西安交大自动化专业XXXX计算机控制专题试验

1、计算机控制专题实验 一、实验目的 掌握计算机控制系统各个环节的设计以及系统的组成。 通过实验使学生能够 较熟练地设计计算机控制系统的各个环节和完整的系统， 熟练掌握系统的调试和 控制器参数的整定方法。巩固和深化理论教学内容，培养学生的工程实践技能， 综合运用所学专业知识解决实际问题的能力。 二、实验设备 1计算机一台 2数据采集卡 PCI-9112 卡一块，端子板 LD-9188 一块及电缆 3温度控制箱一套 4WindowsXP 系统， Matlab 软件， ADLINK 软件包。 （Labview 软件） 三、实验内容与要求 1 了解温度控制系统的构成，熟悉各环节的工作原理。掌握Matla

2、bGUI 设 计系统监控画面及编程方法。 2 熟练应用 MatlabGUI 设计系统监控画面，要求监控画面中有： 1）控制 系统名称“温度监控系统”与“设计人：” ，2）显示实时温度控制曲线， 横坐标为 时间单位秒，纵坐标为 温度，范围为 0100C，加网格， 3）数字显示 实时温度，与控制输出， 4）显示控制棒图，标记温度设定值，实时温度，控制 输出， 5）设定值温度与 PID 三个参数，并可以实时修改， 6）可选的优化方法， 7）有运行，停止，保存，结束等按钮功能。 3 设计编写采样、滤波、 PID 控制及优化算法等相关程序。 4完成 PID 参数整定，调试出稳定的温度控制系统，观察并分析

3、过程控制 的 PID 整定规律。保存最佳的整定参数与控制曲线图。 四、实验硬件与软件说明 1数字采集卡： 数据采集卡 PCI-9112插在主板上的 PCI插槽中，包含数字信号与模拟信号两 种。模拟信号有两种模拟输入： 16路单端模拟输入（ A0A15 ）和8路差分模拟输 入（AL0AL7/AH0AH7 ），2路模拟量输出（ AO1 和AO2）。引脚图见图 1 图 1 16路单端模拟输入和 8路差分模拟输入引脚图 引脚说明：(模拟输入 /输出与定时计数器) AI n Analog Input Channel n (single-ended) AIH n Analog High Input Cha

4、nnel n (differential) AIL n Analog Low Input Channel n (differential) ExtRef n External Reference Voltage for D/A CH n AO n Analog Output Channel n ExtCLK External Clock Input ExtTrig External Trigger Signal CLK Clock input for 8254 GATE Gate input for 8254 COUT n Signal output of Counter n V.ERF Vo

5、ltage Reference A.GND Analog Ground GND Ground 实验中采用单端输入与输出，模数转换通道选用 A/D 的0号通道和数模转换 通道选用 D/A 的0号通道。 图 2 数据采集卡与端子板联接图 系统中数据采集卡 PCI-9112与端子板 PCLD-9188连接示意图如图 2所示： CN3为PCI-9112的模拟量通道连接端口， CN1和CN2为数字量通道连接端口，实 验中只连接模拟量通道 CN3 。 初次安装按照系统提示对数据采集卡进行初始化设置， ADLINK 软件包中含 有硬件驱动的软件，实验中需要安装 PCI-9112的驱动程序。 2ADLINK

6、软件包说明： ADLINK 软件包包含了数据采集卡的软硬件驱动程序和用户手册， 首先阅读 Software Installation Guide手册，掌握数据采集卡的设备驱动与软件驱动的安装。 开始设 计时可以 通过用户 手册NuDAQ/NuIPC9112 Series掌 握数据采 集卡 PCI9112及编程的有用信息，但其后面的例程主要针对C 语言，编程可参阅 ADLINK 软 件 包 中 的 PCI-DASK 的 用 户 手 册 。 通 过 NuDAQ ACLD Series Termination Boards Users Manual 端子板用户手册，查看 ACLD-9188 的资料。

7、 针对 Matlab 的驱动需要了解安装 ADLINK 软件包中的 DAQ-MTLB 应有软 件，通过阅读该软件的用户手册 DAQ-MTLB Manual 掌握 Matlab 对数据采卡进 行输入输出的方法。通过 DAQ-MTLB-Utilities-PCI Configure Utility 对数据采 集卡进行设置。 五、实验报告要求 1分组与验收 实验按小组进行， 每组不超过 2 人，实验经指导老师验收合格方可通过， 每 组提交一份实验报告 2实验报告 封面要求： 1）专题实验名称 2）姓名，学号，班级，手机号 3）实验指导老师 4）实验地点 5）提交报告时间 内容要求： 1）硬件系统构成

8、。 2）软件系统安装方法。 3）应用 MatlabGUI 进行监控画面的设计过程。 2）程序的设计过程， PID 算法及优化算法、滤波、采样频率、数字采集卡 的读写等关键部分要做重点说明。 3）PID 参数的整定规律与结果分析。 4）保存最佳的时实控制画面。 5）设计与调试过程中遇到的问题与解决方法。 6）程序清单（必须加注中文注释） 。 7）实验总结。 六、实验评分标准 实验成绩根据每组同学的基本概念掌握， 实验动手参与， 实验完成情况， 实 验报告 4 部分综合评定。 七、实验安排 第7周布置实验任务， 第 79周编程调试，第 1112周验收。提早完成的同 学可以提前验收。 八、实验指导老

9、师：景洲，王永昌 办公室：西一楼 313、315 室 联系电话：景洲手），82664112（办） 王永昌手），82660248（办） 2011 年 10 月 PCI-9112凌华 PCI 采集卡 特性 32 位 PCI 总线（带有总线主控 DMA功能） 12 位模拟量输入分辨率 16 路单端或 8 路差动模拟量输入 卡上带有 A/D FIFO 通道自动扫描功能选择 最高 110 KHz A/D 采样频率 增益可编程： x0.5, x1, x2, x4, x8 双极性或单极性输入信号 三种 A/D 触发模式：软件触发、可编程定时器触发与外部触发

10、 16 位数字量输入与 16 位数字量输出 两个 12 位模拟量输出通道 3 个独立可编程 16 位计数器 紧凑的半长卡结构 37-pin D 型连接器 规格 模拟量输入（ A/D ） 转换器： B.B. ADS774 或其它等效的转换器，逐次逼近型 分辨率： 12 位 输入通道： 16 路单端或 8 路差动 输入范围：（可编程） 双极性： +10V, +5V, +2.5V, +1.25V, +0.625V 单极性： 010V, 05V, 02.5V, 01.25V 转换时间： 8 sec 采样频率：最大 110KS/s 最大输入过载电压： 35V 精度： GAIN=0.5, 1 0.01%

11、of FSR 1 LSB GAIN=2,4 0.02% of FSR 1 LSB GAIN=8 0.04% of FSR 1 LSB 输入阻抗： 10 M 触发模式：软件、可编程定时器与外部触发 数据传输方式：软件控制、中断、总线主控 DMA 模拟量输出（ D/A ） 通道数： 2 分辨率： 12 位 输出范围： 内部参考电压：（单极性） 05V 或 010V 外部参考电压：（单极性） 010V或 0-10V 转换器： DAC7541或其它等效转换器 建立时间： 30 sec 线性度： +1/2 LSB 输出驱动能力：最大 +5 mA 数字量 I/O （ DIO） 通道数： 16DI/16DO 信号类型： TTL 兼容 可编程计数器 器件： 8254 A/D 触发定速：带有 2 MHz 时间基准的 32 位定时器（两个 16 位定时器级联） 计数器：一个 1