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中國石油大學計算機控制實驗報告實驗日期:2011.11.30成績:班級:自動化08-4姓名:陳方光學號:08071402實驗一基于NI6008的數(shù)據(jù)采集實驗目的:理解基本計算機控制系統(tǒng)的組成,學會使用MATLAB和NI6008進行數(shù)據(jù)采集。實驗設(shè)備:計算機控制實驗箱、NI6008數(shù)據(jù)通訊卡、Matlab軟件、計算機3. 實驗內(nèi)容:(1)使用計算機控制實驗箱搭建二階被控對象,并測試對象特性(2)在Matlab中設(shè)計數(shù)字PID控制器,對上述對象進行控制4.實驗步驟:選擇合適的電阻電容,參考如下電路結(jié)構(gòu)圖,在計算機控制實驗箱上搭建二階被控對象,使得其被控對象傳遞函數(shù)為建議數(shù)值:R1=200kΩ,R2=200kΩ,C1=1μF,R4=300kΩ,R5=500kΩ,C2=1μF.測試NI6008數(shù)據(jù)通訊卡,確保數(shù)據(jù)輸入輸出通道正常。使用MATLAB和OPC通訊技術(shù)進行數(shù)據(jù)采集:編寫程序,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的定時采集和顯示。5.實驗結(jié)果測試NI6008數(shù)據(jù)通訊卡首先將NI6008數(shù)據(jù)采集卡的AI負端與GND端短接,然后通過usb數(shù)據(jù)線連接計算機,打開opc端口調(diào)試工具,添加NI數(shù)據(jù)采集卡,添加自己所需的輸入、輸出端口,通過向輸入端強制寫入1,觀察AO端口顯示數(shù)據(jù),能較精確的跟蹤輸入數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)采集完好。使用matlab和opc進行數(shù)據(jù)采集及其顯示在Matlab中讀寫數(shù)據(jù):da=opcda(‘localhost’,‘NIUSB-6008.Server’);%定義服務(wù)器connect(da);%連接服務(wù)器grp=addgroup(da);%添加OPC組itmRead=additem(grp,‘Dev1/AI0’);%在組中添加數(shù)據(jù)項itmWrite=additem(grp,'Dev1/AO0');%在組中添加數(shù)據(jù)項r=read(itmRead);y(1)=r.Value;%讀取數(shù)據(jù)項的值Write(itmWrite,1);%向數(shù)據(jù)項中寫值disconnect(da);%斷開服務(wù)器關(guān)于定時器的問題t=timer(‘TimerFcn’,@myread,‘Period’,0.2,‘ExecutionMode’,‘fixedRate’);%定義定時器start(t)%打開定時器out=timerfind;%尋找定時器stop(out);%停止定時器delete(out);%刪除定時器將讀取的數(shù)據(jù)存儲并動態(tài)顯示于圖中:functionmyread(obj,event)globalttkydagrpitmReadTsitmWriter=read(itmRead);k=k+1;tt(k)=(k-1)*Ts;y(k)=r.Value;holdonplot(tt,y)ifk>70/TsWrite(itmWrite,0);num=[1.484];den=[46.4067,15.994,1];[y,t]=step(tf(num,den),1:0.2:70);plot(t,y)out=timerfind;stop(out);delete(out);disconnect(da);end表1:數(shù)據(jù)采集表時間采集數(shù)據(jù)時間采集數(shù)據(jù)時間采集數(shù)據(jù)時間采集數(shù)據(jù)時間采集數(shù)據(jù)0.000.004.001.678.001.6712.001.6816.001.670.200.024.201.678.201.6612.201.6616.201.660.400.744.401.678.401.6812.401.6616.401.670.601.304.601.678.601.6712.601.6816.601.670.801.524.801.678.801.6712.801.6616.801.661.001.625.001.669.001.6713.001.6717.001.671.201.645.201.679.201.6813.201.6717.201.661.401.665.401.669.401.6713.401.6617.401.661.601.675.601.679.601.6613.601.6617.601.671.801.665.801.659.801.6713.801.6617.801.672.001.676.001.6410.001.6714.001.6618.001.672.201.666.201.6610.201.6814.201.6618.201.642.401.686.401.6610.401.6814.401.6718.401.672.601.676.601.6610.601.6614.601.6718.601.672.801.676.801.6610.801.6714.801.6718.801.673.001.667.001.6711.001.6715.001.6719.001.673.201.677.201.6711.201.6715.201.6819.201.653.401.677.401.6711.401.6815.401.6519.401.673.601.677.601.6611.601.6615.601.6619.601.673.801.677.801.6711.801.6815.801.6619.801.674.001.678.001.6712.001.6816.001.6720.001.67Matlab繪圖如下:圖表SEQ圖表\*ARABIC1開環(huán)數(shù)據(jù)讀取顯示曲線6.實驗總結(jié):通過本次實驗我理解基本計算機控制系統(tǒng)的組成,學會使用MATLAB和NI6008進行數(shù)據(jù)采集,以及實驗電路的搭建,如何設(shè)計PID算式使二階對象完成相應(yīng)的功能,并且測試了對象的特性。復習了以前學習的東西,能做到活學活用,搭建實際模型來完成模擬實驗。
中國石油大學計算機控制實驗報告實驗日期:2011.11.30成績:班級:自動化08-4姓名:陳方光學號:08071402實驗二數(shù)字PID算法的實現(xiàn)實驗目的:熟悉PID控制器,實現(xiàn)PID算法,深入了解PID參數(shù)對系統(tǒng)控制效果的影響實驗設(shè)備:計算機控制實驗箱、NI6008數(shù)據(jù)通訊卡、Matlab軟件、計算機實驗內(nèi)容:在實驗一基礎(chǔ)上編制PID數(shù)字控制器,實現(xiàn)閉環(huán)控制。進行PID參數(shù)的整定分析:取消積分和微分作用,分析比例系數(shù)數(shù)對系統(tǒng)控制性能的影響保持比例系數(shù)不變,分析積分作用對系統(tǒng)控制性能的影響保持比例系數(shù)和積分時間不變,分析微分作用對控制系統(tǒng)性能的影響運用所學的PID參數(shù)整定方法,確定一組控制性能良好的PID參數(shù)實驗要求實驗過程中要記錄實驗曲線,標注控制系統(tǒng)輸出的性能指標總結(jié)PID參數(shù)對控制系統(tǒng)性能的影響分析理論結(jié)果與實驗結(jié)果的差異,如有誤差分析原因。實驗結(jié)果純比例控制分析:對比分析上圖可知:Kp越大,比例作用越強,比例動作越快,上升時間和延遲時間越短,調(diào)節(jié)時間峰值時間也相應(yīng)減少,且穩(wěn)態(tài)誤差減小,但超調(diào)量增大,系統(tǒng)易發(fā)生振蕩,甚至發(fā)散。由于是純比例作用,故系統(tǒng)穩(wěn)定后存在余差,被控變量不可能回到原來的值上(在本系統(tǒng)中不可能穩(wěn)定到1),且由于仿真電路干擾的存在,響應(yīng)曲線存在較大的毛刺。比例不變,變積分控制分析:從表中可知,在Kp相同,Ti不同的情況下,Ti越大,積分作用越強,系統(tǒng)的上升時間,延遲時間,調(diào)節(jié)時間和峰值時間均越大,系統(tǒng)的響應(yīng)越慢,動態(tài)性能越差,但是系統(tǒng)的超調(diào)量卻越小,甚至小到不存在,系統(tǒng)地穩(wěn)定性能提高。加入積分環(huán)節(jié)后,對比表中數(shù)據(jù)可知,積分環(huán)節(jié)可以使系統(tǒng)的上升時間,調(diào)節(jié)時間,延遲時間,峰值時間變長,系統(tǒng)的動態(tài)性能變差,而超調(diào)量減小,穩(wěn)態(tài)性能得到提高。比例、積分不變,變微分控制分析:從表中數(shù)據(jù)可知,第一,由于微分作用的存在,響應(yīng)曲線的起始階段呈現(xiàn)尖銳的波峰,之后曲線也呈衰減振蕩;第二,保持Kp、Ti不變,增大Td,系統(tǒng)的上升時間上升,微分控制不直接影響穩(wěn)態(tài)誤差,但它增加了系統(tǒng)的阻尼,因為容許采用比較大的增益K值,這將有助于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的改善。PID具有PD和PI雙重作用,能夠較全面地提高系統(tǒng)的控制性能,是一種應(yīng)用比較廣泛的控制器。PID控制器除了提高系統(tǒng)型別之外,還提供了兩個負實零點,從而較PI控制器在提高系統(tǒng)的動態(tài)性能方面有更大的優(yōu)越性。因此,在工業(yè)控
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