《计算机控制技术》课程实验教学大纲(Ⅰ)(共11页).doc

精选优质文档-----倾情为你奉上《计算机控制技术》课程实验教学大纲（Ⅰ）编 号：课程总学时：48 实验学时：10课程总学分：2.5 实验学分：（非单独设课的实验不用填此项）先修课程：《自动控制原理》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《汇编语言》、《微机原理与接口技术》、《单片机原理及应用》适用专业：计算机科学与技术(嵌入式本科)、计算机科学与技术(信息技术方向本科)、网络工程（本科与专升本）开课部门： 计算机科学与信息工程学院一、本课程实验的主要目的与任务计算机控制技术是实践性、应用性以及综合性较强的一门专业技术课，必须通过实验才能进一步加深对授课内容的理解，进一步通过综合性设计性实验，提高理论联系实际能力，掌握系统的使用方法，达到能初步设计主要接口电路硬软件的能力1） 实验前预习实验指导书及教材有关知识；（2） 实验前预习有关芯片的原理与应用电路；（3） 实验前预习有关软件知识；（4） 和老师一起构建实验框架、内容和方案二、本课程实验应开设项目序号实验项目名称学时类型必做/选做所需主要设备型号、名称1D/A数模转换实验2验证必做EI实验箱2A/D模数转换实验2验证必做EI实验箱3数字PID控制实验2验证必做EI实验箱4数字滤波器2验证必做EI实验箱5电机调速实验2验证必做EI实验箱注：1、类型---指验证性、综合性、设计性；2、该表格不够可拓展。

三、各实验项目主要实验内容和基本要求实验 1 D/A数模转换实验1.实验目的 (1) 掌握数模转换的基本原理 (2) 熟悉12位D/A转换的方法2.实验内容(1) 实验内容通过A/D&D/A卡完成12位D/A转换的实验，转换公式如下： Uo=Vref(211K11+210K10+….+20K0)/212 Vref=5.0V 例如：数字量＝0100，0000，0000 K11=0, K10=1, K9=0, K8=0, K7=0, K6=0, K5=0, K4=0, K3=0, K2=0, K1=0, K0=0 模拟量Uo＝Vref(4096－211K7+210K6+….+20K0)/212＝2.5(2) 实验方法1)硬件连接：将数据采样卡上标有AD1 IN的插孔与DA1 OUT的插孔相连2)实验硬件原理示意图： 数字量――>D/A――>转换――>A/D采集――>计算机显示结果(3) 实验步骤1） 打开软件，在实验课题菜单中选中D/A数模转换实验；或者在左栏快捷区选中D/A数模转换实验项目条，双击即可2） 在相应弹出的对话框中填写参数，在数字量对应区填写目标数字量注意：数字量的范围从0……40963） 点击变换按钮，转换出对应的模拟量，如果点击运行，则执行采用数据，等待数据传输完成后，在测量图形中观测对应的数据；点击取消，则取消当前实验4） 实验完成后起用测量标尺，观测图形并测量数据；在主窗口中单击Measure键，使用弹出标尺，进行单值测量；选择Single项，进行单测量；Double项，进行双测量，测量标尺可以拖动使用5） 退出实验，在实验课题菜单中选择退出即可。

4) 实验报告 1） 画出数字量与模拟量的对应曲线 2） 计算出理论值，将其与实验结果比较，分析产生误差的原因3.实验要求 通过本实验应达到如下要求：(1) 熟练掌握数模转换的硬件实现原理2) 理解12位D/A的转换方法4.实验器材 (1) EI实验箱;(2) 计算机一台实验2 A/D模数转换实验1.实验目的 (1) 掌握模数转换的基本原理 (2) 熟悉12位A/D转换的方法2.实验内容(1) 实验内容通过A/D&D/A卡完成12位A/D转换的实验，转换公式如下： 数字量=模拟量/Vref*2N 其中N是A/D的位数，Vref是基准电压 例如：N＝12 Vref=5.0V 模拟量＝2.5 则数字量＝(5-2.5/5.0)*212＝1024（十进制）(2) 实验方法1)硬件连接：将自控试验箱上标有AD1 IN的插孔与DA1 OUT的插孔相连2)实验硬件原理示意图： 由A/D&D/A卡输出模拟量――>A/D转换――>计算机显示结果(3) 实验步骤1） 打开软件，在实验课题菜单中选中A/D模数转换实验；或者在左栏快捷区选中A/D模数转换实验项目条，双击即可2） 在相应弹出的对话框中填写参数，在模拟量对应区填写目标数字量注意：模拟量的范围从－5……+5V3） 点击变换按钮，响应的模拟量转换成数字量。

完成填写参数后，如果点击运行后，则执行采样数据，等待数据传输完成；点击取消，则取消当前实验 注意：实验1，实验2共用相同的测量图 在实验1中，数字量为X轴,电压量为Y轴 在实验2中，仍用数字量为X轴，电压量为Y轴4） 实验完成后起用测量标尺，观测图形并测量数据；在主窗口中单击Measure键，使用弹出标尺，进行单值测量；选择Single项，进行单测量；Double项，进行双测量，测量标尺可以拖动使用5） 退出实验，在实验课题菜单中选择退出即可4) 实验报告 1） 画出模拟量与数字量的对应曲线 2） 计算出理论值，将其与实验结果比较，分析产生误差的原因3.实验要求通过本实验应达到如下要求：(1) 熟练掌握模数转换的硬件实现原理2) 理解12位D/A的转换方法4.实验器材(1) EI实验箱;(2) 计算机一台实验3 数字PID控制实验1.实验目的 (1) 研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响 (2) 研究采样周期T对系统特性的影响 (3) 研究1型系统及其2型系统的稳定误差2.实验内容(1) 实验内容 1) 系统结构图示于图10。

图10图中 Gc(s)＝Kp(1+Ki/s+Kds) Gh(s)=(1-e-KT)/s Gp1(s)=5/((0.5s+1)(0.1s+1)) Gp2(s)=1/(s(0.1s+1)) 2) 开环系统(被控制对象)模拟电路图分别示图11－1和图11－2，其中图11－1对应GP1(s), 图11－2对应Gp2(s) 3) 被控对象GP1(s)为“0型”系统，采用P1控制或PID控制，可使系统变为“1型”系统，被控对象Gp2(s)为“1型”系统，采用P1控制或PID控制可使系统变成“2型”系统4) 当r(t)=I(t)时(实际是方波)，研究其过渡过程5) PI调节器及PID调节器的增益 Gc(s)=Kp(1+K1/s)=KpKI((1/K1)+1)/s＝K(Tis+1)/s 式中 K=KpKi Ti=(1/KI)不难看出PI调节器的增益KpKi，因此在改变Ki时，同时改变了闭环增益K，如果不想改变K,则应相应改变Kp采用PID调节器相同6) PID递推算法 如果PID调节器输入信号为e(t)，其输送信号为u(t) 则离散的递推算法如下：U＝KPek+Kiek2+Kd(ek-ek-1) 其ek2是误差累积和。

2) 软件使用1） 打开软件，在实验课题菜单中选中PID控制实验；或者在左栏快捷区选中PID控制实验项目条，双击即可2） 相应弹出的对话框中填写参数，在AD1标签填写AD采样参数 A、打开AD启用标志，操作：点击即可；B、填写采样周期(0.01……100s),操作：填写参数；C、填写采样电数(50……999),操作：填写参数；D、打开AD显示标志，操作：点击即可；E、选择AD采样数据显示颜色，信源颜色按钮； 注意：AD启用是AD采样通道开启标志；采样周期最小为0.01s；F、AD显示是AD采样通道显示颜色；(不能使用与系统背景相同的颜色填写相关参数V,KP,KI,KD) 注意：电压给定不要超过范围限制；3） 完成填写参数后，如果点击确认，则执行采样数据，等待数据传输完成；点击取消，则取消当前实验4） 实验完成后起用测量标尺，观测图形并测量数据；在主窗口中单击Measure键，使用弹出标尺，进行单值测量；选择Single项，进行单测量；Double项，进行双测量，测量标尺可以拖动使用5） 退出实验，在实验课题菜单中选择退出即可3) 实验步骤 1） 连续Gp1(s)为对象的模拟电路图11－1及A/D&D/A信号线。

检查无误后，接通12V电源 2） 输入采样周期T，(参考值T=0.02) 3） 输入参数Kp，Ki, Kd(参考值Kp＝1，Ki=2, Kd=0) 4） 观察响应曲线若不满意，改变Kp，Ki, Kd的数值和与其相对应的性能指标p、ts的数值 5） 取满意的Kp，Ki, Kd值，观查有无稳态误差 6） 断开电源，连接模拟电路图11－2，并接上A/D，D/A信号线 7） 接通电源，重复2－8步骤4) 实验报告 1） 画出所做实验的模拟电路图 2） 总结一种有效的选择Kp，Ki, Kd方法，以最快的速度获得满意的参数3.实验要求通过本实验应达到如下要求：(1) 能够理解PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响 (2) 进一步理解采样周期T对系统特性的影响 4.实验器材(1) EI实验箱;(2) 计算机一台实验4 数字滤波器1.实验目的 (1) 研究数字滤波器对系统稳定行及过渡过程的影响 (2) 熟悉和掌握系统过渡过程的测量方法3) 掌握数字滤波器的设计方法4) 了解数字滤波器的通带对系统性能的影响2.实验内容(1) 实验内容 1）需加入串联超前校正的开环系统电路及传递函数 ① 实验电路② 系统开环传递函数③ 系统闭环结构图④ 数字滤波器的递推公式 模拟滤波器的传函数： 利用双线性变换得数字滤波器的递推公式: UK=q0uK-1+q1ek+q2ek-1 q0=（T-2T2）/（T+2T2）q1=(T+2T1)/(T+2T2)q2=(T-2T1)/(T+2T2)T=采样周期 T1=超前时间常数 T2＝滞后时间常数2）需加入串联滞后校正的开环系统电路及传递函数① 实验电路② 系统开环传递函数③ 系统闭环结构图④ 数字滤波器的递推公式 模拟滤波器的传函数： 利用双线性变换得数字滤波器的递推公式: UK=q0uK-1+q1ek+q2ek-1 q0=（T-2T2）/（T+2T2）q1=(T+2T1)/(T+2T2)q2=(T-2T1)/(T+2T2)T=采样周期 T1=超前时间常数 T2＝滞后时间常数(2) 实验步骤 1） 连接模拟电路图，按软件默认的T1、T2测量系统阶跃响应，并记录超调量和调节时间ts。