計算機(jī)控制實驗報告

1、計算機(jī)控制技術(shù)實驗報告班級：學(xué)號：姓名：信息工程學(xué)院2016-2017-2實驗 1： D/A 轉(zhuǎn)換實驗實驗名稱： D/A 轉(zhuǎn)換實驗精選文庫一實驗?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。二實驗原理TLC7528 芯片，它是 8 位、并行、兩路、電壓型輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器。會將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。三實驗內(nèi)容本實驗輸入信號： 8 位數(shù)字信號本實驗輸出信號：鋸齒波模擬信號本實驗數(shù) /模轉(zhuǎn)換器： TLC7528 輸出電路預(yù)期實驗結(jié)果：在虛擬示波器中顯示數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成功的鋸齒波模擬信號的波形圖。四實驗結(jié)果及分析記錄實驗結(jié)果如下：結(jié)果分析：為什么會出現(xiàn)這樣的實驗結(jié)果？請用理論

2、分析這一現(xiàn)象。D/A 就是將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量，然后通過虛擬示波器顯示出來，表現(xiàn)為電壓的變化。實驗 2：采樣與保持實驗實驗名稱：信號采樣與保持一實驗?zāi)康?.熟悉信號的采樣與保持過程-1精選文庫2.學(xué)習(xí)和掌握采樣定理3.學(xué)習(xí)用直線插值法和二次曲線插值法還原信號二實驗原理香農(nóng) ( 采樣 ) 定理：若對于一個具有有限頻譜(|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，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。三實驗內(nèi)容本實驗輸入信號：正弦波模擬信號本實驗輸出信號：正弦波數(shù)字信號本實驗采樣信號

3、：方波預(yù)期實驗結(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。2.成功在模擬示波器中還原輸入的正弦波信號。四實驗結(jié)果及分析記錄實驗結(jié)果如下：-2精選文庫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：為什么會出現(xiàn)這樣的實驗結(jié)果？請用理論分析這一現(xiàn)象。-3精選文庫實驗 3：數(shù)字濾波實驗實驗名稱：數(shù)字濾波一實驗?zāi)康?.學(xué)習(xí)和掌握一階慣性濾波2.學(xué)習(xí)和掌握四點加權(quán)濾波二實驗原理一般現(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，被廣泛應(yīng)用，下面是一個典型數(shù)字濾波的方框圖：三實驗內(nèi)容本實驗輸入信

4、號：正弦信號干擾信號本實驗輸出信號：正弦波模擬量本實驗采樣信號：周期為5ms 的方波本實驗被控對象：預(yù)期實驗結(jié)果：輸入為帶有毛刺的正弦波，經(jīng)過濾波后，輸出為正弦波信號四實驗結(jié)果及分析記錄實驗結(jié)果如下：-4精選文庫-5精選文庫結(jié)果分析：不同采樣周期對實驗結(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，否則會造成電路的不穩(wěn)定。在實際應(yīng)用中，對于參數(shù)變化緩慢的 (如溫度 ) 可用慣性濾波，對于參數(shù)變化快的信號可用加權(quán)平均濾波。實驗 4：積分分離 PID 控制實驗實驗名稱：一實驗?zāi)康?.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.掌握積分分離式PID 控制規(guī)

5、律。二實驗原理本實驗中，采用位置式PID 算式。在一般的PID 控制中，當(dāng)有較大的擾動或大幅度改變給定值時，會有較大的誤差，以及系統(tǒng)有慣性和滯后，因此在積分項的作用下，往往會使系統(tǒng)超調(diào)變大、過渡時間變長。為此，可采用積分分離式PID 控制算法，即：當(dāng)誤差e(k)較大時，取消積分作用 ; 當(dāng)誤差 e(k)較小時才將積分作用加入。-6精選文庫三實驗內(nèi)容本實驗輸入信號：方波。本實驗輸出信號：從震蕩到單一穩(wěn)定值。本實驗被控對象：一個二階環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)。預(yù)期實驗結(jié)果：改變3 個參數(shù)，會使系統(tǒng)更穩(wěn)定，加快系統(tǒng)響應(yīng)，減少超調(diào)量。四實驗結(jié)果及分析記錄實驗結(jié)果如下：1.未引入積分分離 :-7精選文庫2.引入

6、積分分離 :3. 將 KP由 8000H改為 6000H:4. 將 KP由 8000H改為 9999H:-8精選文庫5. 將 TD由 0008H改為 0001H:6. 將 TD由 0008H改為 0018H:-9精選文庫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)時間。當(dāng)增大 Kp 時，將加快系統(tǒng)響應(yīng)，但過大會導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。增大TD 時，有利于消除靜差、減小超調(diào)、減小振蕩。增大TI 時，有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，減小超調(diào)量。-10精選文庫實驗 5：帶死區(qū)

7、的 PID 控制一實驗?zāi)康?.掌握帶死區(qū)的 PID 控制規(guī)律。二實驗原理在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，某些系統(tǒng)為了避免過于頻繁的控制動作，為了消除由于頻繁動作所引起的震蕩，通常采用帶死區(qū)的 PID 控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實際上是一個非線性控制系統(tǒng)。其基本思想是：可以按實際需要設(shè)置死區(qū) B，當(dāng)誤差的絕對值 |e(k)|<=B 時， P(K) 為 0， U(K) 也為常值，實際應(yīng)用中，常值是由經(jīng)驗值來確定的；當(dāng) |e(k)|>B 時， P(K)= e(k) ， U(K) 以 PID 運算的結(jié)果輸出。三實驗內(nèi)容本實驗輸入信號：方波信號本實驗輸出信號：震蕩收斂的穩(wěn)定波形本實驗被控對象：一個一階慣性環(huán)節(jié)和一

8、個二階慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實驗結(jié)果：輸出帶死區(qū)的 PID 控制信號四實驗結(jié)果及分析記錄實驗結(jié)果如下：死區(qū)寬度為 00H：-11精選文庫死區(qū)寬度為 02H：-12精選文庫結(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)器輸出過于頻繁，達(dá)不到預(yù)期的效果。實驗 6： 簡易工程法整定PID 參數(shù)一實驗?zāi)康?.學(xué)習(xí)并掌握擴(kuò)充臨界比例度法整定PID 參數(shù)。2.學(xué)習(xí)并掌握擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定PID 參數(shù)。二實驗原理擴(kuò)充臨界比例法是對模擬

9、調(diào)節(jié)器中的臨界比例度法的推廣，在工程實踐中最常用，其參數(shù)整定步驟如下：（1）選擇一個足夠小的采樣周期tT，一般取系統(tǒng)純滯后時間的1/10 以下。（2）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，記下此時臨界比例系數(shù)Kpu 和臨界震蕩周期Tu。（3）選擇控制度（ 1.052.0），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。（4）根據(jù)控制度，查表3.4-1 計算出采樣周期T 和 Kp 、Ti、 Td。三實驗內(nèi)容-13精選文庫本實驗輸入信號：方波信號本實驗輸出信號：等幅振蕩信號本實驗被控對象：一個二階環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實驗結(jié)果：輸出一個等幅振蕩信號四實驗結(jié)果及分析記錄實

10、驗結(jié)果如下：結(jié)果分析：臨界比例度法是閉環(huán)試驗整定方法。依賴系統(tǒng)在某種運行狀態(tài)下特性信息對調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定。實驗通過 Kp 、TD 、TI 控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，參數(shù)既不可過大也不可過小，否則無法得到等幅振蕩的波形。簡易工程整定法是由經(jīng)典的頻率法簡化而來的，雖然粗糙一點，但是簡單易行，適于現(xiàn)場的實時控制應(yīng)用。實驗 7：最少拍控制實驗實驗名稱：一實驗?zāi)康?.掌握最小拍有紋波控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。2.掌握最小拍無紋波控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。二實驗原理最少拍控制是一種直接數(shù)字設(shè)計方法。所謂最少拍控制，就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對于某種特定的輸入在最少個采樣周期內(nèi)達(dá)到無靜差的穩(wěn)態(tài)，使系統(tǒng)輸出值盡快地跟蹤期望值的變化。他的閉

11、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-14精選文庫閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)在N 個采樣周期后變?yōu)榱?，從而意味著系統(tǒng)在N 拍之內(nèi)到達(dá)穩(wěn)態(tài)。三實驗內(nèi)容本實驗輸入信號：方波信號本實驗輸出信號：有紋波和無紋波本實驗被控對象：一個二階環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實驗結(jié)果：輸出有紋波和無紋波四實驗結(jié)果及分析記錄實驗結(jié)果如下：無紋波 C 和 OUT：有紋波 C 和 OUT：-15精選文庫結(jié)果分析：最小拍控制系統(tǒng)對輸入形式的適應(yīng)性差，當(dāng)系統(tǒng)的輸入形式改變，尤其是存在隨機(jī)擾動時，系統(tǒng)的性能變壞。最小拍控制系統(tǒng)對參數(shù)的變化很敏感，在實驗過程中，隨著外部條件的變化，對象參數(shù)的變化是不

12、可避免的，以及計算機(jī)在計算過程中產(chǎn)生的誤差，從而使得實際輸出可能偏離期望值。雖然在采樣時刻系統(tǒng)輸出與所跟蹤的參考輸入一致，但在兩個采樣時刻之間， 系統(tǒng)的輸出存在著紋波或振蕩。-16精選文庫實驗 8：大林算法一實驗?zāi)康?.掌握用大林算法實現(xiàn)對純滯后系統(tǒng)的控制。2.掌握振鈴消除的方法。二實驗原理大林算法的設(shè)計目標(biāo)是使整個閉環(huán)系統(tǒng)所期望的傳遞函數(shù)，相當(dāng)于一個純滯后環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)。(Z )1 e T / Z 1 1 e T /D(Z)K 1 e T /1 e T / Z 1 1 e T /Z N 1G(Z) 1 (Z)式中： T 采樣周期； 被控對象時間常數(shù)；閉環(huán)系統(tǒng)的時間常數(shù)；K被控對象的增益。三實驗內(nèi)容本實驗輸入信號：方波信號本實驗輸出信號：未消除振鈴的信號與消除振鈴的信號本實驗被控對象：一個二階環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)預(yù)期實驗結(jié)果：分別輸出未消除振鈴的信號與消除振鈴的信號四實驗結(jié)果及分