计控新实验箱实验指导(学生)

1、实验一采样与保持器实验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一采样过程。二、实验内容及步骤采样实验框图构成如图431所示。本实验将函数发生器（b5）单元“方波输出”作为 采样周期信号，正弦波信号发生器单元（b5）输出正眩波，观察在不同的采样周期信号对 止眩波采样的影响。实验步骤：图4-3-1采样实验框图（1）将函数发生器（b5）单元的正弦波输出作为系统输入，方波输出作为系统采样周期 输入。 在显示与功能选择（d1）单元中，通过上排右按键选择“方波/正弦波”的指示灯亮, （b5）模块“方波输出”测孔和“正弦波输出”测孔同时有输出。'方波'的指示灯也亮，

2、调节b5单元的“设定电位器1”，使之方波频率为80hz左右（d1单元右显 ）。 再按一次上排右按键，“正弦波”的指示灯亮（'方波'的指示灯灭），b5的量程选择开 关s2置上档，调节“设定电位器2”，使之正弦波频率为0.5hz （d1单元右显示）。调节b5 单元的“正弦波调幅”电位器，使之正弦波振幅值输出电压二2.5v左右（d1单元左显示）。（3）构造模拟电路：按图4-3-1安置短路套及测孔联线，表如下。1正弦波信号输 入b5 （正弦波输出sin） ->b3 （虚拟示波器）ch1 （选xi档）2采样周期信号b5 （方波输出）一b8输入（irq6）（4）运行、观察、记录: 复

3、核输入信号：运行lab act程序,选择界面的“工具”菜单选中“双迹示波器” （alt+w）项，弹岀双迹示波器的界面，点击开始,用煨拟示波器观察系统输入信号（正弦波和方波）。 再运行lab act程序,选择微机控制菜单下的采样和保持菜单下选择采样实验项 目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击旺始后将自动加载相应源文件，即可选用木实验配套 的虚拟示波器（b3）单元的ch1测孔测量波形 在显示与功能选择（d1）单元中，按上排右按键选择“方波/正弦波”的指示灯亮， '方波'的指示灯也亮，调节b5单元的“设定电位器1”，慢慢降低采样周期信号频率，观察输出波形。四.实验报告要求：按下表记录下

4、各种频率的采样周期下的输出波形。采样周期（hz）806040201052采样/保持器实验一. 实验目的i .了解判断采样/保持控制系统稳立性的充要条件。2. 了解采样周期t对系统的稳定性的影响。3. 掌握控制系统处于临界稳定状态时的采样周期t的计算。4. 观察和分析采样/保持控制系统在不同采样周期t时的瞬态响应曲线。二. 实验内容及步骤闭环采样/保持控制系统实验构成电路如图4-34所示。1. 计算图434所示的实验被控系统的临界稳定的采样周期t,观察输出端（c）波形。2. 改变实验被控系统的参数，计算被控系统的临界稳定采样周期t,观察输出端（c） 波形，並把临界稳定采样周期t计算值和测量值填入

5、实验报告。图4-3-4闭环采样/保持控制系统实验构成电路实验步骤：注：'sst，用'短路套'短接！（1）将函数发生器（b5）单元的矩形波输出作为系统输入r。（连续的正输出宽度足够大的 阶跃信号） 在显示与功能选择（d1）单元中，通过波形选择按键选中'矩形波'（矩形波指示灯 亮。 b5的量程选择开关s2置下档，调节“设定电位器1”，out正输出宽度6秒（d1 单元左显示）。 调节b5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=2.5v（d1单元右显示）。（2）构造模拟电路：按图4-3-4安置短路套及测孔联线，表如下。模块号跨接座号1a1s4, s82a2s

6、i, s63a3s3, s10, s114a5s3, s7, s105b5's-st'（a）安置短路套（3）运行、观察、记录:1输入信号rb5 (out) -al (hl)2运放级联al (out) -* a2 (hl)3送调节器输入a2a (outa) - b7 (in7)4调节器输出b2 (out2) - a3 (hl)5运放级联a3 (out) - a5 (hl)6负反馈a5a (outa) -a2 (h2)7'中断请求线b5 (s) -b8 (1rq6)8示波器联接a5a (outa) ->b3 (chi)9x 1档b5 (out) ->b3 (ch

7、2)（b）测孔联线 复核输入信号：运行lab act程序,选择界面的“工具”菜单选中“双迹示波器” （alt+w）项，弹出双迹示波器的界面，点击开始,用虚拟示波器观察系统输入信号。 运行lab act程序,选择微机控制菜单下的采样和保持菜单下选择采样/保持实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击瑾后将自动加载相应源文件，运行实验程序，使 用虚拟示波器ch1通道观察a5a单元输出outa （c）的波形。 该实验的显示界面的采样周期t （界面右上角）可由用户点击“停止”键后，在界 面上直接修改，改变这些参数后，只要再次点击“开始”键,即可使实验机按照新的控制参 数运行。 采样周期t设定为10ms、

8、30ms和50ms ,使用虚拟示波器ch1通道观察a5a 单元输出outa （c）的波形。观察相应实验现象。记录波形，并判断其稳定性。三. 实验报告要求：按下表改变图4-3-4所示的实验被测系统，画出系统模拟电路图。 调整输入矩形波宽度26秒，电压幅度=2.5v。计算和观察被测对象的临界稳定的采样周期t,填入实验报告。实验二数字pid控制实验积分常数ti惯性常数t增益k临界稳定的采样周期t计算值测量值0020.220.550.2020.220.551标准pid控制算法一. 实验要求1. 了解和常握连续控制系统的pid控制的原理。2. 了解和掌握被控对象数学模型的建立。3. 了解和掌握数字pid

9、调节器控制参数的工程整定方法。4. 观察和分析在标准pid控制系统中，p.i.d参数对系统性能的影响。二. 实验内容及步骤（1）确立模型结构本实验采用二个惯性环节串接组成实验被控对象，ti=0.2s, t2=0.5s ko=2ogas） = ! x - « k（）x ?严 °0.5s + 1 0.2s + 10 tos + 1（2）被控对象参数的确认被控对象参数的确认构成如图4-5-10所示。本实验将函数发生器（b5）单元作为信号发 生器，矩形波输出（out）施加于被测系统的输入端r,观察矩形波从0v阶跃到+2.5v时 被控对象的响应曲线。200k图4-5-10被控对象参数

10、的确认构成实验步骤：注：将'sst，用'短路套'短接！ 在显示与功能选择(d1)单元中，通过波形选择按键选中'矩形波'(矩形波指示灯 亮。 b5的量程选择开关s2置卞档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度2秒(d1单 元左显示)。 调节b5单元的“矩形波调幅”电位器便矩形波输出电压=2.5v(d1单元右显示)。 构造模拟电路：按图4-5-10安置短!路套及测孔联线，表如下。模块号跨接座号1a5s5, s7, s102a7s2, s7, s9, p3b5'sst'(a)安置短路套1输入信号rb5 (out) -a5 (hl)2运放级联a5

11、a (outa) -a7 (hl)3示波器联接b5 (out) ->b3 (chi)4x 1档a7a (outa) ->b3 (ch2)(b)测孔联线 运行、观察、记录：a) 先运行lab act程序,选择界而的“工具”菜单选中“双迹示波器” (alt+w)项, 弹出双迹示波器的界面，点击开始,用虚拟示波器观察系统输入信号。b) 在图4-5-112被控对象响应曲线上测得tl和t2o通常取岭(人)= 0.3岭(oo),从图中可测得= 0.36s通常取岭(°) = 0.7岭(8),从图中可测得t2 = 0.84st =_t| 二 丫2 _t° lnl-y0(t1)-

12、lnl-y0(t2) 0.8473t =上2叩 - y()(t j - tnl -。山)=1.204t -0.3567t2 r _lnl-y0(ti)-lnl-y()(t2)0.8473据上式确认7；和八 =0.567s, t =c) 求得数字pid调节器控制参数心、7、td (工程整定法)t=珀 x1.35(丁/兀)+ 0.272.5(r/7；) + ().5(/7；)21 +0.6(7-/)td =t()x0.37(t/tq)1 + 0.2(r/7)据上式求得数字pid调节器控制参数kp、t“ tdkp=0323, ti=0.357, td=0.0553数字pid闭环控制系统实验图4-5-

13、12 数字pid闭环控制系统实验构成数字pid闭环控制系统实验构成见图4-5-12,观察和分析在标准pid控制系统中，p.i.d 参数对系统性能的影响，分别改变p.i.d参数，观察输出特性，填入实验报告,模块号跨接座号1a1s4, s82a2si, s63a5s5, s7, s104a7s3, s7, s9,p5b5'sst'a）安置短路套1输入信号rb5 (out) -al (hl)2运放级联al (out) -a2 (hl)3送调节器输入a2a (outa) - b7 (in7)4调节器输出b2 (out2) -a5 (hl)5运放级联a5a (outa) -*a7 (hl

14、)6负反馈a7a (outa) ->a2 (h2)7中断b5 (s) -*b8 (irq6)89锁零b5 (s) - b8 (a)b8 (/a) - b8 (irq5)1011示波器联接x 1档b5 (out) b3 (chi)a7a (outa) ->b3 (ch2)（b）测孔联线实验步骤：注：将'sst，用'短路套'短接! 在显示与功能选择（d1）单元中，通过波形选择按键选中'矩形波'（矩形波指示灯 亮。 b5的量程选择开关s2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度22秒（d1 单元左显示）。 调节b5单元的"矩形波调幅”

15、电位器使矩形波输出电压二2.5v （d1单元右显示）。 构造模拟电路：按图4-5-12安置短路套及测孔联线，表如下。（3）运行、观察、记录：运行labact程序,选择 微机控制菜单下的数字pid控制实验下的标准pid控制选项,会弹出虚拟示波器的界面，设置采样周期t=0.05秒，然后点击 开始后将自动加载相应源文件,运行实验程序。 在程序运行中，设置kp=033, ti=036, td=0.055,然后点击发送。 点击停止,观察实验结果。（4）数字pid调节器控制参数的修正采样周期保持t=0.05秒，为了使系统的响应速度加快，可增大比例调节的增益kp （设kp=2）；又为了使系统的超调不致于过大

16、，牺牲一点稳态控制精度，增加点积分时 间常数ti=0.6,微分时间常数td不变，观察实验结果。三.pid控制算法特殊使用1）pd控制算法：在积分时间常数ti栏中，ti被设定为2.45s时，离散化的pid位置控制算式表达式中项被置为零，该实验即变为pd控制算法。t）02）pi控制算法：在微分吋间常数td栏中，ti被设定为0.001s时，离散化的pid位置控制算式表达式中匕伙）-e（k-1）项为零，该实验即变为pi控制算法。3）p控制算法：设定积分时间常数ti为2.45s,微分时间常数td为0.001s时，该实 验即变为p控制算法。四. 实验报告要求（1）用labact实验箱获取被控对象参数to和

17、t ,分别填入下表。（2）选择采样周期t,填入下表。（3）求取数字pid调节需控制参数kp、ti、td （开环整定法），分别填入下表。（4）画出数字p1d闭环控制系统实验构成。（5）画出数字pid闭坏控制系统实验响应曲线（6）记录数字pid闭坏控制系统的超调量mp及上升时间tp分别填入下表。从上表中任选一种实验被控对象，修正数字pid调节器控制参数kp、ti、td,记 录该系统的超调量mp及上升时间tp,分别填入卞表。要求其超调量mpw25%，调节时间ts应尽量小，並从定性的角度写岀pid调节器控制参数kp、ti、td对系统性能的影响。 按下表所示构建实验被控对象：恥）+宀2紀ttotkpti

18、tdmptp11 2 x s + l 0.5s + i021 2xs + l 0.2s + 1031 2 x s + l 0.1s + 1041 20.05x0.5s + 1 0.5s + 151 2x0.5s + 1 0js + 10.0561 20.2s + 1'()s + 10.0271 2x0.1s + 10.1s + i0.012积分分离pid控制算法一. 实验目的1 了解和掌握pid控制系统中的积分饱和现象的产生原因及消除的方法。2. 观察和分析采用积分分离pid控制后，控制性能改善的程度及原因。3. 观察和分析在积分分离pid控制系统中，积分分离法的分离阀值eo对输出波形

19、的影响二、实验内容及步骤在pid控制算法系统中，引进积分分离法，既保持了积分的作用，又减小了超调量， 使得控制性能有了较大的改善。当偏差值|e|比较大时，即|e|>e（）时，p1d控制算法系统中，取消积分控制，采 用pd控制；当偏差值忙伙）|比较小时，即|e伙）| < eo时，采用pid控制，算法可表示为:匕=kpttt0,|e(*)| > eok,e(k)eq积分分离阀值eo,其数值范围为04.9v。积分分离pid控制算法系统构成如图4-5-12所示（与标准pid控制实验构成相同）。 分别观察标准pid控制与积分分离pid控制输出，分析控制性能改善的程度及原因。 实验步骤：

20、同标准pid控制实验。标准pid控制：设置kp=l, ti=036, td=0.055,设置积分分离阀值eo二5v的。 积分分离pid控制：设置kp=l, ti=0.36, td=0.055,设置积分分离阀值eo二2v。 实验结果表明采川了积分分离法pid控制算法，使得控制器超调量减小，系统控制性 能得到改善。三.实验报告要求按4.5.1标准pid控制算法中的实验报告要求所列出的'构建实验被控对象用户 表，构建实验被控对象用户，改变比例调节的增益kp及积分分离控制阀值eo,观察实 验结果。3非线性pid控制算法一、实验目的1. 观察和分析采用非线性pid控制算法实现pid控制后，控制性

21、能改善的程度及原因。2. 观察和分析在非线性pid控制系统中，非线性p1d控制算法的输出阀值po对输出波形 的影响。二. 实验内容及步骤某些系统控制为了避免控制动作过于频繁而引起的振荡，有吋采用非线性pid控制（帯 砰砰的pid控制），其算法可表示为：p（妁二j化，p伙壯儿v伙），伙）化式中，po为输出阀值，其数值范围为0-4.9vo pid控制输出值p（k）大于或等于阀值时, 输出值恒等于阀值po； pid控制输出值小于阀值时，输出值等于标准p1d输出值。非线性p1d控制算法系统构成如图4-51所示。（与标准p1d控制实验构成相同）实验步骤：同标進pid控制实验，（示波器的输入端ch2改连到

22、b2单元输出端out2-调节器输出）。非线性pid控制：设置kp=l, h=0.36, td=0.055,设置输出阀值po=2v0实验结果表明，由于受输出阀值控制，系统控制时间加长了，积分饱和现象也随之增加, 系统超调量也增大了，mp=33%o三. 实验报告要求按4.5.1标准pid控制算法中的实验报告要求所列出的'构建实验被控对象用户 表，构建实验被控对彖用户，改变输出阀值p（）,观察实验结果。4积分分离一砰砰复式pid控制算法一. 实验目的观察和分析采用积分分离-砰砰复式pid控制算法实现pid控制后，控制性能改善的程 度及原因。二、实验内容及步骤本实验用于观察和分析同时引进积分分

23、离法和非线性pid控制后，输入为阶跃信号时 被测系统的pid控制特性。积分分离-砰砰复式pid控制算法可表示为：0,e(k) > £0心|e伙)|饥式中，po为输出阀值，其数值范围为（）4.9v。pid控制输出值p（k）大于或等于阀值 时，输出值恒等于阀值po； pid控制输出值小于阀值时，输出值等于标准pid输出值。式中，eo为积分分离阀值，其数值范围为04.9v。pid控制输出值，当|e（）|>e0时, 也即偏差值e（k）比较大时，采用pd控制 当伙）|<e0时，也即偏差值旧|比较小时, 采用标准pid控制。积分分离砰砰复式pid控制算法系统构成如图4-5-1所

24、示。（与标准pid控制实验构 成相同）实验步骤：同标准pid控制实验，增加积分分离阀值eo和输岀阀值po的设置，（示波 器的输入端ch2改连到b2单元输出端out2）o复式pid控制：设置kp=l, 11=0.36, td=0.055,设置积分分离控制阀值eo=2,输出 控制阀值po=2vo实验结果表明，即有非线性pid控制，而且超调量下降了，mp=6.24%o峰值时间（p为 1.22秒，系统的响应速度，比控制参数按工程整定法的响应曲线加快了，系统控制性能得到 改善。注：当设置输出阀值po=5v时，没有输出阀值控制；当设置积分分离控制阀值eo=5v 吋，没有积分分离控制。c）点击停止,观察实验

25、结果吋三. 实验报告要求按4.5.1标准pid控制算法中的实验报告耍求所列出的'构建实验被控对象用户'表，构建实验被控对象用户，改变输出阀值po,积分分离控制阀值eo,观察实验结果。实验三 直流电机闭环调速实验一. 实验目的1. 了解直流电动机速度闭环控制随动系统的组成和工作原理。2. 了解和掌握连续控制系统的pid控制算法的模拟表达式（微分方程）。3. 掌握速度控制随动系统对象的数学模型实验辩识，並写出其传递函数。4. 了解和掌握数字pid调节器控制参数的工程整定方法。5. 了解和常握采用微分方程直接建立后向差分方程的方法。6. 了解和掌握用labact实验箱数字pid实验被

26、控过程。7. 观察和分析在标准pid控制系统中，p.i.d参数对系统性能的影响。8. 掌握本实验机的pid控制算法中的特殊使用二. 实验内容及步骤用labact实验箱实现直流电机速度控制随动系统的闭环调速（1）数学模型建立及被控对象参数的实验辩识调整频率/电压（f/v）转换静态工作点b1单元中电位器的左边k3开关拨下（gnd）,右边k4开关拨上（+5v）,信号输出 （b1的y测孔）调整为+3.5v （调节方法：调节电位器，用万用表测量y测孔）。y测孔联 线到c2模块电机输入测孔，调整c2模块中的电位器w2,使电机输出电压测孔上的直流电 压等于+3. 5v0实验辩识实验辩识构成见图5-1-8,

27、0-+3. 5v阶跃电压同时加到电机驱动功率放大器输入及二个 惯性环节串联组成的模拟电路输入端。图5-1-8速度控制随动系统对象的数学模型实验测定和辩识构成实验步骤：注：'sst，用“短路套”短接！ 在显示与功能选择（d1）单元屮，通过波形选择按键选中'矩形波'（矩形波指示 灯亮）。 量程选择开关s2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度$2秒（d1单元 左显不）。 调节b5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压二3.5v （d1单元右显示）。 构造模拟电路：按图5-1-8安置短路套及测孔联线，表如下：模块号跨接座号1a3s2, s7, s9,s10, s11

28、2a5s3, s10, s123b5s-st1信号输入b5 (out) f a5 (hl)2运放级联a5a (outa) -a3 (hl)3电机驱动b5 (out) -c2 (电机输入)4示波器联接a3 (out) ->b3 (chi)5(时间量程选为/4)c2 (电压输出)->b3 (ch2) 运行、观察、记录：示波器xi档a) 将函数发生器(b5)单元'矩形波'输出(out)作为信号发生器，施加于系统的输 入端ui,b) 先运行labact程序,选择界面的“工具”菜单选中“双迹示波器” (alt+w)项， 弹出双迹示波器的界面，点击开始,用煨拟示波器观察模拟被控

29、对象所测得的响应曲线与实 际的被控对象的输出响应曲线，见图5-l-3o图5-1-9中一根是直流电机的时域特性曲线，另一根是用模拟放大器构建的模拟对象的 时域特性曲线。傩模拟放大器的结构参数，直至模拟被控对象所测得的响应曲线与实际的 被控对象的响应曲线十分接近为止。山直流电机和用模拟放大器构建的模拟对象的时域特性 曲线相比対，可以仿真出直流电机的模型参数构成，tl=0.1s, t2=0.06s ko=lo列出被控对象的传递函数为：g (s)二 心°(7s + 1)(ts + 1)注：由于被控对彖(包括电机和电机驱动功率放大器、测电机转速传感器及f/v转换 器)有离散性，本实验指导书的被

30、控对象的响应曲线(图5-1-9),不能代表所有的 aedk-labact自控/计控原理实验箱，如要精确测量，应对每台实验箱进行实验测定和辩识。 求取数字pid调节器控制参数心、刀、tda) 在图图5-1-3被控对象响应曲线上测得11和(2。据式(5-1-3)确认 7；和厂。tq =0.1255 , t = 0.04skp=0.7, ti=89,b) 求得数字pid调节器控制参数陷、刁、td (工程整定) 据式(5-1-4)求得数字pid调节器控制参数 心、tdtd=14(3) 用实际对象构成的闭环调速实验当给定直流电机转速u(r)接入后(即在速度示波器的界而上设置'目标值')，

31、与当前 转速值u (t)测 速输出)相比较，其差值e (t)在计算机中进行pid计算，解算成p (t), 经数/模转换器(b2)驱动直流电机，改变电机转速，达到直流电机闭坏调速控制。本实验机实现直流电机的闭坏调速系由数/摸转换器(b2)和直流电机模块(c2)(包括电机测速）纽成。它采用adc0832作为数/模转换，可实现8bit数字输入转换为模拟暈。经 数/模转换后0ut1测孔输出为0、+5v模拟量。改变数/摸转换输入值，就可以控制直流电机 的转速。电机测速是山直流电机带动光栅盘转动，光栅盘上有12个透光孔，光栅盘下有一个光 电断续器，它输出一组频率正比于电机转速的脉冲信号，经过一级74ls1

32、4滤去毛刺后送至 该模块中的f/v转换，通过f/v转换就可以得到表征电机的当前转速的电压值。注意:转速最大为3300转/分钟。本实验釆用了 by25直流电机，根据实验要求，即调速速率（上升时间）、超调量、调节时间及误差，选择pid控制参数，实现直流电机闭环调速控制，观察调速控制曲线。 直流电机闭环调速系统原理框图见图5-1-bo给定转速值u（r）心图5-1-13直流电机闭环调速系统原理框图实验联线:1电机输入b2单元（outl）- c2单元（电机输入）2测速c2单元电机输出（粧）一b7输入（tn4）运行、观察、记录: 运行lab act程序,选择控制系统菜单下的直流电机闭环调速实验项目,就会弹

33、 出速度示波器的界面，点击珈后将自动加载相应源文件，然后设定'转速'参数和pid 控制系数kp、ti、td后，点击发送,即可实现直流电机的闭环调速。注:为了使实验观察 更为方便，本实验采用周期性输出。 在程序运行中，随时可修改'转速参数和控制系数kp、ti、td,然后点击发送, 实现直流电机的闭环调速，无须点击停止;只有在需观察实验结果时，才需点击停止。 该实验的显示界血中“控制系数”栏的比例系数kp （0.002.00）、调节器的积分 时间ti （l199ms）、调节器的微分时间td （0200ms）；均可由用户在界面上直接修改, 以获得理想的实验结果。改变kp、tk

34、 td这些参数后，只要再次点击“发送”键，即可 使实验机按照新的控制参数运行。注：无论实验过程在何时，都可点击发送,但该新参数都将在下一个周期参加运行。 该实验已规定采样周期t=15ms ；“控制系数”栏的 kp、tu td 已设定：kp=0.7, ti=89, td=14；转速：40x50=2000 转/分。（4）数字pid调节器控制参数的修正采样周期保持t=0.015秒，为了使系统的响应速度加快，可增大比例调节的增益kp （设 kp： 1.2）；又为了使系统的超调不致于过大，牺牲一点稳态控制精度，增加点积分时间常 数ti： 100ms,微分时间常数td不变（td： 14ms）,转速：40x

35、 50=2000转/分。注：经过工程整定后获得的微分吋间常数td,般是最佳参数，用户轻易不要修改。注1：完成本实验后应立即把直流电机输入线拔掉，以免长期使用造成直流电机损坏。注2：如在实验过程中发现直流电机失控了，应立即断开电源开关，重新开始。说明：把'用matlab仿真闭环调速实验'输出响应曲线（图5-1-7）与'用模拟被控 对象构成的闭环调速实验输出响应曲线（图5-1-12）相比对，输出响应曲线十分接近，说 明本实验程序是正确。但与实际电机构成的闭环调速实验输出响应曲线（图5-1-15）相 比对时，感到误差较大，这是因为本实验对系统对象的数学模型实验辩识有误，从图5

36、-1-3 的被控对象的响应曲线上也可看出有误差，实际上被控对象的数学模型应是更高价的系统纽 成，这里就不再研允了。三.pid控制算法特殊使用1) pd控制算法：在积分吋间常数ti栏中，ti被设定为200m s时，离散化的pid 位置控制算式表达式中kif-ye(j)项被置为零，该实验即变为pd控制算法。£戶02) pi控制算法：在微分时间常数td栏中，ti被设定为0时，离散化的p1d位置 控制算式表达式中伙)- e伙-1)项为零，该实验即变为pi控制算法。3) p控制算法：设定积分时间常数ti为200ms,微分时间常数td为0时，该实 验即变为p控制算法。注1：完成本实验后应立即把直

37、流电机输入线拔掉，以免长期使用造成直流电机损坏。 注2：如在实验过程中发现直流电机失控了，应立即断开电源开关，重新开始。实验四模拟/数字混合温度闭环控制实验一. 实验目的1、巩固闭坏控制系统的基本概念。2、了解温度的-种采集方法。3、掌握模拟pid算法。4、了解数字控制温度模块加热的原理。二. 实验原理及说明温控模块通常都采用比例、积分和微分控制方式控制，称之谓pid控制。它对于被控 对象的传递函数g(s)难以描述的情况，是一种.应用广泛，行之有效的控制方式。模拟/数字混合温度闭坏控制系统，由模拟pid控制电路、数字化输出电路及温度模块 等组成闭环温度控制系统。用模拟pid控制电路实现温度闭环

38、控制，使温度稳定在某一给 定值上。模拟/数字混合温度闭环控制系统原理框图见图6-1-1。当给定温度u (k)接入后, 与当前温度值u (t)(温度模块的测温输出)相比较，其差值e (t)输入到模拟pid控制电 路，经pid解算成模拟p (t)输出，该输出连接到模数转换器(b7)的in6,然后市本实验 机的cpu形成数字化输出p (k)对温度模块加热。给定温度值由b1模块电位器y测孔给出(输出电压对应温度的对照表见表6-1), w 连接到模数转换器(b7)的in7,经a/d转换后作为给定温度值，在示波器界面上显示。温 度控制模块(c3)的测温输出，经a/d转换后作为实际温度值(其输出值连到模数转

39、换器 (b7)的in4,在示波器界面上显示。图6-1-1模拟/数字混合温度闭环控制系统原理框图1、模拟pid控制的实现图612 pid (比例积分微分)环节模拟电路按比例(p)、积分(i)、微分(d)通过线性组合构成控制量。pid控制算法的模拟表达式是：p(z) = klt) + ie(t)dt+td峥式中，p调节器的输出信号；(/)调节器的偏差信号；心一调节器的比例系数; 7；调节器的积分时间常数；7；调节器的微分时间常数；模拟pid控制的传递函数为： 丛團=k +5 + ks5(s)卩 1s" d由pid模拟电路(图6-1-2)得：rkp =- = 0.5 t. =r1xc, =

40、10s t. =r, xc, =25 r|2、实现温度测温、加热和冷却温控模块采用装在散热器下的热敏电阻进行测温，当温度为0°c时，测温输出为0。 275v,当温度上升，则输出电压增加，当温度80°c时测温输出为+4.48vo温控对象的温度 与测温输出电压对照表见表6-1 o冷却(cool)由74ls273输出q6控制，q6高电平时风扇转动进行冷却。温控模块加热有两种方式，模拟电压加热及脉宽控制加热。 脉宽控制加热：把宽度可调的脉冲加到脉冲加热测孔，(脉冲幅度>2. 5v时将加热, c3单元的'加热'灯亮；脉冲幅度<0. 8v时停止加热，'

41、;加热'灯灭)。 模拟电压加热：把0+5v直流电压加到电压加热测孔，加热时，c3单元的'加热' 灯亮，其加热功率及灯的亮度与加到电压加热测孔的电压成正比。本实验采用脉宽控制加热方式，对温控对象的加热，由本实验机的cpu形成数字化输 出p (k)后，由一个软件减法计数器的符号位进行控制。程序启动后，每个采样周期开始 时，减法计数器的符号被置t',经锁存器74ls73的q8输出“1”，驱动达林顿复合晶体 管t1p122经加热棒对温控对象加热，同时把计算结果p(k)值送至减法计数器，然后由定 时脉冲进行减1。当计数器被减至0后，符号为变成'()'，锁篠

42、 74ls73的q8输出“0”, 关闭加热电路，停止加热。p (k)值越大，加热时间越长,当p (k) >255时，则全程加热；p (k)值越小,加 热时间越短，当p (k) < 0时，则加热时间为0。调节器输出p(k)值的有效范围为0255。加热时，c3单元的led灯亮。冷却由74ls273输出q6控制，q6输出高电平时风扇转 动迹行冷却，q6输出低电平时风扇停止。表6-1温控对彖的温度与测温输出电压对照表温度输出电压温度输出电压温度输出电压温度输出电压温度输出电压(°c)(v)(°c)(v)(°c)(v)(°c)(v)(°c)(

43、v)00. 2374161. 7985322.9511483. 7098644.182810. 3442171.8832333. 0091493. 7465654. 205420. 4501181.9663343. 0656503. 7819664. 227330. 5549192. 0477353. 1205513.8168674. 248640. 6587202. 1274363.1740523. 8503684. 269250. 7614212. 2054373. 2260533. 8829694. 289260. 8629222.2816383. 2766543.9145704. 308670. 9630232. 3561393. 3257553. 9452714. 327481. 0619242. 4289403. 3735563. 9749724.