计算机控制实验报告

0 计算机控制技术计算机控制技术 实验报告实验报告 班级 班级 学号 学号 姓名 姓名 信息工程学院信息工程学院 2016 2017 22016 2017 2 精品文档 1欢迎下载 实验实验 1 1 D AD A 转换实验转换实验 实验名称 实验名称 D AD A 转换实验转换实验 一 实验目的一 实验目的 学习 D A 转换器原理及接口方式 并掌握 TLC7528 芯片的使用 二 实验原理二 实验原理 TLC7528 芯片 它是 8 位 并行 两路 电压型输出数模转换器 会将数字信号转换成模 拟信号 三 实验内容三 实验内容 本实验输入信号 8 位数字信号 本实验输出信号 锯齿波模拟信号 本实验数 模转换器 TLC7528 输出电路 预期实验结果 在虚拟示波器中显示数字信号转换成功的锯齿波模拟信号的波形图 四 实验结果及分析四 实验结果及分析 记录实验结果如下 结果分析 为什么会出现这样的实验结果 请用理论分析这一现象 D A 就是将数字量转化为模拟量 然后通过虚拟示波器显示出来 表现为电压的变化 2 实验实验 2 2 采样与保持实验 采样与保持实验 实验名称 实验名称 信号采样与保持信号采样与保持 一 实验目的一 实验目的 1 熟悉信号的采样与保持过程 2 学习和掌握采样定理 3 学习用直线插值法和二次曲线插值法还原信号 二 实验原理二 实验原理 香农 采样 定理 若对于一个具有有限频谱 W Wmax 的连续信号 f t 进行采样 当 采样频率满足 Ws 2Wmax 时 则采样函数 f t 能无失真地恢复到原来的连续信号 f t Wmax 为信号的最高频率 Ws 为采样频率 三 实验内容三 实验内容 本实验输入信号 正弦波模拟信号 本实验输出信号 正弦波数字信号 本实验采样信号 方波 预期实验结果 1 在模拟示波器中成功显示采样与保持的正弦波信号 2 成功在模拟示波器中还原输入的正弦波信号 四 实验结果及分析四 实验结果及分析 记录实验结果如下 精品文档 3欢迎下载 零阶保持 增大采样周期失真 直线采值 4 二次曲线 结果分析 为什么会出现这样的实验结果 请用理论分析这一现象 实验实验 3 3 数字滤波实验 数字滤波实验 实验名称 实验名称 数字滤波数字滤波 一 实验目的一 实验目的 1 学习和掌握一阶惯性滤波 2 学习和掌握四点加权滤波 二 实验原理二 实验原理 一般现场环境比较恶劣 干扰源比较多 消除和抑制干扰的方法主要有模拟滤波和数字 滤波两种 由于数字滤波方法成本低 可靠性高 无阻抗匹配 灵活方便等特点 被广泛应 用 下面是一个典型数字滤波的方框图 精品文档 5欢迎下载 三 实验内容三 实验内容 本实验输入信号 正弦信号干扰信号 本实验输出信号 正弦波模拟量 本实验采样信号 周期为 5ms 的方波 本实验被控对象 预期实验结果 输入为带有毛刺的正弦波 经过滤波后 输出为正弦波信号 四 实验结果及分析四 实验结果及分析 记录实验结果如下 6 结果分析 不同采样周期对实验结果的影响 使用理论分析这一结果 数字滤波要选择合适的数字滤波 否则会造成电路的不稳定 在实际应用中 对于参数变化 缓慢的 如温度 可用惯性滤波 对于参数变化快的信号可用加权平均滤波 实验实验 4 4 积分分离 积分分离 PIDPID 控制实验控制实验 实验名称 实验名称 精品文档 7欢迎下载 一 实验目的一 实验目的 1 了解 PID 参数对系统性能的影响 2 学习凑试法整定 PID 参数 3 掌握积分分离式 PID 控制规律 二 实验原理二 实验原理 本实验中 采用位置式 PID 算式 在一般的 PID 控制中 当有较大的扰动或大幅度改变 给定值时 会有较大的误差 以及系统有惯性和滞后 因此在积分项的作用下 往往会使系 统超调变大 过渡时间变长 为此 可采用积分分离式 PID 控制算法 即 当误差 e k 较 大时 取消积分作用 当误差 e k 较小时才将积分作用加入 8 三 实验内容三 实验内容 本实验输入信号 方波 本实验输出信号 从震荡到单一稳定值 本实验被控对象 一个二阶环节和一个惯性环节 预期实验结果 改变 3 个参数 会使系统更稳定 加快系统响应 减少超调量 四 实验结果及分析四 实验结果及分析 记录实验结果如下 1 未引入积分分离 精品文档 9欢迎下载 2 引入积分分离 3 将 KP 由 8000H 改为 6000H 4 将 KP 由 8000H 改为 9999H 10 5 将 TD 由 0008H 改为 0001H 6 将 TD 由 0008H 改为 0018H 精品文档 11欢迎下载 7 将 TI 由 0018H 改为 0008H 8 将 TI 由 0018H 改为 0088H 12 结果分析 从上面图片中可以看出 引入积分分离法后 降低了系统输出的超调量 并缩短了调节时间 当增大 Kp 时 将加快系统响应 但过大会导致系统稳定性变差 增大 TD 时 有利于消除静 差 减小超调 减小振荡 增大 TI 时 有利于加快系统响应 减小超调量 精品文档 13欢迎下载 实验实验 5 5 带死区的 带死区的 PIDPID 控制控制 一 实验目的一 实验目的 1 掌握带死区的 PID 控制规律 二 实验原理二 实验原理 在计算机控制系统中 某些系统为了避免过于频繁的控制动作 为了消除由于频繁动作 所引起的震荡 通常采用带死区的 PID 控制系统 该系统实际上是一个非线性控制系统 其 基本思想是 可以按实际需要设置死区 B 当误差的绝对值 e k B 时 P K e k U K 以 PID 运算的结果输出 三 实验内容三 实验内容 本实验输入信号 方波信号 本实验输出信号 震荡收敛的稳定波形 本实验被控对象 一个一阶惯性环节和一个二阶惯性环节 预期实验结果 输出带死区的 PID 控制信号 四 实验结果及分析四 实验结果及分析 记录实验结果如下 死区宽度为 00H 14 死区宽度为 02H 精品文档 15欢迎下载 结果分析 带死区的 PID 控制响应曲线 C 产生了轻微的震荡 但其偏差在规定范围内 控制量 U 的 输出动作频率比积分分离式明显的降低了 从而降低了机械磨损 如果死区宽度 B 值取得太大 则系统将产生较大的滞后 如果 B 值取得太小 使调节器 输出过于频繁 达不到预期的效果 实验实验 6 6 简易工程法整定简易工程法整定 PIDPID 参数参数 一 实验目的一 实验目的 1 学习并掌握扩充临界比例度法整定 PID 参数 2 学习并掌握扩充响应曲线法整定 PID 参数 二 实验原理二 实验原理 扩充临界比例法是对模拟调节器中的临界比例度法的推广 在工程实践中最常用 其参数整 定步骤如下 1 选择一个足够小的采样周期 tT 一般取系统纯滞后时间的 1 10 以下 2 使系统闭环工作 只用比例控制 增大比例系数 kp 直到系统等幅振荡 记下此 时临界比例系数 Kpu 和临界震荡周期 Tu 3 选择控制度 1 05 2 0 控制度是指数字调节器和模拟调节器控制效果之比 4 根据控制度 查表 3 4 1 计算出采样周期 T 和 Kp Ti Td 三 实验内容三 实验内容 本实验输入信号 方波信号 本实验输出信号 等幅振荡信号 本实验被控对象 一个二阶环节和一个惯性环节 预期实验结果 输出一个等幅振荡信号 四 实验结果及分析四 实验结果及分析 记录实验结果如下 16 结果分析 临界比例度法是闭环试验整定方法 依赖系统在某种运行状态下特性信息对调节器参数 进行整定 实验通过 Kp TD TI 控制系统稳定性 参数既不可过大也不可过小 否则无法 得到等幅振荡的波形 简易工程整定法是由经典的频率法简化而来的 虽然粗糙一点 但是 简单易行 适于现场的实时控制应用 实验实验 7 7 最少拍控制实验 最少拍控制实验 实验名称 实验名称 一 实验目的一 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 实验原理二 实验原理 最少拍控制是一种直接数字设计方法 所谓最少拍控制 就是要求闭环系统对于某种特 定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态 使系统输出值尽快地跟踪期望值的变化 他的闭环 z 传递函数具有形式 在这里 N 使可能情况下的最小正整数 这一传递函数表明 闭环系统的脉冲响应在 N 个采样周期后变为零 从而意味着系统在 N 拍之内到达稳态 三 实验内容三 实验内容 本实验输入信号 方波信号 本实验输出信号 有纹波和无纹波 精品文档 17欢迎下载 本实验被控对象 一个二阶环节和一个惯性环节 预期实验结果 输出有纹波和无纹波 四 实验结果及分析四 实验结果及分析 记录实验结果如下 无纹波 C 和 OUT 有纹波 C 和 OUT 18 结果分析 最小拍控制系统对输入形式的适应性差 当系统的输入形式改变 尤其是存在随机扰动 时 系统的性能变坏 最小拍控制系统对参数的变化很敏感 在实验过程中 随着外部条件的变化 对象参数 的变化是不可避免的 以及计算机在计算过程中产生的误差 从而使得实际输出可能偏离期 望值 虽然在采样时刻系统输出与所跟踪的参考输入一致 但在两个采样时刻之间 系统的输 出存在着纹波或振荡 精品文档 19欢迎下载 实验实验 8 8 大林算法 大林算法 一 实验目的一 实验目的 1 掌握用大林算法实现对纯滞后系统的控制 2 掌握振铃消除的方法 二 实验原理二 实验原理 大林算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数 相当于一个纯滞后环节和一个惯 性环节相串联 1 1 1 e1e1e1 e1e1 1 NTTT TT ZZK Z ZZG Z ZD 式中 T 采样周期 被控对象时间常数 闭环系统的时间常数 K 被控对象的增益 三 实验内容三 实验内容 本实验输入信号 方波信号 本实验输出信号 未消除振铃的信号与消除振铃的信号 本实验被控对象 一个二阶环节和一个惯性环节 预期实验结果 分别输出未消除振铃的信号与消除振铃的信号 四 实验结果及分析四 实验结果及分析 记录实验结果如下 未消除振铃 20 消除振铃 精品文档 21欢迎下载 结果分析 大林算