計算機控制系統(tǒng)實驗課程教學大綱

計算機控制系統(tǒng)實驗課程教學大綱課程編號：09171650課程名稱：計算機控制系統(tǒng)實驗（ComputerControlSystemExperiment）課程屬性：選修實驗屬性：非獨立設(shè)課開課學期：第七學期適用專業(yè)：自動化學時：12學時學分：0.5學分開課部門：物理科學與工程技術(shù)學院考核要求：考查課程簡介：通過實驗使學生掌握設(shè)計計算機控制系統(tǒng)的基本控制算法等軟件單元技術(shù)，訓練學生的編程能力和工程能力。一、實驗項目設(shè)置及學時分配項目編號實驗項目名稱實驗類型開出要求學時分配130901010056D(S)離散化方法研究驗證必做2130901010065串級控制算法的研究驗證必做2130901010060具有純滯后的大林控制驗證必做2130901010063數(shù)字PID控制算法的研究驗證必做2130901010061溫度閉環(huán)控制綜合必做2130901010064最少拍控制算法的研究綜合必做2學時總計12二、實驗內(nèi)容及教學要求實驗項目1：D(S)離散化方法研究1、教學內(nèi)容（1）按連續(xù)系統(tǒng)設(shè)計一個與被控對象串聯(lián)的模擬控制器D(S)，并用示波器觀測系統(tǒng)的動態(tài)特性。（2）利用實驗平臺，設(shè)計一個數(shù)－模混合仿真的計算機控制系統(tǒng)，并利用D(S)離散化后所編寫的程序?qū)ο到y(tǒng)進行控制；（3）研究采樣周期T變化時，不同的離散化方法對閉環(huán)控制系統(tǒng)性能的影響；（4）對上述連續(xù)系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)的動態(tài)性能作比較研究。2、教學目標（1）學習并掌握數(shù)字控制器的設(shè)計方法；（2）熟悉熟悉將模擬控制器D(S)離散為數(shù)字控制器的原理與方法；（3）通過數(shù)模混合仿真實驗，對D(S)的多種離散化方法作比較研究，并對D(S)離散化前后閉環(huán)系統(tǒng)的性能進行比較,以加深對計算機控制系統(tǒng)特性的理解。實驗項目2：串級控制算法的研究1、教學內(nèi)容（1）設(shè)計一個具有二階被控對象的串級控制系統(tǒng)，并完成數(shù)模混合仿真；（2）學習用逐步逼近方法整定串級控制系統(tǒng)所包含的內(nèi)，外兩環(huán)中PI控制器的參數(shù)。2、教學目標（1）熟悉并掌握串級控制系統(tǒng)的原理，結(jié)構(gòu)特點及其混合仿真研究方法；（2）熟悉并掌握串級控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的整定方法。實驗項目3：具有純滯后的大林控制1、教學內(nèi)容（1）具有純滯后一階慣性環(huán)節(jié)大林算法的實現(xiàn)；（2）具有純滯后二階慣性環(huán)節(jié)大林算法的實現(xiàn)；（3）在實驗中觀察振鈴現(xiàn)象并研究其消除方法。。2、教學目標（1）通過本實驗，進一步了解大林控制的基本原理；（2）掌握用于具有純滯后對象的大林控制算法及其在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。實驗項目4：數(shù)字PID控制算法的研究1、教學內(nèi)容（1）利用本實驗平臺，設(shè)計并構(gòu)成一個用于混合仿真實驗的計算機閉環(huán)實時控制系統(tǒng)；（2）采用常規(guī)的PI和PID調(diào)節(jié)器，構(gòu)成計算機閉環(huán)系統(tǒng)，并對調(diào)節(jié)器的參數(shù)進行整定，使之具有滿意的動態(tài)性能；（3）對系統(tǒng)采用積分分離PID控制，并整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。2、教學目標（1）學習并掌握常規(guī)的數(shù)字PID控制算法的原理及其應(yīng)用；（2）學習并掌握積分分離PID控制算法的原理及其應(yīng)用；（3）掌握具有數(shù)字PID調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)的混合仿真實驗和調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的方法。實驗項目5：溫度閉環(huán)控制1、教學內(nèi)容（1）溫度驅(qū)動部分：該實驗中溫度驅(qū)動采用了直流24V的驅(qū)動電源，控制電路和驅(qū)動電路的原理與直流電機相同，直流24V經(jīng)過PWM調(diào)制后加在了加熱器的兩端。（2）溫度測量端（反饋端）：一般為熱電式傳感器，熱電式傳感器式利用傳感元件的電磁參數(shù)隨溫度的變化的特性來達到測量的目的。例如將溫度轉(zhuǎn)化成為電阻、磁導或電勢等的變化，通過適當?shù)臏y量電路，就可達到這些電參數(shù)的變化來表達溫度的變化。2、教學目標（1）了解溫度控制的基本原理；（2）了解溫度傳感器的使用方法；（3）學習溫度PID控制參數(shù)的配置。實驗項目6：最少拍控制算法的研究1、教學內(nèi)容（1）設(shè)計并實現(xiàn)具有一個積分環(huán)節(jié)的二階系統(tǒng)的最少拍控制；（2）設(shè)計并實現(xiàn)對象具有一個積分環(huán)節(jié)的二階系統(tǒng)的最少拍無紋波控制，并通過混合仿真實驗，觀察該閉環(huán)控制系統(tǒng)輸出采樣點間紋波的消除。2、教學目標（1）學習并掌握最少拍控制器的設(shè)計和算法；（2）研究最少拍控制系統(tǒng)輸出采樣點間紋波的形成和危害性；（3）熟系最少拍無紋波控制系統(tǒng)控制器的設(shè)計和實現(xiàn)方法；（4）研究最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計方法的改進。三、考核方式及要求本課程考核以平時實驗操作為主，占總成績50%。實驗報告占總成績50%。四、主要儀器設(shè)備及實驗材料項目編號實驗項目名稱主要儀器設(shè)備及臺（套）數(shù)實驗材料備注130901010056D(S)離散化方法研究THBCC-1型信號與系統(tǒng)?控制理論及計算機控制技術(shù)實驗平臺（7臺）PC機7臺(含上位機軟件)雙蹤低頻慢掃描示波器7臺37針通信線7根；PCI數(shù)據(jù)采集卡7塊；130901010065串級控制算法的研究同上同上130901010060具有純滯后的大林控制同上同上130901010063數(shù)字PID控制算法的研究同上同上130901010061溫度閉環(huán)控制同上同上130901010064最少拍控制算法的研究同上同上五、教