计算机控制系统实验

实验二：大林算法控制器设计与仿真

一、实验目的

1、掌握大林控制算法的基本概念和实现方法；

2、掌握在MA TLAB 下大林算法控制器的调试方法；

3、观察大林控制算法控制器的控制效果；

二、实验属性

设计、验证性实验

三、 实验内容

1、对象为一阶惯性加纯滞后系统，其开环传递函数为：

1

4.0)(76.0+=-S e S G S

采样时间为0.5S ，大林算法的期望闭环响应设计为1

)(76.0+=Φ-S e S S

α。α为控制系数，大林控制算法的MATLAB 程序如后所附。

四、实验要求

1、实验中：在MATLAB 下输入程序，设置控制系数α＝0.5，检验控制效果，调整系数α的值（0.1至1之间），比较控制效果，找出并记录最佳控制时的α值及控制结果；

2、完成实验报告。

附录 大林控制算法的MATLAB 程序

% Delay Control with Dalin Algorithm

clear all;

close all;

ts=0.5;

%Plant

sys1=tf([1],[0.4,1],'inputdelay',0.76);

dsys1=c2d(sys1,ts,'zoh');

[num1,den1]=tfdata(dsys1,'v');

% Ideal closed loop

sys2=tf([1],[0.15,1],'inputdelay',0.76);

dsys2=c2d(sys2,ts,'zoh');

% Design Dalin controller

dsys=1/dsys1*dsys2/(1-dsys2);

[num,den]=tfdata(dsys,'v');

u_1=0.0;u_2=0.0;u_3=0.0;u_4=0.0;u_5=0.0;

y_1=0.0;

error_1=0.0;error_2=0.0;error_3=0.0;

ei=0;

for k=1:1:50

time(k)=k*ts;

rin(k)=1.0; %Tracing Step Signal

yout(k)=-den1(2)*y_1+num1(2)*u_2+num1(3)*u_3;

error(k)=rin(k)-yout(k);

M=1;

if M==1 %Using Dalin Method

u(k)=(num(1)*error(k)+num(2)*error_1+num(3)*error_2+num(4)*error_3...

-den(3)*u_1-den(4)*u_2-den(5)*u_3-den(6)*u_4-den(7)*u_5)/den(2); elseif M==2 %Using PID Method

ei=ei+error(k)*ts;

u(k)=1.0*error(k)+0.10*(error(k)-error_1)/ts+0.50*ei;

end

%----------Return of dalin parameters------------

u_5=u_4;u_4=u_3;u_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k);

y_1=yout(k);

error_3=error_2;error_2=error_1;error_1=error(k);

end

plot(time,rin,'b',time,yout,'r');

xlabel('time(s)');ylabel('rin,yout');

计算机控制系统设计性实验

计算机控制系统设计性实验报告 学生姓名:学号： 学院:自动化工程学院 班级: 题目:

设计性实验撰写说明 正文：正文内容层次序号为： 1、1.1、1.1.1 2、2.1、2.1.1……。 1、选题背景：说明本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求；简述本设计的指导思想。 2、方案论证(设计理念)：说明设计原理（理念）并进行方案选择，阐明为什么要选择这个设计方案以及所采用方案的特点。 3、过程论述：对设计工作的详细表述。要求层次分明、表达确切。 4、结果分析：对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。 5、结论或总结：对整个研究工作进行归纳和综合。 6、设计心得体会。 课程设计说明书（报告）要求文字通顺，语言流畅，无错别字，用A4纸打印并右侧装订。

《计算机控制系统》设计性实验 一、通过设计性实验达到培养学生实际动手能力方法及步骤： 对系统设计方法可以从“拿到题目”到“进行分析”再到“确定解决方案”最后到“具体系统的设计的实现”的整个过程进行全方位的启发。让学生掌握对不同的控制系统设计方法和基本思想，从工程角度对待设计题目，尽量做到全面认识理解工程实际与实验室环境的区别，逐步引入工程思想，提高学生设计技巧和解决实际问题的能力。 1、了解和掌握被控制对象的特性； 2、选择合理的传感器（量程、精度等）； 3、计算机控制系统及接口的设计（存储器、键盘、显示）； 4、制定先进的、合理的控制算法； 5、结合控制系统的硬件系统对软件进行设计； 6、画出系统硬件、软件框图； 7、系统调试。 二、具体完成成品要求： 1、对传感器、A/D、D/A、中央处理器、显示、键盘、存储器的选型大小等； 2、实现系统硬件原理图用Protel或Proteus、MATLAB软件（框图）仿真设计； 3、达到课题要求的各项功能指标； 4、系统设计文字说明书； 5、按照学号循环向下作以下7个题目。 三、系统控制框图： 控制系统硬件框图

《计算机控制系统》课后题答案-刘建昌等科学出版社

第一章计算机控制系统概述 习题与思考题 1.1什么是计算机控制系统？计算机控制系统较模拟系统有何优点？举例说明。 解答：由计算机参与并作为核心环节的自动控制系统，被称为计算机控制系统。与模拟系统相比，计算机控制系统具有设计和控制灵活，能实现集中监视和操作，能实现综合控制，可靠性高，抗干扰能力强等优点。例如，典型的电阻炉炉温计算机控制系统，如下图所示： 炉温计算机控制系统工作过程如下：电阻炉温度这一物理量经过热电偶检测后，变成电信号（毫伏级），再经变送器变成标准信号（1-5V或4-20mA）从现场进入控制室；经A/D 转换器采样后变成数字信号进入计算机，与计算机内部的温度给定比较，得到偏差信号，该信号经过计算机内部的应用软件，即控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制双向晶闸管对交流电压（220V）进行PWM调制，达到控制加热电阻两端电压的目的；电阻两端电压的高低决定了电阻加热能力的大小，从而调节炉温变化，最终达到计算机内部的给定温度。 由于计算机控制系统中，数字控制器的控制算法是通过编程的方法来实现的，所以很容易实现多种控制算法，修改控制算法的参数也比较方便。还可以通过软件的标准化和模块化，这些控制软件可以反复、多次调用。又由于计算机具有分时操作功能，可以监视几个或成十上百个的控制量，把生产过程的各个被控对象都管理起来，组成一个统一的控制系统，便于集中监视、集中操作管理。计算机控制不仅能实现常规的控制规律，而且由于计算机的记忆、逻辑功能和判断功能，可以综合生产的各方面情况，在环境与参数变化时，能及时进行判断、选择最合适的方案进行控制，必要时可以通过人机对话等方式进行人工干预，这些都是传统模拟控制无法胜任的。在计算机控制系统中，可以利用程序实现故障的自诊断、自修复功能，使计算机控制系统具有很强的可维护性。另一方面，计算机控制系统的控制算法是通过软件的方式来实现的，程序代码存储于计算机中，一般情况下不会因外部干扰而改变，因此计算机控制系统的抗干扰能力较强。因此，计算机控制系统具有上述优点。 1.2计算机控制系统由哪几部分组成？各部分的作用如何？ 解答：计算机控制系统典型结构由数字控制器、D/A转换器、执行机构和被控对象、测量变送环节、采样开关和A/D转换环节等组成。 被控对象的物理量经过测量变送环节变成标准信号（1-5V或4-20mA）；再经A/D转换器采样后变成数字信号进入计算机，计算机利用其内部的控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制被控对象的物理量，实现控制要求。 1.3应用逻辑器件设计一个开关信号经计算机数据总线接入计算机的电路图。

微机控制技术实验报告

《微机控制技术》课程设计报告 课题：最少拍控制算法研究专业班级：自动化1401 姓名： 学号： 指导老师：朱琳琳 2017年5月21日

目录 1. 实验目的 (3) 2. 控制任务及要求 (3) 3. 控制算法理论分析 (3) 4. 硬件设计 (5) 5. 软件设计 (5) 无纹波 (5) 有纹波 (7) 6. 结果分析 (9) 7. 课程设计体会 (10)

1.实验目的 本次课程设计的目的是让同学们掌握微型计算机控制系统设计的一般步骤，掌握系统总体控制方案的设计方法、控制算法的设计、硬件设计的方法。学习并熟悉最少拍控制器的设计和算法；研究最少拍控制系统输出采样点间纹波的形成；熟悉最少拍无纹波控制系统控制器的设计和实现方法。复习单片机及其他控制器在实际生活中的应用，进一步加深对专业知识的认识和理解，使自己的设计水平、对所学知识的应用能力以及分析问题解决问题的能力得到全面提高。 2.控制任务及要求 1.设计并实现具有一个积分环节的二阶系统的最少拍有纹波控制和无纹波控制。 对象特性G （s ）＝ 采用零阶保持器H 0（s ），采样周期T ＝,试设计单位阶跃，单位速度输入时的有限拍调节器。 2.用Protel 、Altium Designer 等软件绘制原理图。 3.分别编写有纹波控制的算法程序和无纹波控制的算法程序。 4.绘制最少拍有纹波、无纹波控制时系统输出响应曲线，并分析。 3.控制算法理论分析 在离散控制系统中，通常把一个采样周期称作一拍。最少拍系统，也称为最小调整时间系统或最快响应系统。它是指系统对应于典型的输入具有最快的响应速度，被控量能经过最少采样周期达到设定值，且稳态误差为定值。显然，这样对系统的闭环脉冲传递函数)(z φ提出了较为苛刻的要求，即其极点应位于Z 平面的坐标原点处。 1最少拍控制算法 计算机控制系统的方框图为： 图7-1 最少拍计算机控制原理方框图 根据上述方框图可知，有限拍系统的闭环脉冲传递函数为： ) ()(1)()()()()(z HG z D z HG z D z R z C z +==φ (1) )(1)()(11)()()(1z z HG z D z R z E z e φφ-=+== (2) 由(1) 、(2)解得：

计算机控制技术范立男实验指导书

百度文库 《计算机控制技术》实验指导书

目录 实验一：A/D、D/A转换实验 (2) 实验二：数字PID实验 (4) 实验三：大林算法 (8) 实验四：炉温控制实验 (11)

实验一：A/D 、D/A 转换实验 一、实验目的与要求 1、掌握A/D 、D/A 转换原理 2、熟悉8位A/D 、D/A 转换的方法。 二、实验类型 验证性 三、实验原理及说明 1、通过数据通道接口板完成8位D/A 转换的实验，转换公式如下： V V K K K V U ref ref o 52/)222(8006677+=+++= 例如：数字量=01010001 K 7=0，K 6=1，K 5=0，K 4=1，K 3=0，K 2=0，K 1=0，K 0=1 模拟量0.12/)222(8006677=+++=K K K V U ref o 实验中，根据输入的数字量，D/A 转换为模拟量，其结果经 A/D 采集并显示在计算机上。实验示意图见图1-1。 图1-1 实验示意图 2、通过数据通道接口板完成8位A/D 转换的实验，转换公式如下： 数字量=模拟量/N 2Vref 。其中N 是A/D 转换器的位数，Vref 是基准电压。 例如：N=8 Vref= 模拟量= 则数字量=×28 =51（十进制） 实验中设置的模拟量由D/A 转换取得，此模拟量经A/D 转换为数字量，并显示在计算机上。实验示意图见图1-2。 图1-2 实验示意图 序 号 名 称 主要用途 1 SAC-CCT 计算机控制技术教学实验系统 构成实验所需的硬件电路 2 PC 机 输入参数，观察运行结果 五、实验内容和步骤 （一）

计算机控制理论答案

第一讲 1、什么是计算机数字控制系统？一般由哪几部分组成？请用框图形式给出实例，并简单说明其工作原理。 计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统；一般由计算机和生产过程两部分组成； 计算机控制系统由工业控制计算机主体（包括硬件、软件与网格结构）和生产过程两大部分组长。其中硬件系统有主机、输入输出通道、外部设备、检测与执行机构组成； 三个步骤原理： ①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输 入。 ②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制 规律，决定将要采取的控制行为。 ③实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完 成控制任务。 2、实时、在线方式、离线方式的含义是什么？ 实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间围完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。 在线方式：在线方式亦称为联机方式，是指生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为。

离线方式：离线方式亦称为脱机方式，是指生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式。 3、简述计算机数字控制系统的发展趋势。 计算机数值控制系统的发展趋势有控制系统的网络化、扁平化、只能化、综合化。 第二讲 1、简述计算机控制系统中过程通道的基本类型及其作用。 数字量输入通道：接受外部装置或产生过程的状态信号，同时将状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号； 数字量输出通道：把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号； 模拟量输入通道：把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位重量等模拟信号转换成计算机可以接收的数字量信号； 模拟量输出通道：把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的。 2、简述计算机控制系统抗干扰技术的基本措施。 克服干扰的措施主要有：硬件措施、软件措施和软硬结合的措施。 其中硬件抗干扰措施包含：①过程通道抗干扰技术；②CPU抗干扰技术；③系统供电与接地技术。针对不同的干扰采用不用的抗干扰技术： ①过程通道抗干扰技术：针对串模干扰，采用滤波器、双积分式A/D转换器、双绞线作信号引线等方法来抑制；针对共模干扰，采用变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽、采用仪表放大器提高共模抑制比等方式；针对长线传输干扰可采用双绞线与同轴电缆进行传输； ②CPU抗干扰技术：使用Watchdog(俗称看门狗)、电源监控(掉电检测及保护)、复位等；

计算机控制实验报告

中国石油大学计算机控制实验报告实验日期：2011.11.30 成绩： 班级：自动化08-4 姓名：陈方光学号：08071402 实验一基于NI6008的数据采集 1.实验目的： 理解基本计算机控制系统的组成，学会使用MATLAB和NI6008进行数据采集。 2.实验设备： 计算机控制实验箱、NI6008数据通讯卡、Matlab软件、计算机 3．实验内容： （1）使用计算机控制实验箱搭建二阶被控对象，并测试对象特性 （2）在Matlab中设计数字PID控制器，对上述对象进行控制 4. 实验步骤： （1）选择合适的电阻电容，参考如下电路结构图，在计算机控制实验箱上搭建二阶被控对象，使得其被控对象传递函数为 建议数值：R1=200kΩ，R2=200kΩ,C1=1μＦ，R4=300kΩ, R5=500kΩ，C2=1μＦ. （2）测试NI6008数据通讯卡，确保数据输入输出通道正常。

（3）使用MATLAB和OPC通讯技术进行数据采集: （4）编写程序，实现数据的定时采集和显示。 5.实验结果 1)测试NI6008数据通讯卡 首先将NI6008数据采集卡的AI负端与GND端短接，然后通过usb数据线连接计算机，打开opc端口调试工具，添加NI数据采集卡，添加自己所需的输入、输出端口，通过向输入端强制写入1，观察AO端口显示数据，能较精确的跟踪输入数据，该数据采集完好。 2)使用matlab和opc进行数据采集及其显示 在Matlab中读写数据： da = opcda(‘localhost’, ‘NI USB-6008.Server’); % 定义服务器 connect(da); %连接服务器 grp = addgroup(da); %添加OPC 组 itmRead = additem(grp,‘Dev1/AI0’); %在组中添加数据项 itmWrite = additem(grp,'Dev1/AO0'); %在组中添加数据项 r=read(itmRead); y(1)=r.Value; %读取数据项的值 Write(itmWrite,1); %向数据项中写值 disconnect(da); %断开服务器 关于定时器的问题 t = timer(‘TimerFcn’,@myread, ‘Period’, 0.2,‘ExecutionMode’,‘fixedRate’);%定义定时器 start(t) %打开定时器 out = timerfind; %寻找定时器 stop(out); %停止定时器 delete(out);%删除定时器 将读取的数据存储并动态显示于图中: function myread(obj,event) global tt k y da grp itmRead Ts itmWrite r=read(itmRead); k=k+1;

计算机控制系统实验报告

南京理工大学 动力工程学院 实验报告 实验名称最少拍 课程名称计算机控制技术及系统专业热能与动力工程 姓名学号 成绩教师任登凤

计算机控制技术及系统 一、 实验目的及内容 通过对最少拍数字控制器的设计与仿真，让自己对最少拍数字控制器有更好的理解与认识，分清最少拍有纹波与无纹波控制系统的优缺点，熟练掌握最少拍数字控制器的设计方法、步骤，并能灵巧地应用MATLAB 平台对最少拍控制器进行系统仿真。 （1） 设计数字调节器D(Z)，构成最少拍随动控制系统，并观察系统 的输出响应曲线； （2） 学习最少拍有纹波系统和无纹波系统，比较两系统的控制品质。 二、实验方案 最少拍控制器的设计理论 r (t ) c(t ) e*(t) D (z) E (z) u*(t) U (z) H 0(s )C (z) Gc (s ) Φ(z) G(z) R(z) 图1 数字控制系统原理图 如图1 的数字离散控制系统中，G C (S)为被控对象，其中 H(S)= (1-e -TS )/S 代表零阶保持器，D(Z)代表被设计的数字控制器，D(Z)的输入输出均为离散信号。 设计步骤:根据以上分析 1）求出广义被控对象的脉冲传递函数G (z ) 2）根据输入信号类型以及被控对象G (z )特点确定参数q, d, u, v, j, m, n 3）根据2）求得参数确定)(z e Φ和)(z Φ 4）根据 )(1) ()(1)(z z z G z D Φ-Φ= 求控制器D (z ) 对于给定一阶惯性加积分环节，时间常数为1S ，增益为10，采样周期T 为1S 的对象，其传递函数为：G C (S) =10/S(S+1)。 广义传递函数： G(z)=Z [])()(s G s H c ?=Z ?? ?????--)(1s G s e c Ts =10(1-z -1 )Z ??????+)1(12s s =3.68×) 368.01)(1() 717.01(1 111------+z z z z

计算机控制技术实验报告

精品文档

精品文档 实验一过程通道和数据采集处理 为了实现计算机对生产过程或现场对象的控制，需要将对象的各种测量参数按 要求转换成数字信号送入计算机；经计算机运算、处理后，再转换成适合于对生产 过程进行控制的量。所以在微机和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换的连 接通道，该通道称为过程通道。它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量 输入通道、数字量输出通道。 模拟量输入通道：主要功能是将随时间连续变化的模拟输入信号变换成数字信 号送入计算机，主要有多路转化器、采样保持器和 A/D 转换器等组成。模拟量输出通道：它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信 号，主要有 D/A 转换器和输出保持器组成。 数字量输入通道：控制系统中，以电平高低和开关通断等两位状态表示的 信号称为数字量，这些数据可以作为设备的状态送往计算机。 数字量输出通道：有的执行机构需要开关量控制信号 ( 如步进电机 ) ，计算机 可以通过 I/O 接口电路或者继电器的断开和闭合来控制。 输入与输出通道 本实验教程主要介绍以 A/D 和 D/A 为主的模拟量输入输出通道， A/D 和D/A的 芯片非常多，这里主要介绍人们最常用的 ADC0809和 TLC7528。 一、实验目的 1．学习 A/D 转换器原理及接口方法，并掌握ADC0809芯片的使用 2．学习 D/A 转换器原理及接口方法，并掌握TLC7528 芯片的使用 二、实验内容 1．编写实验程序，将－ 5V ~ +5V 的电压作为 ADC0809的模拟量输入，将 转换所得的 8 位数字量保存于变量中。 2．编写实验程序，实现 D/A 转换产生周期性三角波，并用示波器观察波形。 三、实验设备 + PC 机一台， TD-ACC实验系统一套， i386EX 系统板一块 四、实验原理与步骤 1．A/D 转换实验 ADC0809芯片主要包括多路模拟开关和 A/D 转换器两部分，其主要特点为：单 电源供电、工作时钟 CLOCK最高可达到 1200KHz 、8 位分辨率， 8 +个单端模拟输 入端， TTL 电平兼容等，可以很方便地和微处理器接口。 TD-ACC教学系统中的 ADC0809芯片，其输出八位数据线以及 CLOCK线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟1MCLK(1MHz) 上。其它控制线根据实验要求可另外连接(A 、B、C、STR、/OE、EOC、IN0～ IN7) 。根据实验内容的第一项要求，可以设计出如图 1.1-1 所示 的实验线路图。

计算机控制系统技术实验指导书

计算机控制技术实验指导书 （第2版） 于军琪郭春燕普亮编写 建筑科技大学信控学院信息技术实验中心 2009年3月

目录 1 课程简介、实验项目及学时安排 (1) 1.1课程简介 (1) 1.2实验项目及学时安排 (1) 2 实验仪器仪表设备简介 (2) 2.1自动控制原理实验箱 (2) 2.2其它实验设备 (3) 3 计算机控制技术课程实验 (4) 3.1实验1采样与保持实验 (4) 3.2实验2数字PID控制实验 (8) 3.3实验3直流电机闭环调速实验 (14) 3.4实验4模拟/数字温度闭环综合控制实验 (19) 3.5实验5工控机组态实验 (23) 3.6实验6模/数、数/模转换试验 (30)

1 课程简介、实验项目及学时安排 1.1 课程简介 本课程是自动化专业的主干专业课程，是以应用为主的工程技术类课程。本课程的目的在于培养及提高学生对微机原理与接口技术的知识，了解掌握数字PID控制器的程序实现方法，为掌握计算机综合应用能力打好基础。通过对计算机控制技术课程容的学习与教学实验仪器的结合，上机实践汇编语言文件的建立、汇编和调试，计算机控制系统搭建方法的学习，使学生达到以下要求： 1.掌握汇编语言常用指令，熟悉汇编语言和c语言混合编程； 2.掌握计算机的接口技术； 3.掌握数字PID控制器的程序实现方法。 1.2 实验项目及学时安排 计算机控制技术实验课是以认识和熟悉微机原理与接口技术和模拟验证所学理论为基础，在此基础上开展自行设计系统、确定实验方案和实验线路，进行自主实验，学习系统分析和系统设计的思维方法，培养研究系统的能力。所安排了验证性和综合性不同属性的实验项目。

计算机控制 最小拍实验报告

重庆邮电大学 自动化学院 计算机控制实验报告 学院：自动化 学生姓名：魏波 专业：电气工程与自动化班级：0830903 学号：2009212715

最小拍控制系统 一、实验目的 1、掌握最小拍有纹波控制系统的设计方法。 2、掌握最小拍无纹波控制系统的设计方法。 二、实验设备 PC机一台，TD-+ ACC实验系统一套，i386EX系统板一块 三、实验原理及内容 典型的最小拍控制系统如图其中D(Z)为数字调节器，G(Z)为包括零阶保持器在内的广义对象的Z传递函数，Φ(Z)为闭环Z传递函数，C(Z)为输出信号的Z传递函数，R(Z)为输入信号的Z传递函数。R为输入，C为输出，计算机对误差E定时采样按D(Z)计算输出控制量U(Z)。图中K=5。 闭环Z传递函数

1、最小拍有纹波系统设计

2、最小拍无纹波设计 有纹波系统虽然在采样点上的误差为零，但不能保证采样点之间的误差值为零，因此存在有纹波现象。无纹波系统设计只要使U（Z）是1 Z的有限多项式，则可以保证系统输出无纹波。 四、实验线路图

(2)D(Z)算法 采样周期T=1S ，E(Z)为计算机输入，U(Z)为输出，有： D(Z)=) Z (E ) Z (U = 3 322113322110Z P Z P Z P 1Z K Z K Z K K ------++++++ 式中Ki 与Pi 取值范围：-0.9999～0.9999，计算机分别用相邻三个字节存储其BCD 码。最低字节符号，00H 为正，01H 为负。中间字节存前2位小数，最高字节存末2位小数。例有系数0.1234，则内存为： 地址 内容 2F00H 00H 2F01H 12H 2F02H 34H 系数存储安排如表5—1。 表5—1 0101H 010DH 0102H K 0 010EH P 1 0103H 010FH 0104H 0110H

计算机控制实验指导书0710

计算机控制技术实验指导书 自动化实验室 河北工程大学教务处 （2007.10 ）

目录 基本实验要求 (1) 计算机控制技术实验系统使用说明 (2) 安全使用说明（使用前请您务必了解） (2) 实验一数字PID控制 (1) 实验二状态反馈与状态观测器 (4) 实验三数字滤波器实验 (7) 实验四大林算法 (10) 实验五炉温控制实验 (12) 实验六电机转速控制实验 (15) 实验七步进电机控制实验 (17) 基本实验要求 1、实验前必须做好准备，预习实验指导书，复习有关原理，并写好预习报 告（即实验报告的“实验目的”、“实验线路及简要原理”、“实验数据及现象记录”三项） 2、实验中发生事故，应立即切断电源，保持现场，并向指导教师报告事故 情况。 3、实验完毕应先将实验数据与现象记录交指导教师审阅签字后，方可拆线， 并整理设备清理现场才可离开。 4、及时完成实验报告，在预习报告的基础上再加上“数据分析与现象讨论” （包括心得体会） 实验技能的培养和实验手段的掌握是理工学生的基本训练，通过实验锻炼养成严谨的科学态度和结合实际学习分析问题的方法。

计算机控制技术实验系统使用说明计算机控制技术实验所使用的设备由计算机，串行数据通道接口板、实验平台、运放电路板和打印机（任选）组成。 其中计算机在实验中起控制信号产生、输出、测量、人机界面、显示实验波形、打印图像的作用。实验平台配以运放电路板接插阻容元件，可以用来模拟多种特性的被控对象。数据通道接口板插于实验平台的总线扩展槽中，它起模拟信号与数字信号的转换作用，可以用计算机控制产生不同的信号（阶跃、三角、正弦等）。打印机可以把实验的波形打印下来，可根据需要连接，CCT3系统连接方法见下图。 随机配备的SAC-CCT软件包设计了计算机控制技术的九个实验，所有的计算机控制技术实验都是在这套装置上进行的。 安全使用说明（使用前请您务必了解） 为有效、安全地使用实验箱，请遵守以下规定。 1.您在将实验箱盖打开后，请用箱体两边的支撑脚将箱盖撑住，避免在进行试验过 程中箱盖突然下落将您的手砸伤或损坏仪器设备。 2.禁止将平台上开关电源输出长时间短接。 3.禁止将交流源（~15v）短接，这样将会烧毁实验箱内的交流变压器，并引起火灾。 4.禁止将-5V、-12V连接到指示灯引线插孔输入端。 5.实验中尽量用短线连接，尤其两极放大器、功放电路更要注意。 6.在将导线从引线插孔中拔出时，应捏住导线根部，左右旋转松动后再拔出。 7.在进行炉温控制实验时，应避免炉温超过70℃长时间运等，政治路线则将降低炉 体使用寿命；而且还要小心以免将手烫伤。 8.电机条应避免直流电机长时间高速旋转。 9.实验中大部分实验设备如数据通道接口板、数据通讯线、实验平台、直流电机条、 温控炉等设备都是精密装置，实验中务必注意正确使用和妥加爱护。

计算机控制实验报告-离散化方法研究解析

东南大学自动化学院 实验报告 课程名称：计算机控制技术 第 2 次实验 实验名称：实验三离散化方法研究 院（系）：自动化学院专业：自动化 姓名：学号： 实验室：416 实验组别： 同组人员：实验时间：2014年4月10日评定成绩：审阅教师：

一、实验目的 1．学习并掌握数字控制器的设计方法（按模拟系统设计方法与按离散设计方法）； 2．熟悉将模拟控制器D(S)离散为数字控制器的原理与方法（按模拟系统设计方法）； 3．通过数模混合实验，对D(S)的多种离散化方法作比较研究，并对D(S)离散化前后闭环系统的性能进行比较，以加深对计算机控制系统的理解。 二、实验设备 1．THBDC-1型 控制理论·计算机控制技术实验平台 2．PCI-1711数据采集卡一块 3．PC 机1台(安装软件“VC++”及“THJK_Server ”) 三、实验原理 由于计算机的发展，计算机及其相应的信号变换装置（A/D 和D/A ）取代了常规的模拟控制。在对原有的连续控制系统进行改造时，最方便的办法是将原来的模拟控制器离散化。在介绍设计方法之前，首先应该分析计算机控制系统的特点。图3-1为计算机控制系统的原理框图。 图3-1 计算机控制系统原理框图 由图3-1可见，从虚线I 向左看，数字计算机的作用是一个数字控制器，其输入量和输出量都是离散的数字量，所以，这一系统具有离散系统的特性，分析的工具是z 变换。由虚线II 向右看，被控对象的输入和输出都是模拟量，所以该系统是连续变化的模拟系统，可以用拉氏变换进行分析。通过上面的分析可知，计算机控制系统实际上是一个混合系统，既可以在一定条件下近似地把它看成模拟系统，用连续变化的模拟系统的分析工具进行动态分析和设计，再将设计结果转变成数字计算机的控制算法。也可以把计算机控制系统经过适当变换，变成纯粹的离散系统，用z 变化等工具进行分析设计，直接设计出控制算法。 按模拟系统设计方法进行设计的基本思想是，当采样系统的采样频率足够高时，采样系统的特性接近于连续变化的模拟系统，此时忽略采样开关和保持器，将整个系统看成是连续变化的模拟系统，用s 域的方法设计校正装置D(s)，再用s 域到z 域的离散化方法求得离散传递函数D(z)。为了校验计算结果是否满足系统要求，求得D(z)后可把整个系统闭合而成离散的闭环系统。用z 域分析法对系统的动态特性进行最终的检验，离散后的D(z)对D(s)的逼真度既取决于采样频率，也取决于所用的离散化方法。离散化方法虽然有许多，但各种离散化方法有一共同的特点：采样速率低，D(z)的精度和逼真度越低，系统的动态特性与预 数 字 计算机 D/A A/D 模 拟 控制对象 R Y I II

计算机控制实验报告初稿解析

南京邮电大学自动化学院 实验报告 课程名称：计算机控制系统 实验名称：计算机控制系统性能分析 所在专业：自动化 学生姓名：王站 班级学号： B11050107 任课教师: 程艳云 2013 /2014 学年第二学期

实验一：计算机控制系统性能分析 一、 实验目的： 1.建立计算机控制系统的数学模型； 2.掌握判别计算机控制系统稳定性的一般方法 3.观察控制系统的时域响应，记录其时域性能指标； 4.掌握计算机控制系统时间响应分析的一般方法； 5.掌握计算机控制系统频率响应曲线的一般绘制方法。 二、 实验内容： 考虑如图1所示的计算机控制系统 图1 计算机控制系统 1. 系统稳定性分析 (1) 首先分析该计算机控制系统的稳定性，讨论令系统稳定的K 的取值范围； 解: G1=tf([1],[1 1 0]); G=c2d(G1,0.01,'zoh');//求系统脉冲传递函数 rlocus(G);//绘制系统根轨迹 Root Locus Real Axis I m a g i n a r y A x i s -7 -6-5-4-3-2-1012 -2.5-2-1.5-1-0.500.51 1.5 22.5 将图片放大得到

0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 -0.15 -0.1 -0.05 0.05 0.1 0.15 Root Locus Real Axis I m a g i n a r y A x i s Z 平面的临界放大系数由根轨迹与单位圆的交点求得。 放大图片分析： [k,poles]=rlocfind(G) Select a point in the graphics window selected_point = 0.9905 + 0.1385i k = 193.6417 poles = 0.9902 + 0.1385i 0.9902 - 0.1385i 得到0

计算机控制技术 实验指导书

中国矿业大学 《计算机控制技术》实验指导书

第1章课程简介、实验项目及实验要求 一、课程简介 《计算机控制技术》是一门实践性很强的课程。加强这门课程的实验教学可以起到重要的作用，有利于提高人才的培养质量，巩固和宽展实际的动手能力，实现知识向能力的转化。实验的任务是使学生掌握计算机控制系统组成原理、设计方法和技术，培养学生设计和调试的能力，为今后从事工程应用和科学研究打好基础。 二、教学基本要求 以提高学生实际工程设计能力为目的，通过实验和训练，使学生熟悉一种工程上常用的实验参数整定法。 三、实验项目与类型 四、实验报告要求 （1）学生在进行实验前应复习《计算机控制技术》等教材中的与实验相关的理论知识，认真阅读实验指导书及与其有关的参考资料，明确实验要求，做好实验准备。 （2）实验报告应按实验指导书的要求根据原始记录做出，于规定时间内交到指导教师处。 （3）要独立写出严谨、有理论分析、实事求是、文理通顺、字迹端正、图表清楚的实验报告。数据真实、准确，结论明确。报告要有经指导教师签字后的原始记录。 （4）实验报告应包括以下几个部分： ①实验名称、班级、姓名、学号、实验日期 ②实验目的 ③实验内容及原理线路图 ④数据处理 ⑤实验总结：对实验结果和实验中的现象进行简明的分析并做出结论或评价；对本人在实验全过程中的经验、教训、体会、收获等进行必要的小结。 ⑥提出对改进实验内容、安排、方法设备等的建议或具体设想。 （5）对数据处理的具体要求

①将原始记录中要用到的数据整理后列表，并写明其实验条件；需要计算的加以计算后列入表中，同时说明所用的计算并以其中一点数据代入来说明计算过程。 ②计算参数或性能等时，要先列出公式，然后代入数字，直接写出计算结果。 ③对绘制曲线的要求： ·绘制曲线可选用坐标纸。使用时曲线的位置大小应适中，不要太小且偏于一方。需要比较的各条曲线应画在同一坐标纸上。 ·各坐标轴应标明代表物理量的名称和单位所用比例尺应方便作图和读数。 ·实验测取的点应标明在坐标纸上，但必须光滑连接。不允许连成折线，各曲线应注明其函数关系。 ·多条曲线画在同一图中时，不同曲线及其实验所得的点可用不同的线段及符号来表示。

计算机控制实验报告 过程接口板设计

实验一：《过程接口板设计》上机报告 一、设计内容 设计一个32路的数据采集系统 二、设计要求 1、输入信号为正负5V ；用查询法读取A/D 的转换数； 2、用Protel 软件画出该数据采集板的原理线路图。 三、设计过程 1、设计原理 系统总框图如图所示： 系统原理框图 根据系统原理框图得到设计的主要组成如下： （1）多路数据输入单元。 （2）采样保持电路的A/D 转换单元。 （3）硬件和单片机的连接电路。 （4）单片机输出的数据锁存和D/A 转换单元。 其中设计包括： ① 模拟多路开关电路 ② 运算放大电路 ③ 采样保持电路 ④ 模数转换电路 ⑤ 硬件和单片机的连接电路 ⑥ 数模转换电路 ⑦ 转换开关保护电路 2、设计步骤 32路数据采集系统的硬件部分：分为多路数据输入部分、采样保持部分、A/D 转换部分、硬件和单片机的连接电路部分、D/A 转换部分。 1）多路开关的选择 多路转换开关在模拟输入通道中的作用是实现多选一操作，即利用多路转换开关将多路输入中的一路接至后续电路中。切换过程可在CPU 或数字电路的控制下完成。 常用的模拟开关大都采用CMOS 工艺，如8选1开关CD4051、双4选1开关CD4052、三3选1开关CD4053等。 本实验要实现32路数据采集，则选择4片8选1的模拟开关CD4051。 CD4051由电平转换电路、译码驱动电路和CMOS 模拟开关电路三部分组成。开关部分的供电电压为V EE （低端）和V DD （高端），因此需要的控制电压为 V EE ～V DD ，电平转换电路

将输入的逻辑控制电压（A、B、C、INH端）从V SS ～V DD 转换到V EE ～V DD 以满足开关控制的 需要。 2）前置放大电路 传感器检测出的信号一般是微弱的，不能直接用于显示、记录、控制或进行A/D转换。因此，在进行非电量到电量转换之后，需要将信号放大。由于前置放大器要求输入阻抗高，漂移低、共模抑制比大，所以选用高阻抗、低漂移的运算放大器AD521作为前置放大器。 AD521的外部接线图 3）采样/保持电路 当输入信号为缓慢变化的信号时，在A/D转换期间的变化量小于A/D转换器的误差，且不是多通道同步采样时，则可以不用采样/保持电路。当控制信号U C 为采样电平时，开 关S 导通，模拟信号通过开关S向保持电容C H 充电，这时输出电压U o 跟踪输入电压U I 的变化。 当控制信号U C 为保持电平时，开关S断开，此时输出电压U o 保持模拟开关S断开时 的瞬时值。为使保持阶段C H 上的电荷不被负载放掉，在保持电容C H 与负载之间需加一个 高输入阻抗缓冲放大器A。 采样/保持器原理图 采样/保持器的选择，是以速度和精度作为最主要的因素。因为影响采样/保持器的 误差源比较多，所以关键在于误差的分析。AD582它由一个高性能的运算放大器、低漏电阻的模拟开关和一个由结型场效应管集成的放大器组成。它采用14脚双列直插式封装，其管脚及结构示意图所示，其中脚1是同相输入端，脚9是反相输入端，保持电容C H 在脚6和脚8之间，脚10和脚5是正负电源；脚11和脚12是逻辑控制端；脚3和脚4接 直流调零电位器；脚2，7，13，14为空脚(N C )。 AD582管脚图 由于AD582的以上特征，所以选择AD582采样保持器。 下图为AD582的连接图。 4）模/数转换电路 A/D转换器是数据采集系统的关键器件，选择A/D转换器时，要根据系统采集对象的

计算机控制系统实验指导书MATLAB版

《计算机控制系统》实验指导书 （Matlab 版） 一、实验课程教学目的与任务 通过实验设计或计算机仿真设计，使学生了解和掌握数字PID控制算法的特点、了解系统PID参数整定和数字控制系统的直接设计的基本方法，了解不同的控制算法对被控对象的控制特性，加深对计算机控制系统理论的认识，掌握计算机控制系统的整定技术，对系统整体设计有一个初步的了解。 根据各个实验项目，完成实验报告（用实验报告专用纸）。 二、实验要求 学生在熟悉PC机的基础上，熟悉MATLAB软件的操作，熟悉Simulink工具箱的软件编程。通过编程完成系统的设计与仿真实验，逐步学习控制系统的设计，学习控制系统方案的评估与系统指标评估的方法。 计算机控制系统主要技术指标和要求： 根据被控对象的特性，从自动控制系统的静态和动态质量指标要求出发对调节器进行系统设计，整体上要求系统必须有良好的稳定性、准确性和快速性。一般要求系统在振荡2～3次左右进入稳定；系统静差小于3%～5%的稳定值（或

系统的静态误差足够小）；系统超调量小于30％～50％的稳定值；动态过渡过程时间在3～5倍的被控对象时间常数值。 系统整定的一般原则： 将比例度置于交大值，使系统稳定运行。根据要求，逐渐减小比例度，使系统的衰减比趋向于4：1或10：1。若要改善系统的静态特性，要使系统的静差为零，加入积分环节，积分时间由大向小进行调节。若要改善系统的动态特性，增加系统的灵敏度，克服被控对象的惯性，可以加入微分环节，微分时间由小到大进行调节。PID控制的三个特性参数在调节时会产生相互的影响，整定时必需综合考虑。系统的整定过程是一个反复进行的过程，需反复进行。 实验一、数字PID参数的整定 一、实验目的 1）、了解数字PID控制回路的结构。 2）、掌握数字PID控制算法的控制原理。 3）、掌握数字PID控制算法的整定原理。 二、实验设备

THBDC-1《计算机控制技术》实验指导书培训讲学

T H B D C-1《计算机控制技术》实验指导书

实验一 离散化方法研究 一、实验目的 1．学习并掌握数字控制器的设计方法； 2．熟悉将模拟控制器D(S)离散为数字控制器的原理与方法； 3．通过数模混合实验，对D(S)的多种离散化方法作比较研究，并对D(S)离散化前后闭环系统的性能进行比较，以加深对计算机控制系统的理解。 二、实验设备 1．THBCC-1型 信号与系统?控制理论及计算机控制技术实验平台 2．THBXD 数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB 电缆线各1根) 3．PC 机1台(含软件“THBCC-1”) 三、实验内容 1．按连续系统的要求，照图3-1的方案设计一个与被控对象串联的模拟控制器D(S)，并用示波器观测系统的动态特性。 2．利用实验平台，设计一个数－模混合仿真的计算机控制系统，并利用D(S)离散化后所编写的程序对系统进行控制。 3．研究采样周期T S 变化时，不同离散化的方法对闭环控制系统性能的影响。 4．对上述连续系统和计算机控制系统的动态性能作比较研究。 四、实验原理 由于计算机的发展，计算机及其相应的信号变换装置（A/D 和D/A ）取代了常规的模拟控制。在对原有的连续控制系统进行改造时，最方便的办法是将原来的模拟控制器离散化，其实质是将数字控制部分（A/D 、计算机和D/A ）看成一个整体，它的输入与输出都是模拟量，因而可等效于一个连续的传递函数D(S)。这样，计算机控制系统可近似地视为以D(S)为控制器的连续控制系统。 下面以一个具体的二阶系统来说明D(S)控制器的离散化方法。 1、二阶系统的原理框图如图3-1所示。 图3-1 二阶对象的方框图 图3-2 二阶对象的模拟电路图 2、系统性能指标要求 系统的速度误差系数5≥v K 1/s ，超 调量%10≤p δ，系统的调整时间1≤s t s

计算机控制综合实验报告

计算机控制综合 实验报告 题目：双容水箱液位控制实验 专业班级：电气（3）班 学生姓名：方小星 学生学号：20091340082 指导教师：宋莹 成绩： 二○一二年六月十八日

双容水箱液位控制实验 方小星 20091340082 一、实验目的 双容水箱液位控制的实验目的主要包括：1）掌握多容系统单回路控制的特点；2）深入了解PID 控制特点；3）深入研究P、PI 和PID 调节器的参数对系统性能的影响。 二、被控对象装置说明 1整体说明 计算机控制综合实验是对水箱液位进行控制的实验，其通过水箱中的压力传感器将水位的高低转换为电量的大小，再连接到西门子可编程控制器输入端，用PLC 进行控制，控制是通过组态王软件完成的，利用的是PID 算法。 2双容水箱数学建模 水流入量Qi 由调节阀u 控制，流出量Qo 则由用户通过闸板开度来改变。被调量为下水箱水位H。分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。 直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。(可以通过智能调节仪手动给定，或者AO 模块直接输出电流。) 调整水箱出口到一定的开度。 突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。逻辑结构如图1所示。 图1双容水箱液位数学建模 通过物料平衡推导出的公式： 0,122111 =?+=+rH H dt dH T R k H dt dH T u μ(1) 其中R1、R2为线性化水阻。

2 12 21212 2111,,R R R r R R R R F T R F T += +==(2) 那么： μμ1222 12221)(R rk H T dt dH T T dt H d T T =+++(3) 双容水箱水位阶跃响应曲线，如图2所示： 图2双容水箱液位飞升特性 平衡时液位测量高度215mm，实际高度215mm -3.5mm =211.5mm。对比单容实验，双容系统上升时间长，明显慢多了。但是在上升末端，还是具有近似于指数上升的特点。按照理论有一个拐点。 三、计算机控制系统组成 A3000现场系统(A3000-FS 和A3000-FBS)包括三水箱，一个锅炉，一个强制换热器，两个水泵，两个流量计，一个电动调节阀。其他还包括加热管，大水箱。图见3。 A3000控制系统(A3000-CS)包括了传感器执行器I/O 连接板、三个可换的子控制系统板，第三方控制系统接口板。

计算机控制系统实验指导书

《计算机控制系统》实验指导书 李雪飞编 沈阳大学信息工程学院

目录 实验一：A/D、D/A转换实验 (2) 实验二：数字PID实验 (4) 实验三：大林算法 (8) 实验四：炉温控制实验 (11)

课程编号：11231231 课程类别：学科必修课 适用层次：本科 适用专业：自动化 课程总学时：64 适用学期:第7学期 实验学时：8 开设实验项目数：4 撰写人：李雪飞 审核人：李浚圣 教学院长：范立南 实验一：A/D 、D/A 转换实验 一、实验目的与要求 1、掌握A/D 、D/A 转换原理 2、熟悉8位A/D 、D/A 转换的方法。 二、实验类型 验证性 三、实验原理及说明 1、通过数据通道接口板完成8位D/A 转换的实验，转换公式如下： V V K K K V U ref ref o 52/)222(8006677+=+++= 例如：数字量=01010001 K 7=0，K 6=1，K 5=0，K 4=1，K 3=0，K 2=0，K 1=0，K 0=1 模拟量0.12/)222(8006677=+++=K K K V U ref o 实验中，根据输入的数字量，D/A 转换为模拟量，其结果经A/D 采集并显示在计算机上。实验示意图见图1-1。 图1-1 实验示意图 2、通过数据通道接口板完成8位A/D 转换的实验，转换公式如下： 数字量=模拟量/N 2Vref 。其中N 是A/D 转换器的位数，Vref 是基准电压。 例如：N=8 Vref=5.0 模拟量=1.0 则数字量=1.0/5.0×28 =51（十进制） 实验中设置的模拟量由D/A 转换取得，此模拟量经A/D 转换为数字量，并显示在计算机上。实验示意图见图1-2。 图1-2 实验示意图