計(jì)算機(jī)控制技術(shù)試驗(yàn)報(bào)告

1、、乙刖百本指導(dǎo)書(shū)是配合自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)本科生專(zhuān)業(yè)課計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的課堂教學(xué)而編寫(xiě)的實(shí)驗(yàn)教材，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證能夠使學(xué)生了解和掌握計(jì)算機(jī)控制的硬件技術(shù)和軟件編程方法。本書(shū)共設(shè)計(jì)了七大類(lèi)實(shí)驗(yàn)，第一類(lèi)中包含過(guò)程通道和數(shù)據(jù)采集處理方面的幾個(gè)內(nèi)容；第二類(lèi)為數(shù)字PWM殳生器和直流電機(jī)調(diào)速控制的開(kāi)環(huán)實(shí)驗(yàn)；第三類(lèi)包含幾種數(shù)字PID閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)；第四類(lèi)中有兩種數(shù)字調(diào)節(jié)器直接設(shè)計(jì)方法的實(shí)驗(yàn)；第五類(lèi)是一個(gè)溫度控制系統(tǒng)；第六類(lèi)是隨動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；第七類(lèi)是過(guò)程控制系統(tǒng)的研究；實(shí)驗(yàn)五至實(shí)驗(yàn)七的內(nèi)容是帶有被控對(duì)象的控制系統(tǒng)。七個(gè)實(shí)驗(yàn)的全部學(xué)時(shí)大于計(jì)劃學(xué)時(shí)，教師和學(xué)生對(duì)所做的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以選擇以滿足實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時(shí)為準(zhǔn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)生鞏固了課堂

2、教學(xué)的內(nèi)容，也為今后實(shí)際工作打下了一定技術(shù)基礎(chǔ)。本指導(dǎo)書(shū)由王尚君、毛一心老師共同編寫(xiě)，穆志純教授進(jìn)行了嚴(yán)格的審閱工作。由于計(jì)算機(jī)性能的快速提高，計(jì)算機(jī)控制的技術(shù)手段也在不斷出新，書(shū)中難免存在不足之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。編者2007年10月目錄刖日1目錄2實(shí)驗(yàn)一過(guò)程通道和數(shù)據(jù)采集處理4一、輸入與輸出通道41. AD轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)'52. DA轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)'7二、信號(hào)的采樣與保持'91 .零階保持實(shí)驗(yàn)'92 .直線插值實(shí)驗(yàn)*'113 .二次曲線插值實(shí)驗(yàn)*'11三、數(shù)字濾波151 .一階慣性實(shí)驗(yàn)162 .四點(diǎn)加權(quán)實(shí)驗(yàn)*16實(shí)驗(yàn)二開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的數(shù)字程序控制19數(shù)字PW

3、M發(fā)生器和直流電機(jī)調(diào)速控制19一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?9二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容'19三、實(shí)驗(yàn)所用儀表及設(shè)備19四、實(shí)驗(yàn)原理及步驟20五、思考題21六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容及要求121實(shí)驗(yàn)三數(shù)字PID閉環(huán)控制22數(shù)字PID控制算法22積分分離法PID控制23帶死區(qū)的PID控制*27簡(jiǎn)易工程法整定PID參數(shù)30擴(kuò)充臨界比例度法30擴(kuò)充響應(yīng)曲線法32實(shí)驗(yàn)四數(shù)字調(diào)節(jié)器直接設(shè)計(jì)方法36最小拍控制系統(tǒng)36一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?6二、實(shí)驗(yàn)所用儀表及設(shè)備'36三、實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容36有紋波最小拍控制系統(tǒng)37無(wú)紋波最小拍控制系統(tǒng)38四、實(shí)驗(yàn)步驟40五、思考題41六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容及要求41實(shí)驗(yàn)一過(guò)程通道和數(shù)據(jù)采集處理為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)生

4、產(chǎn)過(guò)程或現(xiàn)場(chǎng)對(duì)象的控制，需要將對(duì)象的各種測(cè)量參數(shù)按要求轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)；經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算、處理后，再轉(zhuǎn)換成適合于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制的量。所以在微機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間，必須設(shè)置信息的傳遞和變換的連接通道，該通道稱(chēng)為過(guò)程通道。它包括模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數(shù)字量輸入通道、數(shù)字量輸出通道。模擬量輸入通道：主要功能是將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬輸入信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，主要有多路轉(zhuǎn)化器、采樣保才e器和a/d轉(zhuǎn)換器等組成。模擬量輸出通道：它將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的電壓或電流信號(hào)，主要有D/A轉(zhuǎn)換器和輸出保持器組成。數(shù)字量輸入通道：控制系統(tǒng)中，以電平高低和開(kāi)關(guān)通斷等兩位狀態(tài)表示的信號(hào)稱(chēng)

5、為數(shù)字量，這些數(shù)據(jù)可以作為設(shè)備的狀態(tài)送往計(jì)算機(jī)。數(shù)字量輸出通道：有的執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要開(kāi)關(guān)量控制信號(hào)（如步進(jìn)電機(jī)），計(jì)算機(jī)可以通過(guò)I/O接口電路或者繼電器的斷開(kāi)和閉合來(lái)控制。輸入與輸出通道本實(shí)驗(yàn)教程主要介紹以A/D和D/A為主的模擬量輸入輸出通道，A/D和D/A的芯片非常多，這里主要介紹人們最常用的ADC0809和TLC7528、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .學(xué)習(xí)A/D轉(zhuǎn)換器原理及接口方法，并掌握ADC0809芯片的使用2 .學(xué)習(xí)D/A轉(zhuǎn)換器原理及接口方法，并掌握TLC7528芯片的使用二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)程序，將5V+5V的電壓作為ADC0809的模擬量輸入，將轉(zhuǎn)換所得的8位數(shù)字量保存于變量中。2 .編寫(xiě)實(shí)

6、驗(yàn)程序，實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生周期性三角波，并用示波器觀察波形。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備+PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACCS驗(yàn)系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊四、實(shí)驗(yàn)原理與步驟1. A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)ADC0809芯片主要包括多路模擬開(kāi)關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器兩部分，其主要特點(diǎn)為：?jiǎn)坞娫垂╇?、工作時(shí)鐘CLOCK®高可達(dá)到1200KHz、8位分辨率，8個(gè)單端模擬輸入端，TTL電平兼容等，可以很方便地和微處理器接口。TD-ACCt學(xué)系統(tǒng)中的ADC0809芯片，其輸出八位數(shù)據(jù)線以及CLOCK線已連到控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)線及系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)鐘IMCLKIMHz）上。其它控制線根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求可另外連接（A、B、C、STR/OE、EOCIN0

7、IN7）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的第一項(xiàng)要求，可以設(shè)計(jì)出如圖1.1-1所示的實(shí)驗(yàn)線路圖。單次階躍模數(shù)轉(zhuǎn)換單元控制計(jì)算機(jī)圖1.1-1上圖中，AD0809的啟動(dòng)信號(hào)“STR是由控制計(jì)算機(jī)定時(shí)輸出方波來(lái)實(shí)現(xiàn)的。“OUT1表示386EX內(nèi)部1#定時(shí)器的輸出端，定時(shí)器輸出的方波周期=定時(shí)器時(shí)常。圖中ADC0809芯片輸入選通地址碼A、B、C為“儂態(tài)，選通輸入通道IN7;通過(guò)單次階躍單元的電位器可以給A/D轉(zhuǎn)換器輸入5V+5V的模擬電壓；系統(tǒng)定時(shí)器定時(shí)1ms輸出方波信號(hào)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器,并將A/D轉(zhuǎn)換完后的數(shù)據(jù)量讀入到控制計(jì)算機(jī)中，最后保存到變量中。參考流程：主程序初始化系統(tǒng)定時(shí)器(1ms)延時(shí)取A/D值，送至變量

8、中圖1.1-2參考程序：請(qǐng)參照隨機(jī)軟件中的example目錄中ACC1-1-1.ASM文件實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果：(1)打開(kāi)聯(lián)機(jī)操作軟件，參照流程圖，在編輯區(qū)編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)程序。檢查無(wú)誤后編譯、鏈接。(2)按圖1.1-1接線(注意：圖中畫(huà)“o”的線需用戶(hù)自行連接)，連接好后，請(qǐng)仔細(xì)檢查，無(wú)錯(cuò)誤后方可開(kāi)啟設(shè)備電源。(3)裝載完程序后，系統(tǒng)默認(rèn)程序的起點(diǎn)在主程序的開(kāi)始語(yǔ)句。用戶(hù)可以自行設(shè)置程序起點(diǎn)，可先將光標(biāo)放在起點(diǎn)處，再通過(guò)調(diào)試菜單項(xiàng)中設(shè)置起點(diǎn)或者直接點(diǎn)擊設(shè)置起點(diǎn)圖標(biāo)，即可將程序起點(diǎn)設(shè)在光標(biāo)處。(4)加入變量監(jiān)視，具體步驟為：打開(kāi)“設(shè)置”菜單項(xiàng)中的“變量監(jiān)視”窗口或者直接點(diǎn)擊“變量監(jiān)視”圖標(biāo)，將程序中定義的全

9、局變量“AD3AD。加入到變量監(jiān)視中。在查看菜單項(xiàng)中的工具欄中選中變量區(qū)或者點(diǎn)擊變量區(qū)圖標(biāo)，系統(tǒng)軟件默認(rèn)選中寄存器區(qū)，點(diǎn)擊“變量區(qū)”可查看或修改要監(jiān)視的變量。(5)在主程序JMPAGAIN語(yǔ)句處設(shè)置斷點(diǎn)。具體操作為：先將光標(biāo)置于要設(shè)斷點(diǎn)的語(yǔ)句，然后在調(diào)試菜單項(xiàng)中選擇“設(shè)置斷點(diǎn)/刪除斷點(diǎn)(B)”或者直接點(diǎn)擊“設(shè)置斷點(diǎn)/刪除斷點(diǎn)”圖標(biāo)，即可在本語(yǔ)句設(shè)置或刪除斷點(diǎn)。(6)打開(kāi)虛擬儀器菜單項(xiàng)中的萬(wàn)用表選項(xiàng)或者直接點(diǎn)擊萬(wàn)用表圖標(biāo)，選擇“電壓檔”用示波器單元中的“CH1'表筆測(cè)量圖1.1-1中的模擬輸入電壓"Y'端，點(diǎn)擊虛擬儀器中的“運(yùn)行”按鈕，調(diào)節(jié)圖1.1-1中的單次階躍中的電

10、位器，確定好模擬輸入電壓值。-5V（7）做好以上準(zhǔn)備工作后，運(yùn)行程序（打開(kāi)“調(diào)試”菜單項(xiàng)中的“運(yùn)行到斷點(diǎn)/運(yùn)行”或者點(diǎn)擊“運(yùn)行到斷點(diǎn)/運(yùn)行”圖標(biāo)），程序?qū)⒃跀帱c(diǎn)處停下，查看變量“AD（KADg的值，取平均值記錄下來(lái)，改變輸入電壓并記錄，最后填入表1.1-1中。表中“（）”中的數(shù)字量供參考。表1.1-1模擬輸入電壓（V）對(duì)應(yīng)的數(shù)字量（H）-5(00)(00)一4(1A)(18)-3(33)(31)-2(4C)(4C)1(66)(66)0(80)(7F)+1(99)99+2(B3)B3+3(CDCD+4(E6)E6+5(FF)FF得到的實(shí)驗(yàn)實(shí)際值:模擬輸入電壓（V）對(duì)應(yīng)的數(shù)字量（H）-4.9500

11、0-4.05617-3.01032-2.0114D1.00265-0.0017F+1.00599、9A+2.010B6+3.009DOD1+3.919E7+4.848FF本節(jié)實(shí)驗(yàn)僅僅就軟件的相關(guān)功能做簡(jiǎn)單介紹，該軟件的具體操作與說(shuō)明請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)本實(shí)驗(yàn)教程的“第1部分第4章聯(lián)機(jī)軟件說(shuō)明”。2. D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)采用TLC7528芯片，它是8位、并行、兩路、電壓型輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器。其主要參數(shù)如下：轉(zhuǎn)換時(shí)間100ns,滿量程誤差1/2LSB,參考電壓10V+10V,供電電壓+5V+15V,輸入邏輯電平與TTL兼容。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的TLC7528的八位數(shù)據(jù)線、寫(xiě)線和通道選擇控制線已接至控制計(jì)算機(jī)的總線上。片選

12、線預(yù)留出待實(shí)驗(yàn)中連接到相應(yīng)的I/O片選上，具體如圖1.1-3。實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果：(1)參照流程圖1.1-4編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)程序，檢查無(wú)誤后編譯、鏈接并裝載到控制計(jì)算機(jī)中。(2)運(yùn)行程序，用示波器觀測(cè)輸出波形。圖1.1-5以上電路是TLC7528雙極性輸出電路，輸出范圍5V+5V?！癢10痢”W10為別為A路和B路的調(diào)零電位器，實(shí)驗(yàn)前先調(diào)零，往TLC7528的A口和B口中送入數(shù)字量80H,分別調(diào)節(jié)“W10痢”W102電位器，用萬(wàn)用表分別測(cè)“OUT1和“OUT2'的輸出電壓，應(yīng)在0mV左右。參考流程：主程序變量初始枇延時(shí)變量遞加，送D/A輸出圖1.1-4，參考程序：請(qǐng)參照隨機(jī)軟件中的example目

13、錄中的ACC1-1-2.ASM文件信號(hào)的采樣與保持一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .熟悉信號(hào)的采樣和保持過(guò)程2 .學(xué)習(xí)和掌握香農(nóng)(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(hào)二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .編寫(xiě)程序，實(shí)現(xiàn)信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到控制計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再把數(shù)字量送到D/A轉(zhuǎn)換器輸出。2 .編寫(xiě)程序，分別用直線插值法和二次曲線插值法還原信號(hào)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備+PC機(jī)一臺(tái)，TD-AC改驗(yàn)系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊四、實(shí)驗(yàn)原理與步驟零階保持香農(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進(jìn)行采樣，當(dāng)采樣頻率滿足Ws2WmaxM,則采樣函數(shù)f*(t)能無(wú)失真地恢復(fù)到

14、原來(lái)的連續(xù)信號(hào)f(t)oWmax*信號(hào)的最高頻率，Ws為采樣頻率。實(shí)驗(yàn)線路圖：本實(shí)驗(yàn)中，我們將具體來(lái)驗(yàn)證香農(nóng)定理?？稍O(shè)計(jì)如下的實(shí)驗(yàn)線路圖，圖中畫(huà)的線需用戶(hù)在實(shí)驗(yàn)中自行接好，其它線系統(tǒng)已連好。ST1IDTt'OEI二A巡D<T3，土口管網(wǎng)二，C；-彳«!r皿:13KCLK1At)里皿JCEK2OUTLKih.itir.圖1-2-1上圖中，控制計(jì)算機(jī)的“OUT1表示386EX內(nèi)部1#定時(shí)器的輸出端，定時(shí)器輸出的方波周期=定時(shí)器時(shí)常，"IRQ7'表示386EX內(nèi)部主片8259的“7”號(hào)中斷，用作采樣中斷。這里，正弦波單元的“OUT端輸出周期性的正弦波信號(hào)，通

15、過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的“IN7”端輸入，系統(tǒng)用定時(shí)器作為基準(zhǔn)時(shí)鐘(初始化為10ms),定時(shí)采集“IN7”端的信號(hào)，轉(zhuǎn)換結(jié)束產(chǎn)生采樣中斷，在中斷服務(wù)程序中讀入轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，送到數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，在“OUT1端輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)。由于數(shù)模轉(zhuǎn)換器有輸出鎖存能力，所以它具有零階保持器的作用。采樣周期T=TKX10msTK的范圍為01FFH,通過(guò)修改TK就可以靈活地改變采樣周期，后面實(shí)驗(yàn)的采樣周期設(shè)置也是如此。參考程序流程：基于上面的實(shí)驗(yàn)線路，可以設(shè)計(jì)如下的參考程序流程。需研中斷忖芥匕.序零訃圖均1圖12-2實(shí)驗(yàn)參考程序：請(qǐng)參照隨機(jī)軟件中的example目錄中的ACC1-2-1.ASM*信號(hào)的還原原理(1)實(shí)驗(yàn)

16、原理從香農(nóng)定理可知，對(duì)于信號(hào)的采集，只要選擇恰當(dāng)?shù)牟蓸又芷?，就不?huì)失去信號(hào)的主要特征。在實(shí)際應(yīng)用中，一般總是取實(shí)際采樣頻率Ws比2Wma歡，如：W610Wma)c但是如果采用插值法恢復(fù)信號(hào)，就可以降低對(duì)采樣頻率的要求，香農(nóng)定理給出了采樣頻率的下限，但是用不同的插值方法恢復(fù)信號(hào)需要的采樣頻率也不相同。直線插值法(取Ws>5Wmax)利用式1.2-1在點(diǎn)(X0,Y0)和(X1,Y1)之間插入點(diǎn)(X,Y)Y=Y0+K(XX0)式1.2-1Y1W0其中：K=X1X0X1-X0為采樣間隔，Y1-Y0分別為X1和X0采樣時(shí)刻的AD采樣值二次曲線插值法(取Ws>3Wmax)丫2，0Y1-Y0(一

17、)X2-X0X1-X0X2-X1Y=Y0+(X-X0)K1+K2(X-X1)式1.2-2Y1-Y0其中K1=xiX0，K2=(2)實(shí)驗(yàn)線路圖設(shè)計(jì)為了驗(yàn)證上面的原理，可以設(shè)計(jì)如下的實(shí)驗(yàn)線路圖，圖中畫(huà)的線需用戶(hù)在實(shí)驗(yàn)中自行接好，其它線系統(tǒng)已連好。正翻糊榭娘124上圖中，控制計(jì)算機(jī)”O(jiān)UT1表示386EX內(nèi)部1#定時(shí)器的輸出端，定時(shí)器輸出的方波周期=定時(shí)器時(shí)常，"IRQ7'表示386EX內(nèi)部主片8259的7號(hào)中斷，用作采樣中斷。這里，正弦波單元的“OUT'端輸出周期性正弦波信號(hào)，通過(guò)模數(shù)單元的“IN7”端輸入，系統(tǒng)用定時(shí)器作為基準(zhǔn)時(shí)鐘(初始化為10ms),定時(shí)采集“IN7”

18、端的信號(hào)，并通過(guò)控制機(jī)算計(jì)讀取轉(zhuǎn)換完后的數(shù)字量，再送到數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，由“OUT1端輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)。采樣周期T=TKXl0m§TK的范圍為01FFH。(3)參考程序流程圖設(shè)計(jì)曰。中物職芥斤二也曲線幡修)栗H中新咀務(wù)彩厚1口懂瞄NO圖實(shí)驗(yàn)參考程序：直線插值法參照隨機(jī)軟件中的example目錄中的ACC1-2-2.ASM文件，二次曲線插值法請(qǐng)參照隨機(jī)軟件中的example目錄實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果1.采樣與保持(1)參考流程圖1.2-2編寫(xiě)零階保持程序，編譯、鏈接。(2)按照實(shí)驗(yàn)線路圖1.2-1接線，檢查無(wú)誤后開(kāi)啟設(shè)備電源。(3)用示波器的表筆測(cè)量正弦波單元的“OUT端，調(diào)節(jié)正弦波單元的調(diào)幅、

19、調(diào)頻電位器及撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，使得“OUT端輸出幅值為3V,周期1S的正弦波。得到的實(shí)驗(yàn)波形如下所示:*iy團(tuán)寄存名名I河QGF卜療標(biāo)身止也推wwwitnqdu,izom力示波色.科q室年4V笠$叫曲門(mén)IffiSIInSF即Z5DSES霓IFCFZFSFbPF際IF叩時(shí)間/略電的格(4)加載程序到控制機(jī)中，將采樣周期變量“Tk”加入到變量監(jiān)視中，運(yùn)行程序，用示波器的另一路表筆觀察數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的輸出端“OUT1。“OUT1端的參考波形如圖1.2-5所示。v-4I榮桿點(diǎn)零子母再(5)增大采樣周期，當(dāng)采樣周期>0,5S時(shí)，即Tk>32H時(shí)，運(yùn)行程序并觀測(cè)數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的輸出波形應(yīng)該失真，記錄此時(shí)的

20、采樣周期，驗(yàn)證香農(nóng)定理。Tk=34H,得到的波形如下所示:*2.信號(hào)的還原(1)參考流程圖1.2-3分別編寫(xiě)直線插值和二次曲線插值程序，并編譯、鏈接。(2)按照線路圖1.2-4接線，檢查無(wú)誤后，開(kāi)啟設(shè)備電源。調(diào)節(jié)正弦波單元的調(diào)幅、調(diào)頻電位器，使正弦波單元輸出幅值為3V,周期1S的正弦波。|T1-T2|-117.2ms1/1T1-T2I=&53HlIV17輯=1.026GBl口K一一-k-/z(laG1Ih1fa1b11M¥rih>1hd1ri'l1iii'/1b1fcrlbJh>ihri1d_jtV)ibiaiiiji1in1h1/i><

21、;/.I:500ms潞CH2:如潞(3)分別裝載并運(yùn)行程序，運(yùn)行程序前將采樣周期變量Tk加入到變量監(jiān)視中，方便實(shí)驗(yàn)中觀察和修改。用示波器觀察數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的輸出，和零階保持程序的運(yùn)行效果進(jìn)行比較二次曲線插值直線插值零階保持圖1.2-6由上述結(jié)果可以看出：在采樣頻率Ws=10WmaxB寸，用三種方法還原信號(hào)，直線插值要好于零階保持，二次曲線插值好于直線插值。采用合理的插值算法可以降低信號(hào)的失真度，在允許的范圍內(nèi)可以有效地降低對(duì)采樣頻率的要求。直線插值:fT1-T2|-117.2ms|V1-V2|-512J6mvMFNT2|=HiT:500ms4SCH1:CH2:lv4S二次曲線插值：(4)在(3)

22、中是在同一采樣頻率下，比較三種方法還原信號(hào)的效果，實(shí)驗(yàn)中也可比較一種還原方法在不同采樣頻率下的效果。對(duì)于零階保持來(lái)說(shuō)：當(dāng)采樣頻率信號(hào)頻率的10倍時(shí)，即Tk：。XIS,Tk<OAH口對(duì)于直線插值來(lái)說(shuō)：當(dāng)采樣頻率信號(hào)頻率的5倍時(shí)，即Tk<1XIS,Tk<14HB號(hào)的還原效果較好。對(duì)于二次曲線插值來(lái)說(shuō)：當(dāng)采樣頻率信號(hào)頻率的3倍時(shí)，即Tk&13X1STk<21H言號(hào)的還原效果較好數(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)濾波二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分別編寫(xiě)一階慣性濾波程序和四點(diǎn)加權(quán)濾波程序，將混合干擾信號(hào)的正弦波送到數(shù)字濾波器，并用示波器觀察經(jīng)過(guò)濾波后的

23、信號(hào)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備+PC機(jī)一臺(tái)，TD-AC改驗(yàn)系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊四、實(shí)驗(yàn)原理與步驟一般現(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13-11.濾波器算法設(shè)計(jì)一階慣性濾波：1相當(dāng)于傳函S1的數(shù)字濾波器，由一階差分法可得近似式Y(jié)K=(1-a)XK+(a)YK-1XK當(dāng)前采樣時(shí)刻的輸入YK當(dāng)前采樣時(shí)刻的輸出YK-1:前一采樣時(shí)刻的輸出T:采樣周期，1-a=1四點(diǎn)加權(quán)濾波算法為：4YK=A1XK+A2XK-1+A3XK-2+A4XK-3式中工A

24、1=1)i3XK當(dāng)前采樣時(shí)刻的輸入XK-1:前一采樣時(shí)刻的輸入YK當(dāng)前采樣時(shí)刻的輸出2 .參考流程圖：黑蜂中新程序聚嶂電*程序主程停一箭崢)點(diǎn)加實(shí)驗(yàn)中的參數(shù)：1a、a、A1、A2、A3、A4為十進(jìn)制2位小數(shù)（BCD碼）,取值范圍：0.000.99,只須對(duì)應(yīng)存入0099。程序中將其轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)，再按算式進(jìn)行定點(diǎn)小數(shù)運(yùn)算。實(shí)驗(yàn)參考程序：一階慣性請(qǐng)參照隨機(jī)軟件中的example目錄中的ACC1-3-1.ASM四點(diǎn)加權(quán)參照ACC1-3-2.ASM3 .實(shí)驗(yàn)線路圖：圖中畫(huà)的線需用戶(hù)在實(shí)驗(yàn)中自行接好，運(yùn)放單元需用戶(hù)自行搭接。£髓尊根4七拄,討書(shū)或圖敕耨救單元H13-3上圖中，控制計(jì)算機(jī)的“O

25、UT1表示386EX內(nèi)部1#定時(shí)器的輸出端，定時(shí)器輸出的方波周期=定時(shí)器時(shí)常，"IRQ7'表示386EX內(nèi)部主片8259的7號(hào)中斷，用作采樣中斷。電路中用RC電路將S端方波微分，再和正弦波單元產(chǎn)生的正弦波疊加。注意R點(diǎn)波形不要超過(guò)土5V,以免數(shù)字化溢出。計(jì)算機(jī)對(duì)有干擾的正弦信號(hào)R通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣輸入，然后進(jìn)行數(shù)字濾波處理，去除干擾，最后送至數(shù)模轉(zhuǎn)換器變成模擬量C輸出。實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果1 .參照流程圖分別編寫(xiě)一階慣性和四點(diǎn)加權(quán)程序，檢查無(wú)誤后編譯、鏈接。2 .按圖1.3-3接線，檢查無(wú)誤后開(kāi)啟設(shè)備電源。調(diào)節(jié)正弦波使其周期約為2S,調(diào)信號(hào)源單元使其產(chǎn)生周期為100ms的干擾信號(hào)（

26、從“NC端引出），調(diào)節(jié)接線圖中的兩個(gè)47K電位器使正弦波幅值為3V,干擾波的幅值為0.5V。-悵W%由:.上11.尸JHTlH51.j1Mli1riLaiFhiIi,11L,一.fj，Ml洲M1,J工ifT1s4&CH2;MS3 .分別裝載并運(yùn)行程序，運(yùn)行前可將“TK'加入到變量監(jiān)視中，方便實(shí)驗(yàn)中觀察和修改。用示波器觀察R點(diǎn)和C點(diǎn)，比較濾波前和濾波后的波形。一階慣性：Tk=01力示港事回®AX-DATADS-AXDSAX.OOOODS,AXAX,OFFSSIOOSCSI1*AX234.4ms4,27Hi|V1-V2|-1J135V附煙=1模"時(shí)阻用3nMs.

27、Tk=08運(yùn)行J停止|w*Mtarodu.匚cm四點(diǎn)加權(quán):Tk=01H|:,Jr£J|k楓M-M-F口Lhjli1h產(chǎn)U.b.i.i產(chǎn)u11.1.1jI匕Jw.屈fvwVwIVVV21-1.028VT1-T2I-234.4msMT1-T2i4,"Hi1s4&CH1,2丫格CH2:24sTk=0.8|WV2|-1.026v1s4&CH1.MSCH2:24g4 .如果濾波效果不滿意，修改參數(shù)，再運(yùn)行程序，觀察實(shí)驗(yàn)效果7數(shù)項(xiàng)目、Tk16進(jìn)制Ts(ms)1-aaA1A2A3A4濾波前后正弦幅值比濾波前后干擾幅值比一階慣性01510903/30.5/0.1084010

28、903/2.150.5/0四點(diǎn)加權(quán)015303020203/30.5/0.40840303020203/30.5/0.2不適當(dāng)?shù)膽?yīng)用數(shù)字濾波反而會(huì)降低控制效果，甚至造成系統(tǒng)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)二開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的數(shù)字程序控制數(shù)字PWM發(fā)生器和直流電機(jī)調(diào)速控制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆彰}寬調(diào)制(PWM)的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用程序?qū)崿F(xiàn)脈寬調(diào)制，并對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備+PC機(jī)一臺(tái)，TD-AC改驗(yàn)系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊四、實(shí)驗(yàn)原理與步驟1.PWM(PulseWidthModulation)簡(jiǎn)稱(chēng)脈寬調(diào)制(見(jiàn)圖2

29、.1-1)。即,通過(guò)改變輸出脈沖的占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。VHVL圖2.1-12.實(shí)驗(yàn)線路圖：圖中畫(huà)的線需用戶(hù)在實(shí)驗(yàn)中自行接好，其它線系統(tǒng)已連好。烷幀圖2.1-2里磯唯元因2.2-2圖中，“DOUT0表示386EX的I/O管腳P1.4,輸出PWM永沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)后控制直流電機(jī)本實(shí)驗(yàn)中，由系統(tǒng)產(chǎn)生1ms的定時(shí)中斷。在中斷處理程序中完成PWM脈沖輸出。最后通過(guò)控制計(jì)算機(jī)的數(shù)字量輸出端DOUT3I腳來(lái)模擬PWM輸出，并經(jīng)達(dá)林頓管輸出驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制。3.參考流程圖好布中隔111舒程序4PWM在生，恪科DOVTO-I匚工«“古-C精耀、工tF稀的rX>I_7TCM門(mén)VK

30、W一實(shí)驗(yàn)參考程序：ACC2-2-1.ASM請(qǐng)參照隨機(jī)軟件中的example目錄中的圖2.1-3實(shí)驗(yàn)步驟1 .參考實(shí)驗(yàn)線路圖的說(shuō)明及流程圖2.1-3,編寫(xiě)相應(yīng)的主程序及PWM子程序，檢查無(wú)誤后編譯、鏈接。2 .按圖2.1-2接線，檢查無(wú)誤后開(kāi)啟設(shè)備的電源。3 .裝載程序，將全局變量TK（PWM周期）和PWM_T（占空比）加入監(jiān)視，以便實(shí)驗(yàn)過(guò)程中修改。4 .運(yùn)行程序，觀察電機(jī)運(yùn)行情況。5 .終止程序運(yùn)行，加大脈沖寬度，即將占空比PWM_夜大，重復(fù)第3步，再觀察電機(jī)的運(yùn)行情況，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)加快。電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，“HR端（霍爾元件的輸出端）就會(huì)輸出一個(gè)脈沖，用虛擬儀器中示波器的一路表筆測(cè)“HR端的脈

31、沖信號(hào)可算出電機(jī)此時(shí)的轉(zhuǎn)速。Tk=0C8H;PWM_T=14H;FPWM=01H;HR6 .注意：在程序調(diào)試過(guò)程中，有可能隨時(shí)停止程序運(yùn)行，此時(shí)DOUT0的狀態(tài)應(yīng)保持上次的狀態(tài)。當(dāng)DOUTM1時(shí)，直流電機(jī)將停止轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)DOUTM0時(shí)，直流電機(jī)將全速轉(zhuǎn)動(dòng)，如果長(zhǎng)時(shí)間直流電機(jī)處于全速轉(zhuǎn)動(dòng)，可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)單元出現(xiàn)故障，所以在停止程序運(yùn)行時(shí)，最好將連接DOUT0勺排線拔掉或按系統(tǒng)復(fù)位鍵。五、實(shí)驗(yàn)思考題本實(shí)驗(yàn)中是通過(guò)改變脈沖的占空比，周期"變的方法來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的，還有什么辦法能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)該怎么實(shí)現(xiàn)？答：由U=(Ton*Uref)/T公式可以看出除了以上方式，可以通過(guò)改變參考電壓大小的

32、方式，或者T和占空比均改變的方式。實(shí)驗(yàn)三數(shù)字PID閉環(huán)控制按閉環(huán)系統(tǒng)誤差信號(hào)的比例、積分和微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)稱(chēng)為PID調(diào)節(jié)器(也叫PID控制器)。它是在連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)器。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，PID控制算法可以用計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)了，而這進(jìn)一步拓寬了PID調(diào)節(jié)器的應(yīng)用領(lǐng)域，出現(xiàn)了各種新型數(shù)字PID控制器。本章將從多個(gè)方面來(lái)開(kāi)展數(shù)字PID控制器的實(shí)驗(yàn)研究。數(shù)字PID控制算法在模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，PID算法表達(dá)式為:I de(t)u(t)=Kpe(t)e(t)dtTdII Ti,dt在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，離散的數(shù)字PID算法可以表示為位置式PID控制算式，或增量式PID控制算

33、式。位置式PID控制算式為：TkTdu(k)=Kp|e(k)+£e(j)+(e(k)e(k1)-Ti修T一T:采樣周期，k：采樣序號(hào)，u(k)：第k次采樣調(diào)節(jié)器輸出，e(k)：第k次采樣誤差值，e(k1)：第(k-1)次采樣誤差值增量式PID控制算式為：u(k)=u(k)u(k-1)TTd：u(k)=Kp(e(k)-e(k-1)e(k)(e(k)-2e(k-1)e(k-2)一TiT增量式與位置式相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1 .增量式算法與最近幾次采樣值有關(guān)，不需要進(jìn)行累加，因此，不易產(chǎn)生累積誤差，控制效果較好。2 .增量式中，計(jì)算機(jī)只輸出增量，誤動(dòng)作(計(jì)算機(jī)故障或干擾)影響小。3 .在位置式

34、中，由手動(dòng)到自動(dòng)切換時(shí)，必須使輸出值等于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的初始值，而增量式只與本次的誤差值有關(guān)，更易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換。4 .增量式控制算法因其特有的優(yōu)點(diǎn)在控制系統(tǒng)中應(yīng)用比位置式更加廣泛。積分分離法PID控制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? ,了解PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。2 .學(xué)習(xí)湊試法整定PID參數(shù)。3 .掌握積分分離法PID控制規(guī)律二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊三、實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容圖3.21圖3.21是一個(gè)典型的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖，其硬件電路原理及接線圖可設(shè)計(jì)如下，圖中畫(huà)的線需用戶(hù)在實(shí)驗(yàn)中自行接好，對(duì)象需用戶(hù)在運(yùn)放單元搭接。圖3.22上圖中，控制計(jì)算機(jī)的“

35、OUT1表示386EX內(nèi)部1#定時(shí)器的輸出端，定時(shí)器輸出的方波周期=定時(shí)器時(shí)常，"IRQ7'表示386EX內(nèi)部主片8259的7號(hào)中斷，用作采樣中斷，“DIN0”表示386EX的I/O管腳P1.0,在這里作為輸入管腳用來(lái)檢測(cè)信號(hào)是否同步。這里，系統(tǒng)誤差信號(hào)E通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元“IN7”端輸入，控制機(jī)的定時(shí)器作為基準(zhǔn)時(shí)鐘(初始化為10ms),定時(shí)采集“IN7”端的信號(hào)，并通過(guò)采樣中斷讀入信號(hào)E的數(shù)字量，并進(jìn)行PID計(jì)算，得到相應(yīng)的控制量，再把控制量送到數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，由“OUT1端輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)，來(lái)控制對(duì)象系統(tǒng)。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)

36、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，可采用積分分離法PID控制算法，即：當(dāng)誤差e(k)較大時(shí)，取消積分作用；當(dāng)誤差e(k)較小時(shí)才將積分作用加入。圖10.23是積分分離法PID控制實(shí)驗(yàn)的參考程序流程圖。主程序采樣中斷服務(wù)程序圖3.23實(shí)驗(yàn)參考程序：請(qǐng)參照隨機(jī)軟件中的example目錄中的ACC3-2-1.ASM為了便于實(shí)驗(yàn)參數(shù)的調(diào)整，下面討論P(yáng)ID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響：（1）增大比例系數(shù)Kp一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差。但過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性變

37、壞。（2）增大積分時(shí)間參數(shù)Ti有利于消除靜差、減小超調(diào)、減小振蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜差的消除將隨之減慢。（3）增大微分時(shí)間參數(shù)Td有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)量減小，系統(tǒng)穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱，對(duì)擾動(dòng)有較敏感的響應(yīng)。在調(diào)整參數(shù)時(shí)，可以使用湊試法。參考以上參數(shù)對(duì)控制過(guò)程的影響趨勢(shì)，對(duì)參數(shù)實(shí)行“先比例，后積分，再微分”的步驟。（1）首先整定比例部分。將比例系數(shù)Kp由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直到響應(yīng)曲線超調(diào)小、反應(yīng)快。如果系統(tǒng)沒(méi)有靜差，或者靜差小到允許的范圍內(nèi)，那么只需比例調(diào)節(jié)器即可。（2）如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足要求，則須加入積分作用。整定時(shí)首先置積分時(shí)間

38、Ti為一較大值，并將第一步整定得到的比例系數(shù)KP縮?。ㄈ?0%）,然后減小積分時(shí)間，使靜差得到消除。如果動(dòng)態(tài)性能（過(guò)渡時(shí)間短）也滿意，則需PI調(diào)節(jié)器即可。（3）若動(dòng)態(tài)性能不好，則需加入微分作用。整定時(shí)，使微分時(shí)間Td從0變大，并相應(yīng)的改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，逐步湊試，直到滿意結(jié)果由于PID三個(gè)參數(shù)有互補(bǔ)作用，減小一個(gè)往往可由幾個(gè)增大來(lái)補(bǔ)償，因此參數(shù)的整定值不唯一，不同的參數(shù)組合完全有可能得到同樣的效果。四、實(shí)驗(yàn)步驟1 .參考流程圖3.23編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)程序，檢查無(wú)誤后編譯、鏈接。2 .按照實(shí)驗(yàn)線路圖3.22接線，檢查無(wú)誤后開(kāi)啟設(shè)備電源。3 .調(diào)節(jié)信號(hào)源中的電位器及撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，使信號(hào)源輸出幅值為2V,周

39、期6s的方波。確定系統(tǒng)的采樣周期以及積分分離值。4 .裝載程序，將全局變量TK（采樣周期）、EI（積分分離值）、KP（比例系數(shù)）、TI（積分系數(shù)）和TD（微分系數(shù)）加入變量監(jiān)視，以便實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察和修改。5 .運(yùn)行程序，將積分分離值設(shè)為最大值7FH（相當(dāng)于沒(méi)有引入積分分離），用示波器分別觀測(cè)輸入端R和輸出端。6 .如果系統(tǒng)性能不滿意，用湊試法修改PID參數(shù)，直到響應(yīng)曲線滿意，并記錄響應(yīng)曲線的超調(diào)量和過(guò)渡時(shí)間。7 .修改積分分離值為20H,記錄此時(shí)響應(yīng)曲線的超調(diào)量和過(guò)渡時(shí)間，并和未引入積分分離值時(shí)的響應(yīng)曲線進(jìn)行比較。8 .將6和7中的較滿意的響應(yīng)曲線分別保存，在畫(huà)板、PHOTOSHOP中處理后粘

40、貼到WORD,方便形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析EI近7DTI7E7F5000uuufl001805第百旨，'三itJ堆地國(guó)圖引入積分前圖引入積分后從上圖中可以看出，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。*帶死區(qū)的PID控制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諑绤^(qū)的PID控制規(guī)律二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊三、實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容1 .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)作所引起的振蕩，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

41、e(k)|WB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)e(k)>B時(shí)，P(K)=e(k),U(K)以PID運(yùn)算的結(jié)果輸出。圖3.312 .參考流程圖主程序PID子程序采樣中斷服務(wù)程序圖3.32實(shí)驗(yàn)參考程序：請(qǐng)參照隨機(jī)軟件中的example目錄中的ACC3-33.33。1.ASM3.圖3.31所示的方框圖，其硬件電路原理及接線圖見(jiàn)圖控制計(jì)算機(jī)圖3.33四、實(shí)驗(yàn)步驟1 .參照?qǐng)D3.32的流程圖編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)程序，檢查無(wú)誤后編譯、鏈接。2 .按照實(shí)驗(yàn)線路圖3.33接線，檢查無(wú)誤后開(kāi)啟設(shè)備電源。調(diào)節(jié)信號(hào)源中的電位器和撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，使信號(hào)源輸出幅值為4V,周期6s的方波。3

42、 .裝載程序，將全局變量TK（采樣周期）、EI（積分分離值）、KP（比例系數(shù)）、TI（積分系數(shù)）、TD（微分系數(shù)）、PT（死區(qū)變量值）和CONSTt值）加入變量監(jiān)視，以便實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察和修改。4 .運(yùn)行程序，將死區(qū)寬度B（PT）設(shè)為最小值00H（相當(dāng)于沒(méi)有引入死區(qū)控制），用示波器分別觀測(cè)控制量輸出端U（即數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的“OUT1端）和對(duì)象輸出端C5 .如果系統(tǒng)性能不滿意，用湊試法修改PID參數(shù)，直到響應(yīng)曲線?兩忌、06 .修改死區(qū)寬度B（PT）為02H,用示波器分別觀測(cè)控制量輸出端U（即數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的“OUT1端）和對(duì)象輸出端C,記錄并和積分分離時(shí)的響應(yīng)曲線進(jìn)行比較五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析圖3.33

43、由上圖可以看出，帶死區(qū)的PID控制響應(yīng)曲線C產(chǎn)生了輕微的振蕩，但其偏差在規(guī)定范圍內(nèi)；控制量U的輸出動(dòng)作頻率比積分分離時(shí)明顯的降低了，從而降低了機(jī)械的磨損。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。簡(jiǎn)易工程法整定PID參數(shù)在連續(xù)系統(tǒng)中，模擬調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法很多，但簡(jiǎn)單易行的還是簡(jiǎn)易工程法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是整定參數(shù)時(shí)不必依賴(lài)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，實(shí)際情況也是很難準(zhǔn)確地得到數(shù)學(xué)模型的。簡(jiǎn)易工程法是由經(jīng)典的頻率法簡(jiǎn)化而來(lái)的，雖然稍微粗糙，但簡(jiǎn)單易行，非常適用于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。常用的方法包括擴(kuò)充臨界比例度法和擴(kuò)充響應(yīng)曲線法。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .

44、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)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊三、實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容1 .擴(kuò)充臨界比例度法1)實(shí)驗(yàn)原理擴(kuò)充臨界比例度法是對(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：(1)選擇一個(gè)足夠小的采樣周期T,一般取系統(tǒng)純滯后時(shí)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(shí)的臨界比例系數(shù)Kp濟(jì)口臨界振蕩周期Tu(見(jiàn)圖3.4-1)。(3)選擇控制度(1.052.0)?？刂贫戎笖?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

45、度，查表3.41計(jì)算出采樣周期T和Kp、Ti、Td表3.41控制度TKpTiTd1.050.014Tu0.63Kpu0.49Tu0.14Tu1.20.043Tu0.47Kpu0.47Tu0.16Tu1.50.09Tu0.34Kpu0.43Tu0.20Tu2.00.16Tu0.27Kpu0.40Tu0.22Tu2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖3.42是一個(gè)PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電路原理及接線圖，圖中畫(huà)的線需用戶(hù)在實(shí)驗(yàn)中自行接好，對(duì)象需用戶(hù)在運(yùn)放單元搭接。其相應(yīng)的程序流程圖和3.2節(jié)中的圖3.23是一樣的，實(shí)驗(yàn)中的參數(shù)取值范圍規(guī)定為：參數(shù)名稱(chēng)TKPTITD取值范圍一1FFH0FFFFH17FFFH07FFFH實(shí)際

46、量綱102550ms01倍10ms327.67s0ms327.67s圖3.42上圖中，控制計(jì)算機(jī)的“OUT1表示386EX內(nèi)部1#定時(shí)器的輸出端，定時(shí)器輸出的方波周期=定時(shí)器時(shí)常，"IRQ7'表示386EX內(nèi)部主片8259的7號(hào)中斷，用作采樣中斷，“DIN0”表示386EX的I/O管腳P1.0,在這里作為輸入管腳用來(lái)檢測(cè)信號(hào)是否同步。本實(shí)驗(yàn)中，將針對(duì)該閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用臨界比例度法來(lái)整定PID參數(shù)。2 .擴(kuò)充響應(yīng)曲線法1)實(shí)驗(yàn)原理擴(kuò)充響應(yīng)曲線法是模擬調(diào)節(jié)器的響應(yīng)曲線法的一種擴(kuò)充，也是一種常用的工程整定方法。其參數(shù)整定步驟如下：(1)使數(shù)字調(diào)節(jié)器不接入系統(tǒng)，讓系統(tǒng)處于手動(dòng)操作狀態(tài)，當(dāng)

47、系統(tǒng)穩(wěn)定在某一值處后，給對(duì)象一個(gè)階躍輸入。(2)用儀表記錄下被調(diào)量在階躍輸入下的整個(gè)響應(yīng)曲線，見(jiàn)圖3.43o圖中“日”表示對(duì)象的時(shí)間常數(shù)；“1表示對(duì)象的純滯后時(shí)常(4)根據(jù)所得的日、工，查表3.42計(jì)算出采樣周期T和Kp、Ti表3.42控制度TTiTd1.050.05T1.15%2.00T0.45丁1.20.16t1.0%1.90t0.55T1.50.3470.85%1.6270.6572.00.60t0.60%1.50t0.82丁2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)同樣，圖3.44也是一個(gè)PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電路原理及接線圖，圖中畫(huà)的線需用戶(hù)在實(shí)驗(yàn)中自行接好，對(duì)象需用戶(hù)在運(yùn)放單元搭接。其相應(yīng)的程序流程圖和3.2

48、節(jié)中的圖3.23是一樣的。本實(shí)驗(yàn)中，將針對(duì)該閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用擴(kuò)充響應(yīng)曲線法來(lái)整定PID參數(shù)。圖3.44中，控制計(jì)算機(jī)的“OUT1表示386EX內(nèi)部1#定時(shí)器的輸出端，定時(shí)器輸出的方波周期=定時(shí)器時(shí)常，"IRQ7'表示386EX內(nèi)部主片8259的7號(hào)中斷，用作采樣中斷，“DIN0”表示386EX的I/O管腳P1.0,在這里作為輸入管腳用來(lái)檢測(cè)信號(hào)是否同步。控制計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中，參考程序中的參數(shù)取值范圍規(guī)定為:參數(shù)名稱(chēng)TKpTiTd取值范圍17FH0800H11FFH01FFH實(shí)際量綱101270ms08倍10ms5110s0ms-5110ms圖3.44四、實(shí)驗(yàn)步驟1 .擴(kuò)充臨界比例度法

49、(1)編寫(xiě)程序，檢查無(wú)誤后編譯、鏈接并裝載程序。實(shí)驗(yàn)程序請(qǐng)參照隨機(jī)軟件中的example目錄中的ACC3-41.ASM(2)按照實(shí)驗(yàn)線路圖3.42接線，調(diào)節(jié)信號(hào)源使其輸出幅值為3V,周期6s的方波。(3)由于模擬對(duì)象的慣性時(shí)常約為250ms取采中¥周期T=10ms(4)裝載程序，將全局變量TK(采樣周期)、EI(積分分離值)、KP(比例系數(shù))、TI(積分系數(shù))和TD(微分系數(shù))加入變量監(jiān)視，以便實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察和修改。(5)運(yùn)行程序且只用比例控制(EI=0,Td=0),%由小變大，使系統(tǒng)等幅振蕩，記下此時(shí)的臨界比例系數(shù)&U和臨界振蕩周期Tuo(6)查表3.41,選擇控制度2.0

50、,計(jì)算出采樣周期T和&、Ti、Td。(7)將參數(shù)重新寫(xiě)入PID控制程序，運(yùn)行程序并用示波器觀測(cè)輸入和輸出，如果控制效果不太滿意，可適當(dāng)結(jié)合湊試法調(diào)整參數(shù)，直到滿意為止。2 .擴(kuò)充響應(yīng)曲線法(1)參照?qǐng)D3.45接線，調(diào)節(jié)器先不接入系統(tǒng)中。圖中畫(huà)的線需用戶(hù)在實(shí)驗(yàn)中自行接好，對(duì)象需用戶(hù)在運(yùn)放單元搭接。(3)用示波器測(cè)量系統(tǒng)輸出“C”，并記錄下波形。在響應(yīng)曲線最大斜率處作切線，用游標(biāo)測(cè)量，作圖求得滯后時(shí)間七和對(duì)象時(shí)常00計(jì)算出“日，查表3.42,控制度選擇2.0時(shí)可求得數(shù)字調(diào)節(jié)器的Kp、TiTd以及采樣周期T的初始值。(4)按照?qǐng)D3.4-4接線，將數(shù)字調(diào)節(jié)器接入系統(tǒng)，將以上得到的參數(shù)R、Ti、

51、Td和T重新寫(xiě)入程序中，然后編譯、鏈接。實(shí)驗(yàn)程序請(qǐng)參照隨機(jī)軟件中的example目錄中的ACC3-42.ASM口叵I岡力承波能|V1-V21-5175mM-V2|-5V6fflv10T1-T3I-2H3HZ派行|殍止蝌*上口一酊%J3峭何mIK改口T|P林www上司odu.c口m（5）裝載程序，將全局變量TK（采樣周期）、EI（積分分離值）、KP（比例系數(shù)）、TI（積分系數(shù)）和TD（微分系數(shù)）加入變量監(jiān)視，以便實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察和修改。（6）運(yùn)行程序，用示波器測(cè)量系統(tǒng)輸出“C',觀察數(shù)字調(diào)節(jié)器在這組參數(shù)下的控制效果，若不理想，可適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，直到控制效果滿意為止。五、實(shí)驗(yàn)思考題如何利用擴(kuò)充

52、響應(yīng)曲線法實(shí)現(xiàn)P、I、D參數(shù)自整定？答:首先不接入數(shù)字調(diào)節(jié)器，讓系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定在一個(gè)點(diǎn)之后，給對(duì)象一個(gè)階躍輸入，得到響應(yīng)曲線，通過(guò)該曲線得到對(duì)象的時(shí)間常數(shù)和對(duì)象的純滯后時(shí)間，通過(guò)查表得到PID的三個(gè)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)四數(shù)字調(diào)節(jié)器直接設(shè)計(jì)方法由于控制任務(wù)的需要，當(dāng)所選擇的采樣周期比較大或?qū)刂瀑|(zhì)量要求比較高時(shí)，就要從被控對(duì)象的特性出發(fā)，直接根據(jù)采樣系統(tǒng)理論來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字調(diào)節(jié)器，這種方法稱(chēng)為直接數(shù)字設(shè)計(jì)方法。直接數(shù)字設(shè)計(jì)比模擬化設(shè)計(jì)更具有一般的意義，它完全是根據(jù)采樣系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析與綜合，并導(dǎo)出相應(yīng)的控制規(guī)律的。最小拍控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .掌握最小拍有紋波控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。2 .掌握最小拍無(wú)紋波控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC機(jī)一臺(tái)，T4ACC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊三、實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容典型