壓值。（7） 做好以上準(zhǔn)備工作后，運(yùn)行程序（打開“調(diào)試”菜單項(xiàng)中的“運(yùn)行到斷點(diǎn)/運(yùn)行”或者點(diǎn)擊“運(yùn)行到斷點(diǎn)/運(yùn)行”圖標(biāo)），程序?qū)⒃跀帱c(diǎn)處停下，查看變量“AD0AD9”的值，取平均值記錄下來，改變輸入電壓并記錄，最后填寫下表。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：模擬輸入電壓（V）對應(yīng)的數(shù)字量（H）-4.50c-3.527-2.53c-1.559

5、-0.573080+0.58d+1.5A7+2.5C1+3.5da+4.5F42. D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn) TLC7528芯片是8位、并行、兩路、電壓型輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器。其主要參數(shù)如下：轉(zhuǎn)換時(shí)間100ns，滿量程誤差1/2LSB，參考電壓10V10V，供電電壓5V15V，輸入邏輯電平與TTL兼容。實(shí)驗(yàn)線路圖b為： 實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 編寫實(shí)驗(yàn)程序，檢查無誤后編譯、鏈接并裝載到控制計(jì)算機(jī)中。（2） 運(yùn)行程序，用示波器觀測輸出波形，并畫出。實(shí)驗(yàn)二 采樣與保持實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉信號的采樣和保持過程2學(xué)習(xí)和掌握香農(nóng) (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實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC 機(jī)一臺(tái)，TD-ACC+實(shí)驗(yàn)系

6、統(tǒng)一套，i386EX 系統(tǒng)板一塊實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1編寫程序，實(shí)現(xiàn)信號通過A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到控制計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再把數(shù)字量送到D/A 轉(zhuǎn)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。實(shí)驗(yàn)原理1采樣與保持香農(nóng) (采樣) 定理：若對于一個(gè)具有有限頻譜 (|W|<Wmax)的連續(xù)信號f (t)進(jìn)行采樣，當(dāng)采樣頻率滿足 Ws2Wmax 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。實(shí)驗(yàn)線路圖：本實(shí)驗(yàn)中，我們將具體來驗(yàn)證香農(nóng)定理。可設(shè)計(jì)如下的實(shí)驗(yàn)線路圖，圖中畫“”的線需用戶在實(shí)驗(yàn)中自行接好，其它線系統(tǒng)已連好。上圖中

7、，控制計(jì)算機(jī)的“OUT1”表示386EX 內(nèi)部1定時(shí)器的輸出端，定時(shí)器輸出的方波周期定時(shí)器時(shí)常，“IRQ7”表示386EX 內(nèi)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(shù)轉(zhuǎn)換單元的“IN7”端輸入,系統(tǒng)用定時(shí)器作為基準(zhǔn)時(shí)鐘 (初始化為10ms)，定時(shí)采集“IN7”端的信號，轉(zhuǎn)換結(jié)束產(chǎn)生采樣中斷，在中斷服務(wù)程序中讀入轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，送到數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，在“OUT1”端輸出相應(yīng)的模擬信號。由于數(shù)模轉(zhuǎn)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

8、地改變采樣周期。實(shí)驗(yàn)參考程序：請參照隨機(jī)軟件中的example 目錄中的ACC1-2-1.ASM 文件2信號的還原(1) 實(shí)驗(yàn)原理從香農(nóng)定理可知，對于信號的采集，只要選擇恰當(dāng)?shù)牟蓸又芷?，就不?huì)失去信號的主要特征。在實(shí)際應(yīng)用中，一般總是取實(shí)際采樣頻率Ws 比2Wmax 大，如：Ws10Wmax。但是如果采用插值法恢復(fù)信號，就可以降低對采樣頻率的要求，香農(nóng)定理給出了采樣頻率的下限，但是用不同的插值方法恢復(fù)信號需要的采樣頻率也不相同。(2) 實(shí)驗(yàn)線路圖設(shè)計(jì)為了驗(yàn)證上面的原理，可以設(shè)計(jì)如下的實(shí)驗(yàn)線路圖，圖中畫“”的線需用戶在實(shí)驗(yàn)中自行接好，其它線系統(tǒng)已連好。上圖中，控制計(jì)算機(jī)“OUT1”表示386EX

9、 內(nèi)部1定時(shí)器的輸出端，定時(shí)器輸出的方波周期定時(shí)器時(shí)常，“IRQ7”表示386EX 內(nèi)部主片8259 的7 號中斷，用作采樣中斷。這里，正弦波單元的“OUT”端輸出周期性正弦波信號，通過模數(shù)單元的“IN7”端輸入，系統(tǒng)用定時(shí)器作為基準(zhǔn)時(shí)鐘 (初始化為10ms)，定時(shí)采集“IN7”端的信號，并通過控制機(jī)算計(jì)讀取轉(zhuǎn)換完后的數(shù)字量，再送到數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，由“OUT1”端輸出相應(yīng)的模擬信號。采樣周期T= TK×10ms，TK 的范圍為01 FFH。實(shí)驗(yàn)參考程序：直線插值法參照隨機(jī)軟件中的example 目錄中的ACC1-2-2.ASM 文件，二次曲線插值法請參照隨機(jī)軟件中的example 目錄

10、中的ACC1-2-3.ASM 文件。實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果1. 采樣與保持(1) 編寫零階保持程序，編譯、鏈接。(2) 按照實(shí)驗(yàn)線路圖接線，檢查無誤后開啟設(shè)備電源。(3) 用示波器的表筆測量正弦波單元的“OUT”端，調(diào)節(jié)正弦波單元的調(diào)幅、調(diào)頻電位器及撥動(dòng)開關(guān)，使得“OUT”端輸出幅值為3V，周期1S 的正弦波。(4) 加載程序到控制機(jī)中，將采樣周期變量“Tk”加入到變量監(jiān)視中，運(yùn)行程序，用示波器的另一路表筆觀察數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的輸出端“OUT1”。(5) 增大采樣周期，當(dāng)采樣周期>0.5S 時(shí)，即Tk>32H 時(shí)，運(yùn)行程序并觀測數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的輸出波形應(yīng)該失真，記錄此時(shí)的采樣周期，驗(yàn)證香農(nóng)定理。

11、2. 信號的還原(1) 分別編寫直線插值和二次曲線插值程序，并編譯、鏈接。(2) 按照線路圖接線，檢查無誤后，開啟設(shè)備電源。調(diào)節(jié)正弦波單元的調(diào)幅、調(diào)頻電位器，使正弦波單元輸出幅值為3V，周期1S 的正弦波。(3) 分別裝載并運(yùn)行程序，運(yùn)行程序前將采樣周期變量Tk 加入到變量監(jiān)視中，方便實(shí)驗(yàn)中觀察和修改。用示波器觀察數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的輸出，和零階保持程序的運(yùn)行效果進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)三 數(shù)字PID算法實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 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. 掌握積分分離法PID控制規(guī)律。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容：

12、PIDRE_TC上圖是一個(gè)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如下：實(shí)驗(yàn)中，采用位置式PID算式。在一般的PID控制中，當(dāng)有較大的擾動(dòng)或大幅度改變給定值時(shí)，會(huì)有較大的誤差，并使系統(tǒng)有慣性和滯后。因此，在積分項(xiàng)的作用下，往往會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)變大、過渡時(shí)間變長。為此，采用積分分離法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。實(shí)驗(yàn)步驟：1. 編寫實(shí)驗(yàn)程序，檢查無誤后編譯、鏈接。2. 按照實(shí)驗(yàn)線路圖接線，檢查無誤后開啟設(shè)備電源。3. 調(diào)節(jié)信號源中的電位器及撥動(dòng)開關(guān)，使信號源輸出幅值為2V，周期6S的方波。確定系統(tǒng)的采樣周期以及積分分離值。

13、4. 裝載程序，將全局變量TK（采樣周期）、EI（積分分離值）、KP（比例系數(shù)）、TI（積分系數(shù)）和TD（微分系數(shù)）加入變量監(jiān)視，以便實(shí)驗(yàn)過程中觀察和修改。5. 運(yùn)行程序，將積分分離值設(shè)為最大7FH（相當(dāng)于沒有引入積分分離），用示波器分別觀測輸入端R和輸出端C。6. 如果系統(tǒng)性能不滿意，用試湊法修改PID參數(shù)，直到響應(yīng)曲線滿意，并記錄響應(yīng)曲線的超調(diào)量和過渡時(shí)間。7. 修改積分分離值為20H，記錄此時(shí)響應(yīng)曲線的超調(diào)量和過渡時(shí)間，并和未引入積分分離值時(shí)的響應(yīng)曲線進(jìn)行比較。8. 將6和7中的較滿意的響應(yīng)曲線分別保存，寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)四 最小拍有、無紋波系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 掌握最小拍有紋波控制系統(tǒng)

14、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。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容：D（Z）r(t)e(t)_C(t)U(z)上圖是一個(gè)典型的最小拍控制系統(tǒng)方框圖。針對階躍輸入：1. 有紋波系統(tǒng)控制算法設(shè)計(jì)為：，當(dāng)階躍輸入信號幅值為2.5V時(shí)，,U(Z)=D(Z)E(Z)=1.3590-1.4744Z-1+1.0571 Z-2 -0.7580 Z-3+2. 最小拍無紋波系統(tǒng)設(shè)計(jì)：其硬件電路原理及接線圖如下：實(shí)驗(yàn)步驟：1. 編寫實(shí)驗(yàn)程序，檢查無誤后編譯、鏈接。2. 按照實(shí)驗(yàn)線路圖接線，檢查無誤后開啟設(shè)備電源。3. 將模擬實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行整定。

15、對象的輸入信號選擇：當(dāng)為有紋波設(shè)計(jì)時(shí)，選擇方波。調(diào)節(jié)電位器使方波信號的幅值為2.5V，周期為6S，當(dāng)為無紋波設(shè)計(jì)時(shí)，選擇單位斜波信號，斜波幅值為6V，上升時(shí)間為6S。4. 分別將有紋波和無紋波設(shè)計(jì)方法得到的參數(shù)寫入程序，分別裝載并運(yùn)行程序，用示波器觀察對象的測量點(diǎn)“C”和數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的“OUT1”端，并記錄波形進(jìn)行分析。注意：實(shí)驗(yàn)中有紋波是針對階越輸入設(shè)計(jì)，而無紋波是針對斜波輸入信號設(shè)計(jì)，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意正確的選擇信號源。實(shí)驗(yàn)五 大林算法實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 掌握用大林算法實(shí)驗(yàn)對純滯后系統(tǒng)的控制。2. 掌握振鈴消除的方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊實(shí)

16、驗(yàn)原理和內(nèi)容： 1. 大林算法設(shè)計(jì)大多數(shù)工業(yè)對象具有較大的純滯后時(shí)間，可以近似用一階慣性加純滯后環(huán)節(jié)來表示，其傳遞函數(shù)為：。D（Z）r(t)e(t)_C(t)U(z)上圖是一個(gè)典型的大林算法設(shè)計(jì)的閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖。2振鈴現(xiàn)象的消除：振鈴現(xiàn)象是指數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸出以2T 的周期上下振蕩，由于D(Z)中含有左半平面內(nèi)的極點(diǎn)，極點(diǎn)越接近1，振蕩越嚴(yán)重。振鈴現(xiàn)象不是大林算法特有的現(xiàn)象，它與最小拍控制中的紋波現(xiàn)象本質(zhì)上是一樣的，振鈴也會(huì)引起采樣點(diǎn)之間系統(tǒng)輸出波紋，并使執(zhí)行機(jī)構(gòu)磨損，甚至?xí)绊懴到y(tǒng)的穩(wěn)定性，因此必須消除振鈴。大林提出消除振鈴的方法是：找出D(Z)算式中造成振鈴的極點(diǎn)因子，令其中Z=1。根據(jù)

17、終值定理，這樣既消除了振鈴，也不會(huì)影響D(Z)的穩(wěn)定性。在上面的式子中：,將振鈴因子(10.865Z-1)中Z=1，則。 由于改變了D(Z)，導(dǎo)致系統(tǒng)閉環(huán)傳函(Z)變化，因此要驗(yàn)證修改后(Z)的穩(wěn)定性。其硬件電路原理及接線圖如下：實(shí)驗(yàn)參考程序：請參照隨機(jī)軟件中的example 目錄中的ACC4-2-1.ASM(有振鈴)，ACC4-2-1.ASM(消除振鈴)。實(shí)驗(yàn)步驟：1編寫程序，檢查無誤后編譯、鏈接。2按照實(shí)驗(yàn)線路圖接線，檢查無誤后開啟設(shè)備電源。3調(diào)節(jié)信號源使其輸出幅值為2V，周期6S 的方波。4將D(Z)算式的參數(shù)寫入程序，裝載并運(yùn)行程序，用示波器觀察對象的測量點(diǎn)C，并記錄系統(tǒng)的性能指標(biāo)；用

18、示波器觀察數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的“OUT1”端，看是否有振鈴現(xiàn)象。若無振鈴，可能是對象整定有誤差，此時(shí)只要將圖中的25K 電阻對應(yīng)的電位器微調(diào)一下即可。5當(dāng)出現(xiàn)振鈴現(xiàn)象時(shí)，將消除振鈴因子后的D(Z)算式參數(shù)寫入程序，運(yùn)行程序，觀察振鈴現(xiàn)象是否消除。實(shí)驗(yàn)六 平滑與數(shù)字濾波算法實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 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)濾波實(shí)驗(yàn)設(shè)備：PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容： 分別編寫一階慣性濾波程序和四點(diǎn)加權(quán)濾波程序，將混合干擾信號的正弦波送到數(shù)字濾波器，并用示波器觀察經(jīng)過濾波后的信號。 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

19、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(gè)典型數(shù)字濾波的方框圖：1. 濾波器算法設(shè)計(jì)一階慣性濾波：相當(dāng)于傳函的數(shù)字濾波器，由一階差分法可得近似式：四點(diǎn)加權(quán)濾波算法為：2. 實(shí)驗(yàn)參考程序：一階慣性請參照隨機(jī)軟件中的example 目錄中的ACC1-3-1.ASM，四點(diǎn)加權(quán)參照ACC1-3-2.ASM。3實(shí)驗(yàn)線路圖：圖中畫“”的線需用戶在實(shí)驗(yàn)中自行接好，運(yùn)放單元需用戶自行搭接。上圖中，控制計(jì)算機(jī)的“OUT1”表示386EX 內(nèi)部1定時(shí)器的輸出端，定時(shí)器輸出的方波周期定時(shí)器時(shí)常，“IRQ7”表示386EX 內(nèi)部主片8259 的7

20、號中斷，用作采樣中斷。電路中用RC 電路將S 端方波微分，再和正弦波單元產(chǎn)生的正弦波疊加。注意R 點(diǎn)波形不要超過± 5V，以免數(shù)字化溢出。計(jì)算機(jī)對有干擾的正弦信號R 通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣輸入，然后進(jìn)行數(shù)字濾波處理，去除干擾，最后送至數(shù)模轉(zhuǎn)換器變成模擬量C 輸出。實(shí)驗(yàn)步驟：1. 分別編寫一階慣性和四點(diǎn)加權(quán)程序，檢查無誤后編譯、鏈接。2. 按圖接線，檢查無誤后開啟設(shè)備電源。調(diào)節(jié)正弦波使其周期約為2S，調(diào)信號源單元使其產(chǎn)生周期為100ms 的干擾信號(從“NC”端引出)，調(diào)節(jié)接線圖中的兩個(gè)47K 電位器使正弦波幅值為3V，干擾波的幅值為0.5V。3. 分別裝載并運(yùn)行程序，運(yùn)行前可將“TK”加

21、入到變量監(jiān)視中，方便實(shí)驗(yàn)中觀察和修改。用示波器觀察R 點(diǎn)和C 點(diǎn)，比較濾波前和濾波后的波形。4. 如果濾波效果不滿意，修改參數(shù)，再運(yùn)行程序，觀察實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)驗(yàn)七 直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的構(gòu)成。2熟悉PID 控制規(guī)律，并且用算法實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容：這是一個(gè)典型的直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)方框圖：根據(jù)上述系統(tǒng)方框圖，硬件線路圖可設(shè)計(jì)如下，圖中畫“”的線需用戶自行接好。上圖中，控制機(jī)算機(jī)的“DOUT0”表示386EX 的I/O 管腳P1.4，輸出PWM 脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)后控制直流電機(jī)，“IRQ7”

22、表示386EX 內(nèi)部主片8259 的7 號中斷，用作測速中斷。實(shí)驗(yàn)中，用系統(tǒng)的數(shù)字量輸出端口“DOUT0”來模擬產(chǎn)生 PMW 脈寬調(diào)制信號，構(gòu)成系統(tǒng)的控制量，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)后控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)?；魻枩y速元件輸出的脈沖信號記錄電機(jī)轉(zhuǎn)速構(gòu)成反饋量。在參數(shù)給定情況下，經(jīng)PID 運(yùn)算，電機(jī)可在控制量作用下，按給定轉(zhuǎn)速閉環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)定時(shí)器定時(shí)1ms，作為系統(tǒng)采樣基準(zhǔn)時(shí)鐘；測速中斷用于測量電機(jī)轉(zhuǎn)速。實(shí)驗(yàn)程序：請參照隨機(jī)軟件中的example目錄中的ACC6-1-1.ASM實(shí)驗(yàn)步驟：1編寫實(shí)驗(yàn)程序，編譯、鏈接。2按圖接線，檢查無誤后開啟設(shè)備電源，將編譯鏈接好的程序裝載到控制機(jī)中。3打開專用圖形界面，運(yùn)行程序，觀察

23、電機(jī)轉(zhuǎn)速，分析其響應(yīng)特性。4若不滿意，改變參數(shù)：積分分離值Iband、比例系數(shù)KPP、積分系數(shù)KII、微分系數(shù) KDD 的值后再觀察其響應(yīng)特性，選擇一組較好的控制參數(shù)并記錄下來。5注意：在程序調(diào)試過程中，有可能隨時(shí)停止程序運(yùn)行，此時(shí)DOUT0 的狀態(tài)應(yīng)保持上次的狀態(tài)。當(dāng)DOUT0 為1 時(shí)，直流電機(jī)將停止轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)DOUT0 為0 時(shí)，直流電機(jī)將全速轉(zhuǎn)動(dòng)，如果長時(shí)間讓直流電機(jī)全速轉(zhuǎn)動(dòng)，可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)單元出現(xiàn)故障，所以在停止程序運(yùn)行時(shí)，最好將連接DOUT0 的排線拔掉或按系統(tǒng)復(fù)位鍵。實(shí)驗(yàn)八 溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成。2熟悉PID 控制規(guī)律，并且用算法實(shí)現(xiàn)。

24、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容：溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)方框圖如下：根據(jù)上述系統(tǒng)方框圖，硬件線路圖可設(shè)計(jì)如下，圖中畫“”的線需用戶自行接好。上圖中，控制機(jī)算機(jī)的“DOUT0”表示386EX 的I/O 管腳P1.4，輸出PWM 脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)后控制烤箱或溫度單元，“OUT1”表示386EX 內(nèi)部1定時(shí)器的輸出端，定時(shí)器輸出的方波周期定時(shí)器時(shí)常，“IRQ7”表示386EX 內(nèi)部主片8259 的7 號中斷 (采樣中斷)。實(shí)驗(yàn)中，使用了10K 熱敏電阻作為測溫元件，溫度變化，電阻值變換，經(jīng)轉(zhuǎn)換電路變換成電壓信號，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成產(chǎn)生采

25、樣中斷，在中斷程序中讀取數(shù)字量，構(gòu)成反饋量，在參數(shù)給定的情況下，經(jīng)PID 運(yùn)算產(chǎn)生相應(yīng)的控制量，最后由系統(tǒng)的“DOUT0”端輸出PWM 脈沖信號，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)烤箱 (溫度范圍室溫200) 或溫度單元 (溫度范圍室溫70) 加熱或關(guān)斷，使溫度穩(wěn)定在給定值。其中系統(tǒng)定時(shí)器定時(shí)10ms，一方面作為A/D 的定時(shí)啟動(dòng)信號，另一方面作為系統(tǒng)的采樣基準(zhǔn)時(shí)鐘。實(shí)驗(yàn)程序：請參照隨機(jī)軟件中的example 目錄中的ACC6-2-1.ASM。實(shí)驗(yàn)步驟：1編寫程序，再編譯，鏈接。參考程序名稱為：ACC6-2-1.ASM。2按圖接線，檢查無誤后開啟設(shè)備電源。3裝載程序，打開專用圖形界面，運(yùn)行程序并觀察波形，分析其響

26、應(yīng)特性。4若不滿意，改變參數(shù)積分分離值IBAND、比例系數(shù)KPP、積分系數(shù)KII、微分系數(shù) KDD 的值后再觀察其響應(yīng)特性，選擇一組較好的控制參數(shù)并記錄下來。5注意：在程序調(diào)試過程中，有可能隨時(shí)停止程序運(yùn)行，此時(shí)DOUT0 的狀態(tài)應(yīng)保持上次的狀態(tài)。當(dāng)DOUT0 為1 時(shí)，烤箱或溫度單元將停止加熱；當(dāng)DOUT0 為0 時(shí)，烤箱或溫度單元將滿功率加熱，如果長時(shí)間讓烤箱或溫度單元處于全功率加熱狀態(tài)，可能會(huì)導(dǎo)致烤箱或溫度單元損壞，所以在停止程序運(yùn)行時(shí)，最好將連接DOUT0 的排線拔掉或按系統(tǒng)復(fù)位鍵。實(shí)驗(yàn)九 現(xiàn)場總線應(yīng)用實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 了解現(xiàn)場總線的基本知識(shí)；2 掌握ROFIBUS的使用方法；3 掌握

27、硬件及軟件的設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容： 本實(shí)驗(yàn)為教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)場總線介紹：Profibus是一種國際化、開放式異步串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化和流程自動(dòng)化、樓宇、交通、電力等各行各業(yè)。通過PROFIBUS可以方便地實(shí)現(xiàn)各種不同廠商的自動(dòng)化設(shè)備及元器件之間的信息交換。PROFIBUS協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)由三個(gè)兼容部分組成：PROFIBUS-DP（分布式外設(shè)）、PROFIBUS-FHS（現(xiàn)場總線信息規(guī)范）、PROFIBUS-PA（過程自動(dòng)化）。標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場總線具有“開放”的通訊接口、“透明”通訊協(xié)議，允許用戶選用不同制造商生產(chǎn)的分散IO裝置和現(xiàn)場設(shè)備?，F(xiàn)

28、場總線PROFIBUS滿足了生產(chǎn)過程現(xiàn)場級數(shù)據(jù)可存取性的重要要求，一方面它覆蓋了傳感器執(zhí)行器領(lǐng)域的通信要求，另一方面又具有單元級領(lǐng)域的所有網(wǎng)絡(luò)通信功能。特別在“分散IO”領(lǐng)域，由于大量的、種類齊全的、可連接的現(xiàn)場設(shè)備可供選用，因此PROFIBUS已成為事實(shí)上的國際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。 設(shè)備的操作規(guī)程：一、 系統(tǒng)啟動(dòng)1. 將設(shè)備右下角的兩個(gè)開關(guān)燈打在ON的位置（向上）接通主電源。系統(tǒng)上電后開始自檢，當(dāng)模塊上所有的紅燈滅掉時(shí)，說明系統(tǒng)已自檢結(jié)束、開始運(yùn)行（之前應(yīng)確保CPU315的開關(guān)打在Run或Run-P的位置上）。2. 系統(tǒng)啟動(dòng)后，TP27觸摸屏的畫面上有一個(gè)對話框，內(nèi)容是CPU處于停止?fàn)顟B(tài)，點(diǎn)一下此對

29、話框忽略即可。TP27開始顯示的是主畫面。3. 在上位機(jī)中打開WinCC軟件，打開項(xiàng)目文件“ahdx_tcp”或“ahdx_fms”，在工具欄中，單擊黑色的箭頭圖標(biāo)來運(yùn)行WinCC項(xiàng)目。項(xiàng)目完全運(yùn)行后，顯示的畫面是主畫面。二、 TP27觸摸屏操作1. ET200M分布式I/O在TP27的主畫面中點(diǎn)擊按鈕“ET200M-遠(yuǎn)程I/O”，畫面切換到“ET200M分布式I/O”，在此畫面中通過QB可以以二進(jìn)制式的方式強(qiáng)制輸出，輸出的變化可以通過ET200M上的輸出模塊的指示燈來觀察。另外，當(dāng)在ET200M上的輸入模塊上撥動(dòng)開關(guān)時(shí)，也可以在IB中觀察到輸入的變化（0到1，1到0）。畫面中右下角的“返回”按鈕用于回到主畫面（以下相同）。2. Profimess電量模塊本項(xiàng)目使用Profimess電量模塊測量變頻器輸出的三相線電壓和相電壓，因此，首先要將變頻器運(yùn)行起來。變頻器啟動(dòng)后，在主畫面中點(diǎn)擊“Profimess電量模塊”按鈕，近日Profimess電量模塊畫面。此時(shí)，輸出框中的數(shù)值為變頻器輸出的三相相電壓或線電壓（畫面右邊的指示），按一下“Ph_Ph/Ph_N”按鈕，可以進(jìn)行相電壓和線電壓的切換顯示。3. SIPART DR21調(diào)節(jié)器SIPART DR21調(diào)節(jié)器用于模擬量的閉環(huán)控制，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中利用PLC的SM332模擬量輸出