第四章 计算机控制技术基础实验

第四章计算机控制技术基础实验

实验一A/D与D/A转换

一、实验目的

1．通过实验了解实验系统的结构与使用方法。

2．通过实验了解模拟量通道中模数转换与数模转换的实现方法。

二、实验设备

1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验台。

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(含上位机软件“THBDC-1”)。

三、实验内容

1．输入一定值的电压，测取模数转换的特性，并分析之。

2．在上位机输入一12位的二进制代码，完成通道的数模转换实验。

四、实验步骤

1．启动计算机，在桌面双击图标THBDC-1，运行实验软件。

2．点击工具栏上的“通道设置”，在弹出的对话框中选择单通道采集、通道“1”(默认为通道“1”)，并点击“开始采集”按钮，这样可以检测数据采集与计算机通讯是否正常。若不正常，请检查采集卡的驱动是否正确安装或采集卡在计算机的USB插槽上是否插好。

3．按图1-1接好电路，并用连接线将电路的输出端U o接到采集卡的AD1通道。然后启动实验台的“电源开关”并且把±5V、±15V电源打开。

4．选中对话框中的A/D复选框，可观察到A/D转换的二进制结果，并记录。

5．选中对话框中的D/A复选框，在相应的编辑框中输入一组二进制代码(共12位，如：110100111011)，用万用表或示波器测量采样卡接口输出端DA1的电压值。

6．实验结束后，顺序点击对话框中的“停止采集”与工具栏的“退出”按钮。

五、附录

1．实验电路

图1-1

在进行A/D转换实验时，可通过上面电路为A/D转换器提供一个输入电压。

实验电路参考单元：U6、U5

2．数据采集卡

本实验台采用了THBXD数据采集卡。它是一种基于USB总线的数据采集卡，卡上装有14Bit分辨率的A/D转换器和12Bit分辨率的D/A转换器，其转换器的输入量程均为±10V、输

出量程均为±5V 。该采集卡为用户提供4路模拟量输入通道和2路模拟量输出通道。其主要特点有：

1) 支持USB1.1协议，真正实现即插即用。

2) 400KHz14位A/D 转换器，通过率为350K ，12位D/A 转换器，建立时间10μs 。 3) 4通道模拟量输入和2通道模拟量输出。 4) 8k 深度的FIFO 保证数据的完整性。 5) 8路开关量输入，8路开关量输出。 3．编程实现测试信号的产生

利用上位机的“脚本编程器”可编程实现各种典型信号的产生，如正弦信号，方波信号，斜坡信号，抛物线信号等。其函数表达式分别为：

1) 正弦信号

)s i n (?ω+=t A y ，ω

π2=T

2) 方波

??

?<≤<≤=T

t T T t A

y 110

3) 斜坡信号

??

?<≤<≤=T

t T T t at y 110

0 ，a 为常量

4) 抛物线信号

?????<≤<≤=T

t T T t at y 1120

02

1，a 为常量 这里以抛物线信号为例进行编程，其具体程序如下：

dim pv,x,op,a ‘变量定义

sub inputdata () ‘输入接口程序 pv=myobject.inputdata1 ‘AD1通道采样值 end sub

sub main() ‘主程序 a=1

op=0.5*a*x*x

x=x+0.1 ‘采样时间100ms

if x>3 then ‘输出抛物线信号的最大值为3 x=0 end if end sub

sub outputdata() ‘输出接口程序

myobject.outputdata1=op ‘DA1通道输出值

end sub

通过改变变量x、a的值可改变抛物线的上升斜率。

其它典型信号的编程请参考THBDC-1上位机安装目录下的“VBS脚步程序\计算机控制技术”目录内参考示例程序。

实验二 数字滤波器

一、实验目的

1．通过实验熟悉数字滤波器的实现方法。 2．研究滤波器参数的变化对滤波性能的影响。 二、实验设备

1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验台。

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(含上位机软件“THBDC-1”)。 三、实验内容

1．设计一个带尖脉冲（频率可变）干扰信号和正弦信号的模拟电路。 2．设计并调试一阶数字滤波器。 3．设计并调试高阶数字滤波器。 四、实验原理

1．在许多信息处理过程中，如对信号的滤波，检测，预测等都要广泛地用到滤波器。数字滤波器是数字信号处理中广泛使用的一种线性环节，它从本质上说是将一组输入的数字序列通过一定规则的运算后转变为另一组希望输出的数字序列。一般可以用两种方法来实现：一种是用数字硬件来实现；另一种是用计算机的软件编程来实现。

一个数字滤波器，它所表达的运算可用差分方程来表示：

∑∑==-+-=N

i i N i i i n y b i n x a n y 0

)()()(

2．一阶数字滤波器及其数字化

一阶数字滤波器的传递函数为 1

1

)()()(+==

s s X s Y s G F τ 利用一阶差分法离散化，可以得到一阶数字滤波器的算法： )1()1()()(--

+=

k y T k x T k y S

S

τ

τ

其中T S 为采样周期，τ为滤波器的时间常数。T S 和τ应根据信号的频谱来选择。 3．高阶数字滤波器

高阶数字滤波器算法很多，这里只给出一种加权平均算法：

)3()2()1()()(4321-+-+-+=K x A K x A K x A K x A K y

其中权系数i A 满足：∑==4

1

1i i

A

。同样，i A 也根据信号的频谱来选择。

五、实验步骤

1．启动计算机，在桌面双击图标THBDC-1，运行实验软件。

2．点击工具栏上的“通道设置”，在弹出的对话框中选择单通道采集、通道“1”(默认为通道“1”)，并点击“开始采集”按钮。

3．然后启动实验台的“电源开关”打开±5、±15V电源。将低频函数信号发生器单元输出端连接到采集卡的AD1通道,并选择方波输出。点击软件工具栏上的“虚拟示波器”( 使用说明请查阅第二章关于虚拟示波器的使用介绍部分)，观察方波信号的频率和幅值，然后调节信号发生器中的“频率调节”和“幅度调节”电位器，使方波信号的频率和幅值分别为4Hz，2V。然后断开与采集卡的连接，将低频函数信号发生器单元输出端连接到U2尖脉冲单元（参考实验电路图2-1），产生一个尖脉冲信号U o。

4．按图2-2连接电路，其中正弦信号来自数据采集卡的DA2输出端，尖脉冲信号来自U2单元的输出端。图2-2的输出端与数据采集卡的AD1输入端相连。

5．点击工具栏上的“脚本编辑器”，在弹出的窗口中点击“打开”按钮。在“计算机控制算法”文件夹下选中“数字滤波”脚本程序并打开、阅读、理解该程序，然后在“脚本编辑器”窗口上点击“运行”按钮，用双踪示波器分别观察图2-2的输出端和数据采集卡输出端DA1的波形。调节信号发生器中的“频率调节”电位器，改变方波信号的频率(即尖脉冲干扰信号的频率)。观察数据滤波器的滤波效果。

6．在“脚本编辑器”窗口上点击“停止”按钮，修改算法程序中的参数Ts、Ti两个参数，然后再运行该程序，在示波器上观察参数变化对滤波效果的影响。

7．对于高阶数字滤波器的算法编程实验，请参考实验步骤5和6。不同的是打开的脚本程序文件名为“数字滤波（高阶）”，实验时程序可修改的参数为a1、a2、a3和采样时间Ts。

8．实验结束后，关闭“脚本编辑器”窗口，并依次点击对话框中的“停止采集”与工具栏的“退出”按钮。

六、实验报告要求

1．画出尖脉冲干扰信号的产生电路图。

2．编写一阶数字滤波器的脚本程序。

3．绘制加数字滤波器前、后的输出波形，并分析程序中参数的变化对其滤波效果的影响。

七、附录

1．尖脉冲干扰信号产生的模拟电路图

图2-1 尖脉冲产生电路

通过改变方波信号的频率，即可改变尖脉冲的频率。

2．实验电路的信号的产生

把图2-1产生的尖脉冲信号视为干扰信号，与一低频正弦信号（由上位机的“脚本编辑器”编程输出，其参考值为：幅值1V，频率1Hz）输入到图2-2所示的两个输入端。

图2-2 测试信号的产生电路图

实验电路参考单元：U6

3．一阶数字滤波器的程序编写与调试示例

dim pv,op1,op2,Ts, opx,x,Ti ‘变量定义

sub inputdata() ‘输入接口程序

pv=myobject.inputdata1 ‘采集卡通道1的测量值

end sub

sub main() ‘主程序

op2=2*sin(x)

x=x+0.05 ‘正弦信号的产生

Ti=0.008

Ts=0.001 ‘采样时间1ms

op1=Ts/Ti*pv+(1-Ts/Ti)*opx ‘一阶数字滤波器的输出

opx=op1

if op1>=5 then

op1=5

end if

if op1<=-5 then

op1=-5

end if ‘输出限幅

end sub

sub outputdata() ‘输出接口程序

myobject.outputdata1=op1 ‘op1为滤波后的输出信号

myobject.outputdata2=op2 ‘op2为正弦信号的输出值

end sub

高阶数字滤波器的编程请参考THBDC-1上位机安装目录下的“VBS脚步程序\计算机控制技术”目录内参考示例程序。

实验三离散化方法研究

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．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验台

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(含上位机软件“THBDC-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TS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。其中对D(S)常用的离散化方法有：

1) 阶跃响应不变法

2) 双线性变换法

3) 后向差分变换法

五、实验步骤

1．启动计算机，在桌面双击图标THBDC-1，运行实验软件。

2．点击工具栏上的“通道设置”，在弹出的对话框中选择单通道采集、通道“1”(默认为通道“1”)，并点击“开始采集”按钮。

3．按图3-2连接一个二阶被控对象的模拟电路，其中电路的输入端连接到数据采集卡的DA1输出端，电路的输出端与数据采集卡的AD1输入端相连。然后启动实验台的“电源开关”，并按下锁零按钮使其处于“锁零”状态。

4．点击工具栏上的“脚本编辑器”，在弹出的窗口中点击“打开”按钮。在“D(S)离散化方法研究”文件夹下选中“阶跃响应不变法”脚本程序并打开，阅读、理解该程序。在选定采

样周期Ts的值(100ms)后，弹起锁零按钮使其处于“不锁零”状态。运行该程序，用示波器观察图3-2输出端的响应曲线。结束本次实验后按下锁零按钮使其处于“锁零”状态。

5．参考上一步的操作，在“D(S)离散化方法研究”文件夹下选中“后向差分法”脚本程序并打开，阅读、理解该程序。在选定采样周期Ts的值(100ms)后，弹起锁零按钮使其处于“不锁零”状态。运行该程序，用示波器观察图3-2的输出端的响应曲线。结束本次实验后将锁零按钮处于“锁零”状态。

6．参考上一步的操作，在“D(S)离散化方法研究”文件夹下选中“双线性变换”脚本程序并打开，阅读、理解该程序。在选定采样周期Ts的值(100ms)后，弹起锁零按钮使其处于“不锁零”状态。运行该程序，用示波器观察图3-2输出端的响应曲线。结束本次实验后按下锁零按钮使其处于“锁零”状态。

7．将采样周期Ts减小或增大，重复步骤4、5、6，用示波器观测采样周期Ts的减小或增大对系统阶跃响应的影响。如系统出现不稳定情况，记下此时的采样周期Ts和所采用的离散化方法。

8．按图3-3连接二阶被控对象在加入模拟控制器（PID校正装置）后的模拟电路，并用上位机输出一个阶跃信号，观察其响应曲线，并与前面4、5、6步骤中采用数字控制器的实验曲线相比较。

9．实验结束后，关闭“脚本编辑器”窗口，并顺序点击对话框中的“停止采集”与工具栏的“退出”按钮。

六、实验报告要求

1．绘出实验中二阶被控对象在加入模拟控制器（PID校正装置）前后的响应曲线。

2．编写数字控制器（阶跃响应不变法）的脚本程序。

3．绘出二阶被控对象在采用数字控制器后的响应曲线，并分析采样周期Ts的减小或增大对系统阶跃响应的影响。

七、附录

1．实验系统的原理框图、模拟电路图、及设计要求

1) 实验系统的原理框图和二阶被控对象的模拟电路图如图3-1与图3-2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

实验电路参考单元：U7、U10

2) 系统性能指标要求

系统的速度误差系数 1/s ，超调量%10≤p δ，系统的调整时间1≤s t s 。 据K v 要求可得：

5)15.0(lim 0

0=+→S S K S s ，50=K )

2(10)15.0(5)(0+=

+=

S S S S S G 令a

S S S D ++=2)(，则校正后的开环传递函数为

)

2()(10)2(102)(2

n n S S a S S S S a S S S D ξωω+=

+=+?++= 由上式得 10=n ω，a n =ξω2，取2

1＝ξ，则

47.4102

12==a

s

s

s s S S S D 22.015.0145.022.015.0147.4247.42)(++?

=++?=++=

所以校正后系统的模拟电路图如下图所示。

图3-3 校正后二阶系统的模拟电路图 S

S S C R S C R R S D 22.015.012.2)1()1(R )(221112++=?++=

，为使校正后的5=v

K ，要求对象K 由5增至10。

R 1=500K ，C 1=1uF 。

45.0R R 1

2

=，K R 2202=，uF C 12＝ 实验电路参考单元：U8、U7、U9、U11、U14 2．D(S)的离散化算法

图3-4 数—模混合控制的方框图 图3-3中D(S)的离散化可通过数据采集卡的采样开关来实现。

传递函数与Z 传递函数间的相互转换，可视为模拟滤波器与数字滤波器之间的转换。常用的转换方法有：

a) 阶跃响应不变法（或用脉冲响应法） b) 后向差分法

5K v ≥

c) 双线性变换 1) 阶跃跃响应不变法

)](1

[)(1s D s L t u -=

)()(kT u kT u s =

)]([)]([)(kT u Z kT u Z z u s ==

)(kT u －数字滤波器在阶跃作用下输出响应的)(kT u )(kT u s －模拟滤波器在阶跃作用下输出响应的采样值)(kT u s

11)]([E(Z)

U(Z)D(Z)-=

=

z kT u Z s

S S

S D 22.015.01)(++=

，54.427.11)22.01(5.01)(++=++=S S S S S S U t e t u 54.427.11)(-+=

)

1)(1()27.1(27.2127.111)(1

54.411

54.4154.41----------+-=-+-=z e z z e z e z z u t t T 据此得

154.4154.41

1)27.1(27.211)(E(Z)U(Z)D(Z)------+-=

-==z e z e z z U T T

即 1)-)e(k (1.27-2.27e(k)1)-U(k U(k)54.454.4T T e e --++= 2) 后向差分法

令 )1()()(--≈k e k e t de ，T dt =

T

k e k e dt t de )

1()()(--≈

∴

后向差分S 与Z 之间关系为

T

z S 1

1--=，代入D(S)表达式中得 1111

22.015.05.022

.01122

.0115

.01)()()(----+--+?

+=-+-+==Z T Z T T T

Z T Z Z D Z E Z U 于是得

)1(22

.05

.0)(22.05.0)1(22.022.0)(-+-+++-+=

k e T k e T T k U T k U

3) 双线性变换

由泰勒级数得 s T

e

s T

2

12

+≈，s T e s T

212-≈-

111121122

121--+-?

=+-?=?-+

≈∴z z T S Z Z T S s T s

T

Z 或，代入D(s)得 )

1(44.0)1()1()1(11T 20.22111T 20.51D(Z)11111

111

---------++++-=

+-?

?++-??+=Z Z T T Z Z Z Z Z Z 111144.044.01)1()1(44.01)44.0()44.0()1()1()()(----+----+?

+=--+--+=Z T

T Z T T T

Z T T Z T T z E z U

即 )1(44.01)(44.01)1(44.044.0)(-+--+++-+-=k e T

T k e T

T k u T

T k u

3．数字控制器（阶跃响应不变法）的程序编写与调试示例 dim pv,sv,ei,eix,op,opx,Ts ‘变量定义 sub inputdata () ‘输入接口程序

pv=myobject.inputdata1 ‘AD1通道的采样值 end sub

sub main() ‘主程序 sv=1.5 ‘设定值 Ts=0.1

ei=sv-pv ‘控制偏差

op=exp(-4.54*Ts)*opx+(2.27*ei-(1.27+exp(-4.54*Ts))*eix)*0.45 eix=ei ‘eix 为控制偏差的前项 opx=op ‘opx 为控制输出的前项 if op<=-5 then op=-5 end if

if op>=4.8 then op=4.8

end if ‘输出限幅 end sub

sub outputdata() ‘输出接口程序 myobject.outputdata1=op ‘控制器的输出 end sub

双线性变换法、后向差分变换法对D(S)离散化后的编程请参考THBDC-1上位机安装目录下的“VBS 脚步程序\计算机控制技术”目录内参考示例程序。

s

2

T s 2T Ts

e

e e Z -==

实验四数字PID调节器算法的研究

一、实验目的

1．学习并熟悉常规的数字PID控制算法的原理。

2．学习并熟悉积分分离PID控制算法的原理。

3．掌握具有数字PID调节器控制系统的实验和调节器参数的整定方法。

二、实验设备

1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验台。

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(含上位机软件“THBDC-1”) 。

三、实验内容

1．利用本实验平台，设计并构成一个用于混合仿真实验的计算机闭环实时控制系统；

2．采用常规的PI和PID调节器，构成计算机闭环系统，并对调节器的参数进行整定，使之具有满意的动态性能；

3．对系统采用积分分离PID控制，并整定调节器的参数。

四、实验原理

在工业过程控制中，应用最广泛的控制器是PID控制器，它是按偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）组合而成的控制规律。而数字PID控制器则是由模拟PID控制规律直接变换所得。

在PID控制规律中，引入积分的目的是为了消除静差，提高控制精度，但系统中引入了积分，往往使之产生过大的超调量，这对某些生产过程是不允许的。因此在工业生产中常用改进的PID算法，如积分分离PID算法，其思想是当被控量与设定值偏差较大时取消积分控制；当控制量接近给定值时才将积分作用投入，以消除静差，提高控制精度。这样，既保持了积分的作用，又减小了超调量。

五、实验步骤

1．启动计算机，在桌面双击图标THBDC-1，运行实验软件。

2．点击工具栏上的“通道设置”，在弹出的对话框中选择单通道采集、通道“1”，并点击“开始采集”按钮。

3．按图4-1和图4-2连接一个二阶被控对象闭环控制系统的电路，该电路的输出与数据采集卡的输入端AD1相连，电路的输入与数据采集卡的输出端DA1相连。待检查电路接线无误后，启动实验台的“电源开关”，并将锁零按钮处于“不锁零”状态。

4．点击工具栏上的“脚本编辑器”，在弹出的窗口中点击“打开”按钮。在“数字PID调节器算法”文件夹下选中“位置式PID”脚本程序并打开，阅读、理解该程序。然后在“脚本编辑器”窗口上点击“运行”按钮，用示波器观察图4-2输出端的响应曲线。

5．在“脚本编辑器”窗口上点击“停止”按钮，利用扩充响应曲线法（参考本实验附录4）整定PID控制器的P、I、D及系统采样时间Ts等参数，然后再运行。在整定过程中注意观察参数的变化对系统动态性能的影响。

6．在“脚本编辑器”窗口上点击“打开”按钮，在“数字PID 调节器算法”文件夹下选中“增量式PID ”脚本程序并打开，阅读、理解该程序。然后在“脚本编辑器”窗口上点击“运行”按钮，用示波器观察图4-2输出端的响应曲线，并根据上一步整定PID 控制器参数的方法，整定P 、I 、D 及系统采样时间Ts 等参数。在整定过程中注意观察参数的变化对系统动态性能的影响。

7．在“脚本编辑器”窗口上点击“打开”按钮，在“数字PID 调节器算法”文件夹下选中“积分分离PID ”脚本程序并打开，阅读、理解该程序。然后在“脚本编辑器”窗口上点击“运行”按钮，用示波器观察图4-2输出端的响应曲线。选择合适的分离阈值tem(具体可参考上位机脚本程序)，并整定PID 控制器的P 、I 、D 及系统采样时间Ts 等参数。在整定过程中注意观察参数的变化对系统动态性能的影响。

8．实验结束后，关闭“脚本编辑器”窗口，并顺序点击对话框中的“停止采集”与工具栏的“退出”按钮。 六、实验报告要求

1．绘出实验中二阶被控对象在各种不同的PID 控制下的响应曲线。 2．编写积分分离PID 控制算法的脚本程序。

3．分析常规PID 控制算法与积分分离PID 控制算法在实验中的控制效果。 七、附录

1．被控对象的模拟与计算机闭环控制系统的构成

图4-1 数-模混合控制系统的方框图

图中信号的离散化通过数据采集卡的采样开关来实现。 被控对象的传递函数为： )

15.0)(1(5

)2)(1(10)(++=

++=

s s s s S G 它的模拟电路图如下图所示

图4-2 被控二阶对象的模拟电路图

实验电路参考单元：U7、U10 2．常规PID 控制算法 常规PID 控制位置式算法为

})]1()([)()({)(1

∑=--+

+

=k

i d

i

p k e k e T

T i e T T

k e k k u

对应的Z 传递函数为

)1(11

)()(D(Z)11

---+-+==Z K z K K Z E z U d i P

式中K p ---比例系数

K i =i

p T T K 积分系数，T 采样周期

K d ＝T

T K d

p

微分系数 其增量形式为

)]2()1(2)([)()]1()([)1()(-+--++--+-=k e k e k e K k e K k e k e K k u k u d i p

3．积分分离PID 控制算法

系统中引入的积分分离算法时，积分分离PID 算法要设置分离阈E 0： 当 │e(kT)│≤│E 0│时，采用PID 控制，以保持系统的控制精度。

当 │e(kT)│>│E 0│时，采用PD 控制，可使δp 减小。积分分离PID 控制算法为：

∑=--++=k

j d i e p k e k e K jT e K K k e K k u 0

)1()([)()()(

式中K e 称为逻辑系数： 当│e(k)│≤│E0│时， Ke=1 当│e(k)│>│E0│时， Ke=0 对应的控制方框图为

图4-3 上位机控制的方框图

图中信号的离散化是由数据采集卡的采样开关来实现。 4．数字PID 控制器的参数整定

在模拟控制系统中，参数整定的方法较多，常用的实验整定法有：临界比例度法、阶跃响应曲线法、试凑法等。数字控制器参数的整定也可采用类似的方法，如扩充的临界比例度法、扩充的阶跃响应曲线法、试凑法等。下面简要介绍扩充阶跃响应曲线法。

扩充阶跃响应曲线法只适合于含多个惯性环节的自平衡系统。用扩充阶跃响应曲线法整定PID 参数的步骤如下：

① 数字控制器不接入控制系统，让系统处于开环工作状态下，将被调量调节到给定值附近，并使之稳定下来。

② 记录被调量在阶跃输入下的整个变化过程，如右图所示。

③在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间τ和被控对象时间常数Tx，以及它们的比值Tx/τ

扩充阶跃响应曲线法通过测取响应曲线的τ、Tx参数获得一个初步的PID控制参数，然后在此基础上通过部分参数的调节（试凑）使系统获得满意的控制性能。

5．位置式PID数字控制器程序的编写与调试示例

dim pv,sv,ei,k,ti,td,q0,q1,q2,mx,pvx,op ‘变量定义

sub inputdata () ‘输入接口程序

pv=myobject.inputdata1 ‘AD1通道测量值

end sub

sub main() ‘主程序

sv=1.5 ‘给定值

k=0.5 ‘比例系数P

ti=20 ‘积分时间常数I

td=0 ‘微分时间常数D

ei=sv-pv ‘控制偏差

if k=0 and ti=0 and td=0 then

q0=0 ‘比例项

q1=0 ‘积分项

q2=0 ‘微分项

end if

if k<>0 and ti<>0 then

q0=k*ei

mx=k*0.1*ei/ti ‘积分增量

q2=k*td*(pvx-pv)/0.1

end if

if ti=0 then

q0=K*ei

q1=0

mx=0

q2=k*td*(pvx-pv)/0.1

end if

if mx>5 then ‘积分增量限幅

mx=5

end if

if mx<-5 then

mx=-5

end if

q1=q1+mx

pvx=pv

op=q0+q1+q2 ‘PID控制器的输出

IF op <=-5 then

op=-5

end if

if op>=5 then

op=5

end if ‘输出限幅

end sub

sub outputdata() ‘输出接口程序

myobject.outputdata1=op ‘输出值给DA1通道

end sub

位置式PID、积分分离PID控制算法的编程请参考THBDC-1上位机安装目录下的“VBS 脚步程序\计算机控制技术”目录内参考示例程序。

实验五串级控制算法的研究

一、实验目的

1．熟悉串级控制系统的原理，结构特点；

2．熟悉并掌握串级控制系统两个控制器参数的整定方法。

二、实验设备

1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验台

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(含上位机软件“THBDC-1”)

三、实验内容

1．设计一个具有二阶被控对象的串级控制系统，并完成数-模混合仿真。

2．学习用逐步逼近法整定串级控制系统所包含的内，外两环中PI控制器的参数。

四、实验原理

计算机串级控制系统的原理方框图如图5-1所示：

图5-1 串级控制系统方框图

串级控制系统的主要特点是在结构上有两个闭环。位于里面的闭环称为副环或副回路，它的给定值是主调节器的输出，即副回路的输出量紧跟随着主调节器的输出而变化。副回路的主要作用是：一、能及时消除产生在副回路中的各种扰动对主控参量的影响；二、增大了副对象的带宽，从而加快了系统的响应。在外面的那个闭环称为主环或主回路，它的控制作用是不仅实现主控参量c(t)最终等于给定值r(t)，而且使c(t)具有良好的动态性能。

图5-1中信号的离散化是通过数据采集卡的采样开关来实现的，D1(Z)、D2(Z)是由计算机实现的数字调节器，而其控制规律用得较多的通常是PID调节规律。

五、实验步骤

1．启动计算机，在桌面双击图标THBDC-1，运行实验软件。

2．点击工具栏上的“通道设置”，在弹出的对话框中选中“双通道”并选择相应的通道“1-2”，然后点击“开始采集”按钮。

3．根据图5-1与5-2，连接一个二阶被控对象闭环控制系统的模拟电路，并将该电路的u1输出点与数据采集卡的输入端AD1相连，u2输出点与数据采集卡的输入端AD2相连，该电路的输入端则与数据采集卡的输出端DA1相连。待检查电路接线无误后，启动实验台的“电源开关”，并将锁零按钮处于“不锁零”状态。

4．点击工具栏上的“脚本编辑器”，在弹出的窗口中点击“打开”按钮。在“计算机控制算法”文件夹下选中“串级控制实验”脚本程序并打开，阅读、理解该程序，然后在“脚本编辑器”窗口上点击“运行”按钮，用示波器观察图5-2中u1 、u2输出端各自的响应曲线。然

后用逐步逼近法（参考本实验附录3的参数整定）整定串级控制系统的主调节器和副调节器相应的P 、I 、D 参数。在整定过程中，注意观察参数的变化对系统动态性能的影响。

5．实验结束后，关闭“脚本编辑器”窗口，并顺序点击对话框中的“停止采集”与工具栏的“退出”按钮。 六、实验报告要求

1．绘出实验中二阶被控对象的模拟电路图。 2．根据串级控制器的算法编写脚本程序。 3．绘制实验中被控对象的输出波形。 七、附录

1．被控对象的传递函数及模拟电路

被控对象的传递函数与模拟电路图如图5-2所示。

其传递函数为：)12.0)(15.0(5

)(++=S S S G

2．常规的PI 控制算法

常规的PI 控制律为 ])(1)([)(0

?+

=t

i

p d e T t e K t u ττ

对于用一阶差分法离散后，可以得到常规数字PI 的控制算法： )(()]1()([)1()(k e I k e k e p k u k u +--+-=

这里P 、I 参数分别为p K P =，i

p T T

K I =

图5-2 二阶受控对象的模拟电路图

实验电路参考单元：U11、U13、U5 3．逐步逼近整定法的整定步骤：

1) 外环断开，把内环当作一个单闭环控制系统，并按单闭环控制系统的PID 控制器参数的整定方法，整定内环PID 控制器的参数。

2) 将内环PID 控制器参数置于整定值上，闭合外环。如把内环当作外环中的一个等效环节，则外环又成为一个单闭环控制系统，再按单闭环控制系统的PID 控制参数的整定方法（如扩充响应曲线法），整定外环PID 控制器的参数。

3) 将外环PID 控制参数置于整定值上，闭合外环，再按以上方法整定内环PID 控制器的

参数。至此，完成了一次逼近循环。如控制系统性能已满足要求，参数整定即告结束。否则，就回到步骤2）。如此循环下去，逐步逼近，直到控制系统的性能满足要求为止。

4．串级控制程序的编写与调试示例

dim pv1,sv1,ei1,ei1x,ei1xx,k1,ti1,td1,q10,q11,q12,op1 ‘变量定义

dim pv2,sv2,ei2,ei2x,ei2xx,k2,ti2,td2,q20,q21,q22,op2,Ts ‘变量定义

sub inputdata () ‘输入接口程序

pv1=myobject.inputdata1

pv2=myobject.inputdata2 ‘两个输入通道值

end sub

sub main() ‘主程序

sv1=1.5 ‘给定值

k1=1.5

k2=2

ti1=8

ti2=2

td1=0 ‘k1、ti1、td1主调节器的PID参数

td2=0 ‘k2、ti2、td2副调节器的PID参数Ts=0.1 ‘采样时间

‘****************主控制回路*********************

ei1=sv1-pv1

if k1=0 and ti1=0 and td1=0 then

q10=0 ‘比例项

q11=0 ‘积分项

q12=0 ‘微分项

end if

if k1<>0 and ti1<>0 then

q10=k1*(ei1-ei1x)

q11=k1*Ts*ei1/ti1

q12=k1*td1*(ei1-2*ei1x+ei1xx)/Ts

end if

if ti1=0 then

q10=K1*(ei1-ei1x)

q11=0

q12=k1*td1*(ei1-2*ei1x+ei1xx)/Ts

end if

ei1xx=ei1x

ei1x=ei1

op1=op1+q10+q11+q12

IF op1<=-5 then

op1=-5

end if

if op1>=5 then ‘对主调节器的输出值进行限幅

op1=5

end if

‘****************副控制回路*********************

sv2=op1 ‘主调节器的输出作为副调节器的给定值ei2=sv2-pv2

if k2=0 and ti2=0 and td2=0 then

q20=0

q21=0

q22=0

end if

if k2<>0 and ti2<>0 then

q20=k2*(ei2-ei2x)

q21=k2*Ts*ei2/ti2

q22=k2*td2*(ei2-2*ei2x+ei2xx)/Ts

end if

if ti2=0 then

q20=K2*(ei2-ei2x)

q21=0

q22=k2*td2*(ei2-2*ei2x+ei2xx)/Ts

end if

ei2xx=ei2x

ei2x=ei2

op2=op2+q20+q21+q22

IF op2<=-5 then

op2=-5

end if

if op2>=5 then

op2=5

end if ‘输出限幅

end sub

sub outputdata() ‘输出接口程序

myobject.outputdata1=op2 ‘输出值给DA1通道

end sub

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

《计算机控制技术基础》复习资料.doc

《计算机控制技术基础》复习资料 第一章绪论 自动控制系统：在没有人参与的情况下，通过控制器使生产过程|'|动地按照预定规律运行的系统。 开环控制系统：指无被控量反馈的控制系统，即需要控制的是被控对象的某一量，而测量的只是给定信号，被控量对于控制作用没有任何影响的系统。 闭环控制系统：指有被被控景反馈的控制系统，即系统的输出信号沿反馈通道又回到系统的输入端，构成闭合通道的系统。 典型工业生产过程：连续过程（流体）、离散过程（固体）、批量过程（连续过程和离散过程交替进行）。 计算机控制系统：利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工业控制机）来实现生产过程日动控制的系统。 计算机控制系统的组成：计算机（工.业控制机）和生产过程。工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，包括硬件和软件。硬件包括主机板、内部总线和外部总线、人机接口、磁盘系统、通信接口、输入输出通道。软件包括系统软件和应用软件，系统软件包括实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序，应用软件是系统设计人员针对某个生产过程而编制的控制和管理程序，包括过程输入程序、过程控制程序、过程输出程序、人机接口程序、打印显示程序和公共了程序等。生产过程包括被控对象和测量变送、执行机构、电气开关等装置。 计算机控制系统的工作原理：①实时数据采集：对来日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，并按己定的控制规律, 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。 计算机控制系统的工作过程：测量、计算、控制、管理。 在线方式：生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式; 离线方式：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称为离线方式或脱机方式。实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，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。实时的概念不能脱离具体过程，一个在线的系统不一定是一个实时的系统，但一个实时控制系统必定是在线系统。 计算机控制系统的典型型式：（1）操作指导控制系统（DAC）（定义：计算机测得的信号数据，根据一定的控制算法，计算出供操作人员选择的最优操作条件及操作方案。优点：结构简单，控制灵活和安全。缺点：开环控制。由人操作，实时性差，不能控制多个对象o）（2）直接数字控制（DDC）（定义：计算机通过模拟量输入通道、开关量输入通道实时采集数据, 然后按照一定的控制规律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量输出通道、开关量输出通道直接控制生产过程。优点：能够实现自动控制、多回路控制，能够灵活的把各种算法施加于生产过程。这种结构是计算机控制的最基本结构！）（3）监督控制系统（SCC）（定义: 计算机根据原始丁艺信息和其它参数，按照描述生产过程的数学模型或其它方法，自动地改变模拟调节器或以直接数字控制方式工作的微型机中的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况。优点：计算机坏了，模拟仪表可以直接控制；DDC计算机可以直接控制，SCC计算机只是采集，优化；这实际上是一种不存在上下级通信的两级控制，只存在传逆设定值的关系。提

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

计算机控制技术基础知识测试(doc 18页)

计算机控制技术基础知识测试(doc 18页)

计算机控制技术复习资料 1.计算机控制系统的控制过程是怎样的? 计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤： (1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。 (2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。 (3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。 2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？ (1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。 (2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。 (3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。 3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 由四部分组成。 图1.1微机控制系统组成框图 (1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。 (2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。过程输入通道把生产对象的被控

计算机控制技术实验3

1.1、某系统的开环传递函数为 432 20 G(s)= 83640s s s s +++ 试编程求系统在单位负反馈下的阶跃响应曲线，并求最大超调量。 Matlab 命令： clc;clear all ; num=[20];den=[1 8 36 40 0]; [num,den]=cloop(num,den,-1); s=tf(num,den); step(s,20);

Step Response Time (sec) A m p l i t u d e 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.2、典型二阶系统 22 2 G()2n n n s s s ωξωω=++ 编程求当ωn =6,ζ取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0时的单位阶跃响应曲线。 Matlab 命令： clc;clear all ; wn=6;kesi=[0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.5 2.0];

hold on ; for n=1:7 num=[wn^2];den=[1 2*kesi(n)*wn wn^2]; s=tf(num,den); step(s,20); end hold off ; Step Response Tim e (sec) A m p l i t u d e

1.3、典型二阶系统传递函数为： 2 2 2 2)(n n n s s s G ωξωω++= 绘制当ζ=0.7,ωn 取2、4、6、8、10、12时的单位阶跃响应曲线。 Matlab 命令： clc;clear all ; wn=[2 4 6 8 10 12];kesi=0.7; hold on ; for n=1:6; num=[wn(n)^2];den=[1 2*kesi*wn(n) wn(n)^2]; s=tf(num,den); step(s,20); end hold off ;

计算机控制技术实验二

一、 实验目的 （1）对PID 数字控制的改进算法用MATLAB 进行仿真。 二、 实验内容 1、积分分离PID 控制算法 在普通PID 控制中，积分的目的是为了消除误差提高精度，但在过程的启动、结束或大幅度增减设定是，短时间内系统输出有很大偏差，会造成PID 运算的积分积累，致使控制量超过执行机构可能允许的最大动作范围对应的极限控制量，引起系统较大的超调，甚至引起系统较大的振荡，这在生产中是绝对不允许的。 积分分离控制基本思路是，当被控量与设定值偏差较大时，取消积分作用，以免由于积分作用使系统稳定性降低，超调量增大；当被控量接近给定值时，引入积分控制，以便消除静差，提高控制精度。其具体实现步骤是： 1） 根据实际情况，人为设定阈值ε>0； 2） 当ε>)(k e 时，采用PD 控制，可避免产生过大的超调，又使系统有较快的响应； 3） 当ε≤)(k e 时，采用PID 控制，以保证系统的控制精度。 积分分离算法可表示为： ∑=--++=k j d i p T k e k e k T j e k k e k k u 0 ) 1()()()()(β 式中，T 为采样时间，β为积分项的开关系数，?? ?>≤=ξ ξ β|)(|0|)(|1k e k e 仿真1 设备控对象为一个延迟对象1 60)(80+=-s e s G s ，采样周期为20s ，延迟时间为4个 采样周期，即80s 。输入信号r(k)=40，控制器输出限制在[-110,110]。 3,005.0,8.0===d i p k k k 被控对象离散化为)5()2()1()2()(-+--=k u num k y den k y 仿真方法：仿真程序：ex9_1.m 。当M=1时采用分段积分分离法，M=2时采用普通PID 控制。 %Integration Separation PID Controller clear all ; close all ; ts=20; %Delay plant sys=tf([1],[60,1],'inputdelay',80); dsys=c2d(sys,ts,'zoh'); [num,den]=tfdata(dsys,'v');

计算机控制系统实验报告2

江南大学物联网工程学院 《计算机控制系统》 实验报告 实验名称实验二微分与平滑仿真实验 实验时间2017.10.31 专业班级 姓名学号 指导教师陈珺实验成绩

一、实验目的与要求 1、了解微分对采样噪音的灵敏响应。 2、了解平滑算法抑制噪音的作用。 3、进一步学习MATLAB 及其仿真环境SIMULINK 的使用。 二、仿真软硬件环境 PC 机，MATLAB R2012b 。 三、实验原理 如图微分加在正反馈输入端，计算机用D(Z)式进行微分运算。R 为阶跃输入信号，C 为系统输出。由于微分是正反馈，当取合适的微分时间常数时，会使系统响应加快。若微分时间常数过大，则会影响系统稳定性。 四、D(Z)设计 1、未平滑时的D(Z) 用一阶差分代替微分运算： )1()()()(1--==Z T T Z X Z Y Z D D 式中T Ｄ为微分时间常数，T 为计算机采样周期。 2、平滑后的D(Z) 微分平滑运算原理如图： 取Y ＊(k)为四个点的微分均值，有 )331(6)()()( )33(6 )5 .15.05.05.1(4)( 321321221*-----------+==∴--+=-+-+-+-= Z Z Z T T Z X Z Y Z D X X X X T T X X X X X X X X T T K Y D K K K K D K K K K D x t + ○R

五、SIMULINK仿真结构图 七、思考题 1、微分噪音与采样噪音和采样周期T有什么关系?与微分时间常数有什么关系? 2、平滑后系统输出有无改善?是否一定需要平滑?

计算机控制技术

《计算机控制技术》课程教学大纲 课程名称：计算机控制技术 英文名称：The Technology of Control Based On The Computer 课程类型：专业基础选修课 总学时：48 讲课学时：40 实验学时：8 学时：48 学分：3 适用对象：自动化专业、测控技术与仪器 先修课程：自动控制原理、现代控制理论、微机原理及应用、单片机原理及应用 一、课程性质、目的和任务 《计算机控制技术》是自动化专业的一门重要的专业基础课。课程的教学目的在于使学生掌握通过计算机来实现自动控制的工作原理和一般的方法，掌握计算机控制系统的分析和设计的基本理论和方法。在本课程的教学过程中，着重突出阐述基本的数字控制器的设计方法，针对计算机控制系统的特点，介绍具体的数字控制器的设计技术。最后，通过对目前国内典型的计算机控制系统的举例及分析，使学生能够更加具体地了解以数字控制器为核心的计算机控制系统的一般设计过程和在控制方法上的特点。通过课程学习，培养学生分析问题与解决问题的能力，培养学生一定的动手能力，为进一步学习专业知识以及毕业后从事专业工作打下必要的基础。 二、教学基本要求 本课程主要以线性离散控制系统为研究对象，进行系统的分析与设计。学完本课程应达到以下基本要求： 1．了解计算机控制系统的组成、特点及分类，典型的计算机控制系统和计算机控制系的发展方向。 2．了解计算机控制系统基本的输入输出接口技术和输入输出通道的组成及其作用。 3．掌握线性离散系统的基本理论和分析方法。 4．掌握数字PID控制算法，并在此基础上能进行计算机控制系统的模拟化设计。 5．熟练掌握计算机控制系统的直接设计方法。 6．了解纯滞后对象的特点及其控制算法——大林算法。 三、教学内容及要求 1．绪论 ①理解计算机控制系统的组成及特点； ②理解计算机控制系统的分类； ③了解典型的计算机控制系统； ④了解机控制系统的发展方向。 2．输入输出接口和通道 ①了解I/O接口与I/O控制方式； ②了解I/O通道的组成、分类及其作用；

计算机控制技术习题—广州工业大学

1.1 什么是计算机控制系统？它由哪几个部分组成？ 1.2 计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？ 1.3 实时、在线方式和离线方式的含义是什么？ 1.4 工业控制机的哪几个部分组成？各部分的主要作用是什么？工业控制机的特点有哪些？ 1.5 什么是总线、内部总线和外部总线？ 1.6 PC总线和STD 总线各引线的排列和含义是怎样的？ 1.7 RS-232C 和 IEEE-488 总线各引线的排列和含义是怎样的？ 2.1 什么是接口、接口技术和过程通道？ 2.2 采用74LS244和74LS273与PC总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量）输入接口和8路数字量(开关量)输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字输入和数字输出程序。 2.3 采用8位 A/D 转换器 ADC0809 通过 8255A 与PC总线工业控制机接口，实现8路模拟量采集。请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序。 2.4 用12位 A/D 转换器 AD574 通过 8255A 与PC总线工业控制机接口，实现模拟量采集。请画出接口原理图，并设计出A/D转换程序。 2.5 请分别画出一路有源I/V变换电路和一路无源I/V变换电路图,并分别说明各元器件的作用？ 2.6 什么是采样过程、量化、孔径时间？ 2.7 采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟器输入通道中都需要采样保持器？为什么？ 2.8 一个8位 A/D 转换器，孔径时间为100μs, 如果要求转换误差在A/D 转换器的转换精度 (0.4 %) 内，求允许转换的正选波模拟信号的最大频率是多少？ 2.9 试用 8255A 、AD574、LF398、CD4051 和PC总线工业控制机接口，设计出8路模拟量采集系统。请画出接口电路原理图，并编写相应的8路模拟量的数据采集程序。 2.10 采用DAC0832和PC总线工业控制机接口，请画出接口电路原理图，并编写D/A转换程序。 2.11 采用 DAC1210 和PC总线工业控制机接口，请画出接口电路原理图，并编

《计算机控制系统》实验手册

《计算机控制系统》实验手册 上海海事大学电气自动化系施伟锋 上海海事大学电气自动化实验中心李妮娜 目录 1《计算机控制系统》实验指导(Matlaｂ版) (2) 实验一数字PID参数的整定 (3) 实验二Ｓmith算法的运用..........................................５实验三二阶对象数字控制系统设计..............................７实验四达林控制算法的运用 (9) 2 《计算机控制系统》实验指导(DSP版） (11) 实验一实验系统介绍与CＣS软件使用入门 (11) 实验二数字I/O实验—交通灯实验 (26) 实验三PWM输出实验１——直流电机控制实验 (30) 3 《计算机控制系统》课程设计指导（Ｍatlab版）………3３ 4 《计算机控制系统》课程设计指导（DSＰ版) (35) 5 《计算机控制系统》课程设计报告或小论文格式 (40)

《计算机控制系统》实验指导 （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Ｓiｍuli ｎk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。

《计算机控制技术》习题参考答案完整版

《计算机控制技术》 （机械工业出版社范立南、李雪飞） 习题参考答案 第1章 1．填空题 (1) 闭环控制系统，开环控制系统 (2) 实时数据采集，实时决策控制，实时控制输出 (3) 计算机，生产过程 (4) 模拟量输入通道，数字量输入通道，模拟量输出通道，数字量输出通道 (5) 系统软件，应用软件 2．选择题 (1) A (2) B (3) C (4) A (5) B 3．简答题 (1) 将闭环自动控制系统中的模拟控制器和和比较环节用计算机来代替，再加上A/D转换器、D/A转换器等器件，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图所示。 计算机控制系统由计算机（通常称为工业控制机）和生产过程两大部分组成。工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。 (2)

操作指导控制系统：其优点是控制过程简单，且安全可靠。适用于控制规律不是很清楚的系统，或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。其缺点是它是开环控制结构，需要人工操作，速度不能太快，控制的回路也不能太多，不能充分发挥计算机的作用。 直接数字控制系统：设计灵活方便，经济可靠。能有效地实现较复杂的控制，如串级控制、自适应控制等。 监督计算机控制系统：它不仅可以进行给定值的控制，还可以进行顺序控制、最优控制、自适应控制等。其中SCC+模拟调节器的控制系统，特别适合老企业的技术改造，既用上了原有的模拟调节器，又可以实现最佳给定值控制。SCC+DDC的控制系统，更接近于生产实际，系统简单，使用灵活，但是其缺点是数学模型的建立比较困难。 集散控制系统：又称分布式控制系统，具有通用性强、系统组态灵活，控制功能完善、数据处理方便，显示操作集中，调试方便，运行安全可靠，提高生产自动化水平和管理水平，提高劳动生产率等优点。缺点是系统比较复杂。 计算机集成制造系统：既能完成直接面向过程的控制和优化任务，还能完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理的任务。但是计算机集成制造系统所要解决的不仅是局部最优问题，而是一个工厂、一个企业乃至一个区域的总目标或总任务的全局多目标最优，即企业综合自动化问题。 现场总线控制系统：成本低、可靠性高，而且在同一的国际标准下可以实现真正的开放式互联系统结构。 嵌入式控制系统：嵌入式控制系统是面向特定应用而设计的、对功能、

第四章 计算机控制技术实验

计算机控制技术实验 班级：电信131 姓名：高博言 学号：201301242 7

一．实验目的 1、了解模/数转换器A/D芯片ADC0809转换性能及编程。 2、编制程序通过0809采样输入电压并转换成数字量值。 二．实验说明 模/数转换实验框图见图4-2-1所示。 图4-2-1 模/数转换实验框图 模/数转换器（B8单元）提供IN4~IN7端口，供用户使用，其中IN4、IN5有效输入电平为0V～+5V，IN6和IN7为双极性输入接法，有效输入电平为-5V～+5V，有测孔引出。 二．实验内容及步骤 （1）将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔，作为模/数转换器（B7）输入信号： B1单元中的电位器左边K3开关拨下（GND），右边K4开关拨上（+5V）。 （2）测孔联线：B1（Y）→模/数转换器B7（IN4）（信号输入）。 （3）运行、观察、记录： 运行LABACT程序，选择微机控制菜单下的模/数转换实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后，在虚拟示波器屏幕上显示出即时模/数转换二进制码及其对应的电压值；再次点击开始，将继续转换及显示，满17次后回到原点显示。 屏幕上X轴表示模/数转换的序号，Y轴表示该次模/数转换的结果。每次转换后将在屏幕出现一个“*”，同时在“*”下显示出模/数转换后的二进制码及对应的电压值，所显示的电压值应与输入到模/数转换单元（B7）的输入通道电压相同。每转换满17次后，将自动替代第一次值。输入通道可由用户自行选择，默认值为IN4。

一．实验目的 1、掌握数/模转换器DAC0832芯片的性能、使用方法及对应的硬件电路。 2、编写程序控制D/A输出的波形，使其输出周期性的三角波。 二．实验说明 数/模转换实验框图见图4-1-1所示。 图4-1-1 数/模转换实验框图 三．实验内容及步骤 在实验中欲观测实验结果时，只要运行LABACT程序，选择微机控制菜单下的数/模转换实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后将自动加载相应源文件，可选用虚拟示波器 （B3）单元的CH1测孔测量波形，详见实验指导书第二章虚拟示波器部分。 4.3.1 采样实验 一．实验目的 了解模拟信号到计算机控制的离散信号的转换—采样过程。 二、实验内容及步骤 采样实验框图构成如图4-3-1所示。本实验将函数发生器（B5）单元“方波输出”作为

计算机控制系统设计性实验 (1)

《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5个题目。 三、系统控制框图： 控制系统硬件框图

四、设计题目： 1、瓦斯气体浓度控制系统： 要求：准确测量和显示瓦斯的浓度，其主要成分是甲烷、一氧化碳、氢气等瓦斯浓度在4﹪以下是安全的，大于4﹪就会引发爆炸很危险。控制算法对气体浓度有预判性，控制通风系统工作，保证环境安全稳定。 a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。 2、酒精浓度自动控制系统： 要求：测量范围10-1000PPM、精度为5PPM。设计传感器的信号调理电路。实现以下要求： 设计信号调理将传感器输出0.2-1.4 V的信号转换为0-5V直流电压信号； a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。 3、恒温箱控制系统： 要求：恒温箱温度控制在70℃-80℃之间，精度0.5℃，有越线报警。并具有断电保护、报警等功能。 a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。

计算机控制技术AD与DA转换实验

深圳大学实验报告课程名称：计算机控制技术 实验项目名称：实验一A/D与D/A转换学院： 专业： 指导教师： 报告人：学号：班级： 实验时间： 实验报告提交时间： 教务部制

一．实验目的 1．通过实验，熟悉并掌握实验系统原理与使用方法。 2．通过实验掌握模拟量通道中模数转换与数模转换的实现方法。 二．实验内容 1．利用实验系统完成测试信号的产生 2．测取模数转换的量化特性，并对其量化精度进行分析。 3．设计并完成两通道模数转换与数模转换实验。 三．实验步骤 1．量化实验： a、实验接线，实验箱上信号源部分的斜波信号接到I1，I2 接O1。 b、打开LabVIEW 软件参考程序实验一.VI 。 c、R0=R1=R2=R3=R4=100K 。 d、锁零接-15V 2．两路互为倒相的周期斜波信号的产生： a、模拟电路如下图 1.1 所示。 b、实验接线如图所示，其中R0=R1=R2=R3=R4=100K 。O1 为周期斜波信号，O2 为偏 置值，I1，I2 互为倒相的周期信号。 c、锁零接-15V 。 d、打开LabVIEW 软件参考程序实验一.VI 。 3．测试信号的发生： a、实验接线，O1 接I1。 b、打开LabVIEW 软件参考程序实验一.VI ，分别通过测试信号选项栏来改变信号发生 类型，分别为正弦波、方波、斜波、和抛物线四种波形。 R2R4 O1 R0 O2 R1- + + R3 - + + I 1 I 2 图1.3

实验截图：

四、实验结论

指导教师批阅意见： 成绩评定： 指导教师签字： 年月日备注： 注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。 2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。

《计算机控制技术》实验指导书

工程技术学院电子与控制工程系实验指导书 《计算机控制技术》实验指导书 制订人：胡东 2010年4月

目录 实验一 A/D与D/A转换实验 (3) 实验二数字PID控制算法的实验研究 (10) 实验三最少拍数字控制器的设计 (15)

实验一 A/D与D/A转换实验 一、实验目的与要求 1、了解几种类型AD转换的原理；掌握使用ADC0809进行模数转换 2、了解几种类型DA转换的原理；掌握使用DAC0832进行数模转换 2、认真预习实验内容，做好准备工作，完成实验报告。 二、实验设备 天煌系列实验仪一套、PC机一台、万用表一个。Proteus软件一套。 三、实验内容 1、ADC0809(F3区) (1) 模数转换器，8位精度，8路转换通道，并行输出 (2) 转换时间100us，转换电压范围0～5V 2、编写程序：制作一个电压表，测量0～5V，结果显示于数码管上。 3、利用Proteus设计DAC仿真电路，编写仿真程序，进行DA实验仿真。利用DA转换

五、实验步骤 1、连线说明： 2、调节0～5V电位器（F2区）输出电压，显示在LED上，第4、5位显示16进制数据，第0、1、2位，显示十进制数据。用万用表验证AD转换的结果。 3、实验记录 旋转电位器，使电压从0V～5V变化。读取数码管显示数据，记录电压值与转换出来的数字量。填入下表： 3、数据分析 （1）计算数字理论值和误差，填入上表。 （2）绘制电压与转换出数字量曲线。 在坐标纸上以电压为横坐标，以数字量为坐标绘制。 4、利用Proteus构建仿真电路，进行编程仿真。 （1）打开Proteus V7.4 SP3软件。从元件库中找到下列元件： ①电容: CAP ②极性电容： CAP-POL ③晶振：CRYSTAL

智慧树知到《计算机控制技术》章节测试含答案

智慧树知到《计算机控制技术》章节测试含答 案 智慧树知到《计算机控制技术》章节测试含答案绪论单元测试 1.计算机控制技术是实现自动化的主要方法和手段。A :对B: 错答案： 【对】 第一章单元测试 1.自动控制系统是指在没有人参与的情况下，通过控制器使 生产过程自动地按照预定规律运行的系统。（）A:错B:对答案: 【对】 2.操作指导控制系统的最大优点是：结构简单，控制灵活和 安全。（）A:对B:错答案： 【对】 3.直接数字控制的特点是：闭环结构，控制的实时性好，可 以控制多个回路或对象。（）A:错B:对答案： 【对】 4.在现代工业屮，计算机控制系统的工作原理的基本步骤是 O o A :实时控制输出B:实时控制决策C:实时数据采集D:实时数据传输答案： 【实时控制输出；实时控制决策；实时数据采集】

5.在现代工业屮，计算机控制系统由计算机和两大部分组 成。（）A:过程通道B:外部设备C:生产过程D:被控对象答案: 【生产过程】 &微型计算机控制系统的硬件由（）组成。A :主机B:输入输出通道C:测量变送与执行机构D:外部设备答案： 【主机；输入输出通道；测量变送与执行机构；外部设备】 7.计算机控制系统主要有六类，分别是直接数字控制系统.操 作指导控制系统?计算机监督控制系统.（）.现场总线控制系统. 综合自动化系统。O A:计算机集成制造系统B:数控系统C:分布式控制系统D:计算机集成过程系统答案： 【计算机集成制造系统】 8.分布式控制系统DCS包括（）,形成分级分布式控制。A : 集屮监控级B:现场设备级C:过程控制级D:综合管理级答案：【集屮监控级；现场设备级；过程控制级；综合管理级】 9.分布式控制系统DCS的最大优点是：结构简单，控制灵活和安全。（）A:错B:对答案： 【错】 10.计算机监督控制系统（SCC）中，SCC计算机的作用是 （）o A :当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作B:按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机C:接收测量值和管 理命令并提供给DDC计算机D:SCC计算机与控制无关答案：【按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机】

计算机控制系统实验报告

《计算机控制系统》实验报告 学校：上海海事大学 学院：物流工程学院 专业：电气工程及其自动化 姓名：*** 学号：************

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： 将比例度置于较大值，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。

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');