計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告

《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 信息工程學(xué)院2016-2017-2實(shí)驗(yàn)1：D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)D/A轉(zhuǎn)換器原理及接口方式，并掌握TLC7528芯片的使用。實(shí)驗(yàn)原理TLC7528芯片，它是8位、并行、兩路、電壓型輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器。會(huì)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號(hào)：8位數(shù)字信號(hào)本實(shí)驗(yàn)輸出信號(hào)：鋸齒波模擬信號(hào)本實(shí)驗(yàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器：TLC7528輸出電路預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在虛擬示波器中顯示數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成功的鋸齒波模擬信號(hào)的波形圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：結(jié)果分析：為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果？請(qǐng)用理論分析這一現(xiàn)象。D/A就是將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量，然后通過(guò)虛擬示波器顯示出來(lái)，表現(xiàn)為電壓的變化。實(shí)驗(yàn)2：采樣與保持實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱:信號(hào)采樣與保持.實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜ば盘?hào)的采樣與保持過(guò)程學(xué)習(xí)和掌握采樣定理學(xué)習(xí)用直線插值法和二次曲線插值法還原信號(hào)實(shí)驗(yàn)原理香農(nóng)(采樣)定理：若對(duì)于一個(gè)具有有限頻譜(|W|<Wmax)的連續(xù)信號(hào)f(t)進(jìn)行采樣，當(dāng)采樣頻率滿足WsN2Wmax時(shí)，則采樣函數(shù)f*(t)能無(wú)失真地恢復(fù)到原來(lái)的連續(xù)信號(hào)f(t)。Wmax為信號(hào)的最高頻率，Ws為采樣頻率。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號(hào)：正弦波模擬信號(hào)本實(shí)驗(yàn)輸出信號(hào)：正弦波數(shù)字信號(hào)本實(shí)驗(yàn)采樣信號(hào)：方波預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1.在模擬示波器中成功顯示采樣與保持的正弦波信號(hào)。成功在模擬示波器中還原輸入的正弦波信號(hào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：零階保持增大采樣周期失真直線采值二次曲線結(jié)果分析：為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果？請(qǐng)用理論分析這一現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)3：數(shù)字濾波實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱:數(shù)字濾波實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.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)原理一般現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣，干擾源比較多，消除和抑制干擾的方法主要有模擬濾波和數(shù)字濾波兩種。由于數(shù)字濾波方法成本低、可靠性高、無(wú)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：圖L-3-I實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號(hào)：正弦信號(hào)干擾信號(hào)

本實(shí)驗(yàn)輸出信號(hào)：正弦波模擬量本實(shí)驗(yàn)采樣信號(hào)：周期為5ms的方波本實(shí)驗(yàn)被控對(duì)象：預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：輸入為帶有毛刺的正弦波，經(jīng)過(guò)濾波后，輸出為正弦波信號(hào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:

結(jié)果分析：不同采樣周期對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，使用理論分析這一結(jié)果。數(shù)字濾波要選擇合適的數(shù)字濾波，否則會(huì)造成電路的不穩(wěn)定。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于參數(shù)變化緩慢的(如溫度)可用慣性濾波，對(duì)于參數(shù)變化快的信號(hào)可用加權(quán)平均濾波。實(shí)驗(yàn)4：積分分離PID控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私釶ID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。學(xué)習(xí)湊試法整定PID參數(shù)。掌握積分分離式PID控制規(guī)律。實(shí)驗(yàn)原理本實(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，以及系統(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(guò)渡時(shí)間變長(zhǎng)。為此，可采用積分分離式PID控制算法，即：當(dāng)誤差e(k)較大實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號(hào)：方波。本實(shí)驗(yàn)輸出信號(hào)：從震蕩到單一穩(wěn)定值。本實(shí)驗(yàn)被控對(duì)象：一個(gè)二階環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：改變3個(gè)參數(shù)，會(huì)使系統(tǒng)更穩(wěn)定，加快系統(tǒng)響應(yīng)，減少超調(diào)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:1.未引入積分分離:

2.引入積分分離:3.將KP由8000H改為6000H:4.將KP由8000H改為9999H:

5.將TD由0008H改為0001H:6.將TD由0008H改為0018H:7.將TI由0018H改為0008H:8.將TI由0018H改為0088H:結(jié)果分析：從上面圖片中可以看出，引入積分分離法后，降低了系統(tǒng)輸出的超調(diào)量，并縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間。當(dāng)增大Kp時(shí)，將加快系統(tǒng)響應(yīng)，但過(guò)大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。增大TD時(shí)，有利于消除靜差、減小超調(diào)、減小振蕩。增大TI時(shí)，有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，減小超調(diào)量。實(shí)驗(yàn)5：帶死區(qū)的PID控制實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諑绤^(qū)的PID控制規(guī)律。實(shí)驗(yàn)原理在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，某些系統(tǒng)為了避免過(guò)于頻繁的控制動(dòng)作，為了消除由于頻繁動(dòng)作所引起的震蕩，通常采用帶死區(qū)的PID控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)非線性控制系統(tǒng)。其基本思想是：可以按實(shí)際需要設(shè)置死區(qū)B，當(dāng)誤差的絕對(duì)值le(k)l<=B時(shí)，P(K)為0，U(K)也為常值，實(shí)際應(yīng)用中，常值是由經(jīng)驗(yàn)值來(lái)確定的；當(dāng)le(k)l>B時(shí)，P(K)=e(k)，U(K)以PID運(yùn)算的結(jié)果輸出。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號(hào)：方波信號(hào)本實(shí)驗(yàn)輸出信號(hào)：震蕩收斂的穩(wěn)定波形本實(shí)驗(yàn)被控對(duì)象：一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)和一個(gè)二階慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：輸出帶死區(qū)的PID控制信號(hào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：死區(qū)寬度為00H：

死區(qū)寬度為02H：結(jié)果分析：帶死區(qū)的PID控制響應(yīng)曲線C產(chǎn)生了輕微的震蕩，但其偏差在規(guī)定范圍內(nèi)；控制量U的輸出動(dòng)作頻率比積分分離式明顯的降低了，從而降低了機(jī)械磨損。如果死區(qū)寬度B值取得太大，則系統(tǒng)將產(chǎn)生較大的滯后；如果B值取得太小，使調(diào)節(jié)器輸出過(guò)于頻繁，達(dá)不到預(yù)期的效果。實(shí)驗(yàn)6：簡(jiǎn)易工程法整定PID參數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)并掌握擴(kuò)充臨界比例度法整定PID參數(shù)。學(xué)習(xí)并掌握擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)。實(shí)驗(yàn)原理擴(kuò)充臨界比例法是對(duì)模擬調(diào)節(jié)器中的臨界比例度法的推廣，在工程實(shí)踐中最常用，其參數(shù)整定步驟如下：選擇一個(gè)足夠小的采樣周期tT，一般取系統(tǒng)純滯后時(shí)間的1/10以下。使系統(tǒng)閉環(huán)工作，只用比例控制，增大比例系數(shù)kp，直到系統(tǒng)等幅振蕩，記下此時(shí)臨界比例系數(shù)Kpu和臨界震蕩周期Tu。選擇控制度(1.05?2.0)，控制度是指數(shù)字調(diào)節(jié)器和模擬調(diào)節(jié)器控制效果之比。根據(jù)控制度，查表3.4-1計(jì)算出采樣周期T和Kp、Ti、Td。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號(hào)：方波信號(hào)本實(shí)驗(yàn)輸出信號(hào)：等幅振蕩信號(hào)本實(shí)驗(yàn)被控對(duì)象：一個(gè)二階環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：輸出一個(gè)等幅振蕩信號(hào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：結(jié)果分析：臨界比例度法是閉環(huán)試驗(yàn)整定方法。依賴系統(tǒng)在某種運(yùn)行狀態(tài)下特性信息對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定。實(shí)驗(yàn)通過(guò)Kp、TD、TI控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，參數(shù)既不可過(guò)大也不可過(guò)小，否則無(wú)法得到等幅振蕩的波形。簡(jiǎn)易工程整定法是由經(jīng)典的頻率法簡(jiǎn)化而來(lái)的，雖然粗糙一點(diǎn)，但是簡(jiǎn)單易行，適于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)控制應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)7：最少拍控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆兆钚∨挠屑y波控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。掌握最小拍無(wú)紋波控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)原理最少拍控制是一種直接數(shù)字設(shè)計(jì)方法。所謂最少拍控制，就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)于某種特定的輸入在最少個(gè)采樣周期內(nèi)達(dá)到無(wú)靜差的穩(wěn)態(tài)，使系統(tǒng)輸出值盡快地跟蹤期望值的變化。他的閉環(huán)z傳遞函數(shù)具有形式。在這里，N使可能情況下的最小正整數(shù)。這一傳遞函數(shù)表明閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)在N個(gè)采樣周期后變?yōu)榱?，從而意味著系統(tǒng)在N拍之內(nèi)到達(dá)穩(wěn)態(tài)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號(hào)：方波信號(hào)本實(shí)驗(yàn)輸出信號(hào)：有紋波和無(wú)紋波本實(shí)驗(yàn)被控對(duì)象：一個(gè)二階環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：輸出有紋波和無(wú)紋波實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：無(wú)紋波C和OUT：有紋波C和OUT：

結(jié)果分析:最小拍控制系統(tǒng)對(duì)輸入形式的適應(yīng)性差，當(dāng)系統(tǒng)的輸入形式改變，尤其是存在隨機(jī)擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的性能變壞。最小拍控制系統(tǒng)對(duì)參數(shù)的變化很敏感，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，隨著外部條件的變化，對(duì)象參數(shù)的變化是不可避免的，以及計(jì)算機(jī)在計(jì)算過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，從而使得實(shí)際輸出可能偏離期望值。雖然在采樣時(shí)刻系統(tǒng)輸出與所跟蹤的參考輸入一致，但在兩個(gè)采樣時(shí)刻之間，系統(tǒng)的輸出存在著紋波或振蕩。

實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)8：大林算法.實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆沼么罅炙惴▽?shí)現(xiàn)對(duì)純滯后系統(tǒng)的控制。掌握振鈴消除的方法。實(shí)驗(yàn)原理大林算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)所期望的傳遞函數(shù)，相當(dāng)于一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)。D(Z)=——GQ)①(ZD(Z)=——GQ))1-①(Z)]K4-e-t/8人—e-ti①Z-14-e-ti①Z-n-1」式中：T——采樣周期；0—瑚控對(duì)象時(shí)間常數(shù);3——閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)；K——被控對(duì)象的增益。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)輸入信號(hào)：方波信號(hào)本實(shí)驗(yàn)輸出信號(hào)：未消除振鈴的信號(hào)與消除振鈴的信號(hào)本實(shí)驗(yàn)被控對(duì)象：一個(gè)二階環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：分別輸出未消除振鈴的信號(hào)與消除振鈴的信號(hào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及