实验一 A/D与D/A 转换实验
一．实验目的
1．通过实验，熟悉并掌握实验系统原理与使用。
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。
3．熟悉并掌握VBScript语言编写程序
二．实验内容
1．测取模数转换的量化特性，并对其量化精度进行分析。
2．利用实验系统完成测试信号的发生与测试。
3．设计并完成两通道模数转换与数模转换实验。
三、实验设备
1、计算机（含计算机控制技术实验软件）
2、ACT_I计算机控制技术实验箱
3、实验数据转存设备（如U盘）
四、实验原理
1、利用实验箱U2单元产生0～5V的斜坡信号，输入到一路模拟量输入
通道，同时将该模拟信号进行A/D转换后数字信号再进行D/A转换后输入到另一路模拟量输入通道，在上位机软件的界面上测取这两路模拟量输入通道（由虚拟示波器显示）并进行比较，分析转换特性。
2、利用实验箱设计并连接产生两路互为倒相的周期斜坡信号的电路（硬
件联接见图4.1.1），分别输入两路模拟量输入通道I1、I2，在上位机界面的界面上测取它们的模数转换结果，其中O1为上位机程序提供的输出信号（AduC812已经将数字信号转换为模拟信号）。
3、使用VBScript语言编写程序实现各种典型测试信号的产生，用虚拟
示波器察看信号结果。
五．实验注意事项
1、实验前应先阅读第二章。
2、进入实验室后检查PC机与计算机控制技术实验箱的并行接口是否
连接，若未连接，在PC机处于关机状态下将实验箱与PC机的并行接口连接。
3、检查实验箱电源是否连接。
4、在实验箱上连接电路时，应将实验箱电源开关断开后连接。六．实验步骤
1．了解并熟悉实验设备，熟悉上位机的用户界面，学习其使用方法。
（1）启动PC机。为便于操作，建议在D盘新建一个文件夹，文件夹名为“班级姓名”，如：“电气051张三”在该文件夹中新建两个
文件夹，分别为“脚本程序”和“实验数据”，以后的实验程序与
数据都在此中保存。
（2）接通实验箱电源开关，电源开关灯亮。
（3）在PC机上运行上位机软件。点击主菜单中的“系统”，连接下位机。
（4）学习并掌握上位机其他操作：主要包括文件操作、示波器设置、位图保存、脚本语言输入与调出、实验运行与停止等。
2．测取模拟量输入通道模数转换量化特性
（1）断开系统：点击主菜单中的“系统”，断开下位机；关掉实验箱电源。
（2）接线：将实验箱U2单元斜坡信号输出端与实验箱U3单元的模拟量输入通道I1端连接，调节斜坡信号旋钮，可得到0～5V的斜坡信号。
同时，将数字量输出通道O1与模拟量输入通道I2连接。
（3）系统连接：打开实验箱电源，点击主菜单中的“系统”，连接下位机。
（4）设置虚拟示波器：a. 选择“显示模式”为“X-t”；b. 选择量程。
根据脚本程序中实验的“持续时间”来选择，如“持续时间”设置为1000ms,则虚拟示波器量程选择为100ms/div; c. 数据显示：点击主采单中“显示”，根据脚本程序中所使用的信号通道选择相应的显示内容。
（5）程序编写：在脚本编辑器中输入正确脚本程序并保存或调出事先
编好的脚本程序。
（6）运行脚本程序：调节斜坡信号旋钮，点击“执行脚本语言”，运行
脚本程序，将在虚拟示波器观察到一动态波形（波形时间，也是实验时
间，受脚本程序控制，改变脚本程序中“Daq.SetExpLastTime x”的数
值x，就可改变实验时间）
（7）数据保存：点击主采单“文件”下的“保存位图文件”将动态波
形保存为指定路径下的位图文件。
3．互为倒相的周期斜坡信号
（1）断开系统：点击主菜单中的“系统”，断开下位机；关掉实验箱电源。
（2）按照图1.3接线。其中R0=R1=R2，R3=R4；运放任选U9~U16之一。
(3) 打开实验箱电源，点击主菜单中的“系统”，连接下位机。
（4）在脚本编辑器中输入通道初始化函数程序和测试信号发生函数（产生一周期斜坡信号由O1端输入电路）以及运行函数。
（5）设置虚拟示波器。
（6）运行所编写的脚本程序，将在虚拟示波器观察到互为倒相的周期斜坡信号，保存该曲线。
4．软件编程实现测试信号发生
操作步骤与上类似，只是将产生周期斜坡测试信号发生函数分别用正弦信号，周期方波信号，周期锯齿波信号，周期抛物线信号替换。将虚拟示波器观察到的曲线保存。
七．预习思考题
1．阅读第三章并编写实验内容一所需的VBScript脚本语言程序。
2．编写程序实现下列各种典型测试信号的产生，熟悉并掌握程序设计方法；
（1）正弦信号
sin() y A tω?
=+，
2 T
π
ω=
（2）方波（3）锯齿波
1
1
A t T y
T t T
≤<
?
=?
≤<
?
1
1
at t T y
T t T
≤<
?
=?
≤<
?
（4）抛物线
八．实验报告
1． 将各个实验结果保存并打印。
2． 对实验数据进行分析，并完成实验报告。
九．附录
1．两路互为倒相的周期斜坡信号的产生
利用实验设备产生两路相位互差1800的斜坡信号的电路见图1.3，其中R 0＝R 1=R 2，R 3＝R 4。在上位机界面上，编程测试信号为周期斜坡，在O1端得到周期斜坡信号，如图1.4.a 所示，在I2和I1端分别得到如图2.4.b 、2.4.c 所示互为倒相的周期信号。
2．软件编程实现测试信号发生
在上位机软件留给用户的编程接口中，编程实现典型信号的发生如周期斜坡信号、正弦信号，周期方波信号，周期锯齿波信号，周期抛物线信号。下面给出实现互为倒相的周期斜坡信号的产生的编程程序：
‘公共变量定义
2
111 02 0
at t T y T t T ?≤
‘初始化通道参数
Sub Init() ‘函数定义
Daq.SetChannelXNumber 1 ‘ X通道使用A/D通道1
Daq.SetChannelYNumber 2 ‘Y通道使用A/D通道2
Daq.SetSignal1State true ‘ D/A通道1 开通
Daq.SetSignal2State false ‘D/A通道2 关闭
Daq.SetExpLastTime 2000 ‘实验持续时间，2000表示持续2000ms
‘注意此时对应示波器量程选为200才正好占
'示波器整个屏幕
‘改2000为0则表示连续持续Daq.SetExpSamplePeriod 1 ‘设置采样周期，1表示1ms
End Sub ‘函数结束
‘测试信号发生函数
Sub Signal()
Dim eWave(1000) ‘定义测试信号，每个周期1000个点数
Dim i ‘函数内部临时变量的定义
Signal1.SetPeriod 1000 ‘测试信号1的周期设置，1000ms
Signal1.SetAmp 5.0 ‘测试信号1的幅值设置，5.0V
For i=0 To 499 ‘循环500次
eWave(i)=5.0*(i/500) ‘信号产生，此处为斜坡信号，上升沿为500个点
eWave(I+500)=0 ‘令斜坡信号的后500个点为0
Next ‘返回循环
Singnal1.setwave eWave ‘设置信号源1的信号为测试信号eWave
End Sub
‘运行函数
Sub Run()
Daq.SetSignal1Value Signal1.getcursignal() ‘将信号输出至通道1（D/A 1）
End Sub
数据处理
周期斜坡信号：正弦信号：
周期方波信号：周期锯齿波信号：
周期抛物线信号：
实验二数字滤波
一、实验目的
1．通过实验掌握数字滤波器设计方法。
2．学习并掌握数字滤波器的实验研究方法。
二、实验内容
1．产生实验测试用频率可变带尖脉冲干扰的正弦信号。
2．设计并调试数字化一阶惯性滤波器。
3．设计并调试高阶数字滤波器。
三、实验设备
1、计算机（含计算机控制技术实验软件）
2、ACT_I计算机控制技术实验箱
3、实验数据转存设备（如U盘）
四、实验原理
1．测试信号的产生
利用实验装置，设计和连接产生频率可变带尖脉冲干扰正弦信号的电路（参考电路，如图4.2.1所示），并利用数据采集系统采集该电路输出信号，利用上位机的虚拟仪器功能进行测试，根据测试结果调整电路参数，使它满足实验要求；
其中正弦信号与尖脉冲干扰信号由上位机编程实现且由数字量输出口输入。电路输出接模拟量输入口。
2．一阶惯性滤波器及其数字化
一阶惯性滤波器的传递函数为：()1
()()1
F Y s
G s X s s τ=
=
+ 利用一阶差分法离散化，可以得到一阶惯性数字滤波算法：
()()(1)(1)T
T
y k x k y k τ
τ
=
+--
其中T 为采样周期，τ为滤波时间常数。T 和τ必须根据信号频谱来选择。
3．高阶数字滤波器
高阶数字滤波器算法很多，这里给出一种四阶加权平均算法：
1234()()(1)(2)(3)y k A x k A x k A x k A x k =+-+-+-
其中权系数i A 满足：
4
1
1i i A ==∑，类似地，Ai 必须根据信号频谱来选择。
五．实验注意事项
1、进入实验室后检查PC 机与计算机控制技术实验箱的并行接口是否连接，若未连接，在PC 机处于关机状态下将实验箱与PC 机的并行接口连接。
2、检查实验箱电源是否连接。
3、在实验箱上连接电路时，应将实验箱电源开关断开后连接。
4、此实验应在实验一完成之后才能开出。
六、实验步骤
1． 产生实验测试用频率可变带尖脉冲干扰的正弦信号： （1） 接线：在实验箱断电且上位机断开实验的情况下，按图4.2.1所示电路原理搭建实验电路，其中R0=R1=R2，R3=R4。“正弦信号”输入端与实验箱U3单元的O1端连接，“尖脉冲干扰”输入端与实验箱U3单元的O2端连接。运放锁零端G 接到-15V 。
（2） 在PC 机上运行上位机软件。点击主菜单中的“系统”，连接下位机。 （3） 输入产生“正弦信号”与“尖脉冲干扰”的脚本程序以及“一阶惯性滤波器”脚本程序并运行。 （4） 保存波形。
2．根据信号频谱，设计并选择数字化一阶惯性滤波器的参数，编制并运行一阶惯性数字滤波程序，并观察参数变化对滤波效果的影响；保存波形。
3．根据信号频谱，设计并选择高阶数字滤波器的参数，编制并运行高阶数字滤波器的滤波程序，并观察参数变化对滤波效果的影响；保存波形。
4．改变干扰信号，设计产生如带方波干扰的正弦信号，带随机干扰的正弦信
号电路，同上做实验。
七．预习思考题
1、数字滤波有哪些方法？
2、编写实现一阶惯性滤波器与高阶数字滤波器的VB脚本语言程序。八．实验报告
1、将各个实验结果保存并打印。
2、对实验数据进行分析，并完成实验报告。
数据处理：
一阶惯性滤波器：高阶数字滤波器：
1、数字滤波有哪些方法？
答：限幅滤波法、中位值滤波法、平均值滤波法和惯性滤波法。
实验三 数字PID 控制算法的研究
一．实验目的
1．学习并掌握常规数字PID 及积分分离PID 控制算法的原理和应用。 2．学习并掌握数字PID 控制算法参数整定方法。 3．学习并掌握数字控制器的混合仿真实验研究方法。
二．实验内容
1．利用实验设备，设计并构成用于混合仿真实验的计算机闭环控制系统。 2．采用常规数字PID 控制，并用扩充响应曲线法整定控制器的参数。 3．采用积分分离PID 控制，并整定控制器的参数。
三、实验设备
1．计算机（含计算机控制技术实验软件） 2．ACT_I 计算机控制技术实验箱 3．实验数据转存设备（如U 盘）
四、实验原理
1．被控对象模拟与计算机闭环控制系统的构成
用图4.3.1所示电路模拟被控对象，使其传递函数为1
5.05
.215)(+?
+=s s s G
参数可取为u
C k R k R u C k R k R 1,510,200,2,510,100232110=====
=
计算机控制系统的方框图如图4.3.2所示，其中D （z ）为数字PID 控制器。
2．常规数字PID 控制算法
[])1()(){)()(1
--++=∑=k e k e D i e I k Pe k u k
i
这里P 、I 、D 参数分别为T
Td Kp
D Ti
T Kp
I Kp P ===,, 采用增量式形式有：
[][]
)2()1(2)()()1()()1()(-+--++--+-=k e k e k e D k Ie k e k e P k u k u 3. 积分分离PID 控制算法
设积分分离值为EI ，则积分分离PID 控制算法可表示为下式：
??
?>+<++=EI
k e k u k u EI k e k u k u k u k u D P D
I P )()
()()()()()()(
其中
)]1()([)(),()1()(),()(--=+-==k e k e D k u k Ie k u k u k Pe k u D I I p
4. 数字PID 控制器参数整定
PID 参数整定方法很多，本实验采用按扩充阶跃响应曲线法整定PID 。其原理为：记录被调量在阶跃输入下的整个变化过程曲线，在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间τ以及被控时间常数Tt ，算出 Tt/τ，如图4.3.3所示。查表4-1得到Kp,Ki,Kd 及采样周期T 。从而获得一个初步的PID 控制台参数。然后在此基础上通过部分参数的调节获得满意的控制性能。
表4--1
五．实验注意事项
1、使用运算放大器时要将锁零G接-15V。
2、在实验箱上连接电路时，应将实验箱电源开关断开后连接。六．实验步骤
1、常规数字PID控制算法的研究
（1）用图4.3.1所示电路模拟被控对象。其中Om为实验箱的U2单元的O1或O2，In为I1或I2。
（2）构成计算机控制系统的方框图如图4.3.2所示。
（3）启动上位机软件，编写常规数字PID控制算法并运行。
（4）记录实验曲线以及控制参数值。
（5）修改部分控制参数值后再运行，将每次修改后的控制参数值及实验曲线记录。
（6）分析控制参数值的修改对控制性能的影响。
2．积分分离PID控制算法的研究
实验步骤同上。
3．数字PID控制器参数整定
实验步骤请依实验原理自行设计。
七．预习思考题
1、编写实验相关的VB脚本程序。
2、PID控制器各参数的变化对控制性能有何影响？
八．实验报告
1、将各个实验结果保存并打印。
2、对实验数据进行分析，并完成实验报告。
数据处理：
ID：PD：
PI：PID：
3、PID控制器各参数的变化对控制性能有何影响？
答：Kp为比例增益，能减少误差，但不能消除误差，但Kp加大会引起系统不稳定；Ti为积分时间常数，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除余差，但积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。Td为微分时间常数，可以减少调整时间，从而改变系统的动态性能。
实验四D(s)离散化方法的研究
一、实验目的
1．学习并掌握数字控制器的混合仿真实验研究方法。
2．熟悉常用的从连续化途径（先按连续系统设计再离散化）设计数字控制器的方法。
3．学习并掌握将模拟控制器D(s)离散化为数字控制器D(z)的方法。
4．通过混合仿真实验，对D(s)的各种离散化方法作比较研究，并对D(s)离散化前后闭环系统性能作比较研究，以加深对计算机控制系统特性的理解。
二、实验内容
1．按连续系统设计串联校正控制器D(s)，并利用实验设备测取该连续系统的动态特性。
2．利用实验设备，设计并构成用于混合仿真实验的计算机闭环控制系统。
3．采用保持器等价、匹配Z变换、一阶差分和双线性变换等方法离散化D(s)，从而得到控制算法，并加以实现。
4．研究采样控制周期变化时，不同离散化方法对闭环控制系统性能的影响。
5．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。
三、实验步骤
1．在已知二阶被控对象传递函数的条件下，用连续系统综合方法设计串联校正控制器D(s)；再利用实验设备，设计并连接用于模拟该闭环控制系统的电路，在上位机测取并记录其阶跃响应。
2．设计并连接模拟二阶被控对象的电路，并利用AD C812构成的数据采集系统完成计算机控制系统的模拟量输入、输出通道的设计和连接。利用上位机的虚拟仪器功能对此模拟二阶被控对象的电路进行测试，根据测试结果调整电路参数，使它满足实验要求。
3．选定采样控制周期，采用保持器等价法离散化D(s)，再从D(z)推导控制算法，然后在上位机上完成该算法编程、调试和运行。以阶跃信号作为系统输入，观测系统输出的屏幕显示，并作记录。
4．以相同的采样控制周期，采用匹配Z变换法离散化D(s)，再从D(z)推导控制算法，然后在上位机上完成该算法编程、调试和运行。以阶跃信号作为系统输入，观测系统输出的屏幕显示，并作记录。
5．以相同的采样控制周期，采用一阶差分法离散化D(s)，再从D(z)推导控制算法，然后在上位机上完成该算法编程、调试和运行。以阶跃信号作为系统输入，观测系统输出的屏幕显示，并作记录。
6．以相同的采样控制周期，采用双线性变换法离散化D(s)，再从D(z)推导控制算法，然后在上位机上完成该算法编程、调试和运行。以阶跃信号作为系统输入，观测系统输出的屏幕显示，并作记录。
7．将采样控制周期减小，重复4－6，观测采样控制周期减小对系统阶跃响应的影响。
8．将采样控制周期不断增加，重复4－6，观测采样控制周期增大对系统阶跃响应的影响。如有系统不稳定情况发生，记下此时的采样控制周期和所采用的离散化方法。
9．对实验结果进行比较、分析和研究，写成实验报告。
四、附录
1．按连续系统串联校正及其动态性能
实验系统被控对象的传递函数为
550
()0.2(0.51)(2)
G s s s s s =
=
++ （4－1）
具有串联校正控制器()G s 的线性连续系统的结构方块图如图4.1所示
按以下要求设计期望系统的开环对数幅频特性： （1）超调量20%p M ≤
（2）调节时间（过渡过程时间）1s t s ≤
（3）校正后系统开环增益（静态速度误差系数）25%v K ≥
从期望系统的开环对数幅频特性中，减去上述二阶被控对象的对数幅频特性，可以得到串联校正控制器的对数幅频特性，由此得到其传递函数
0.51
()0.051
s D s s +=
+
（4－2）
已知()G s 和()D s 后，参阅图4.1所示系统结构，设计系统被控对象的模拟电路如图4.2所示。
2．计算机闭环控制系统的混合仿真
实验系统被控对象的传递函数见式（4－1），它可以用图3.3所示电路来模拟。
图中电路可利用实验箱U9 、U11等单元组成。其中Om 端连实验箱U3单元O1，In 端连实验箱U3单元I1，以便利用该单元的数据处理功能与上位机的虚拟仪器功能观测和记录系统动态过程，用于对比分析。
计算机控制系统的方框图如图4.4所示，除了虚线框内部分用电路模拟外，其余部分由上位机和数据处理系统完成。
图4.4中，Z.0.H 为零阶保持器，其传递函数为1Ts
e
s
--（以后实验中均同此义）。
3．()D s 的离散化方法
（1）保持器等价
201
201
110(9)()[()]1Ts T T e e z D z Z D s s e z -------+==- 2020()(1)10()(9)(1)T T u k e u k e k e e k --=-+-+-
（2）匹配Z 变换
对应D(s)的 120s =-、22s =-，有201T
z e
-=、22T
z e
-=
故21201
(1)
()1T T K e z D z e z
-----=- 从01lim ()lim ()s z D s D z →→= 确定 K 得20211T
T
e K e ---=-
所以 202()(1)()(1)
T
T u k e
u k Ke k Ke e k --=-+-- （3）一阶后向差分
以11z s T --=代入0.51
()0.051
s D s s +=+有
11
1
10.50.510.50.5()0.050.050.050.0510.05T z T z D z T z T z T
----+-+-==?+-+-+ 所以 0.050.5
0.5
()(1)()
(1)0.050.050.05
T u k u k e k e k T T T +=
-+--+++ （4）双线性变换
以1
1
211z s T z
---=?+代入0.51()0.051s D s s +=+有 11
11
1(1)11(1)()0.10.1(0.1)0.110.1T T z T T z D z T T T z T z T
----+--+--==?
-+--+-+ 所以 0.111()(1)()
(1)
0.10.10.1
T T T
u k u k e k e k T T T -+-=
-+--+++ 数据处理：
T=10=500：
匹配Z 变换： 线性变换：
一阶差分：
T=10=1000：
保时器等价：匹配Z变换：
线性变换：一阶差分：
T=10=5000
匹配Z变换：线性变换：
一阶差分：
T=10=9000
匹配Z变换：线性变换：
一阶差分：
T=100=1000
匹配Z变换：线性变换：
一阶差分：
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
第一章计算机控制系统概述 习题与思考题 1.1什么是计算机控制系统？计算机控制系统较模拟系统有何优点？举例说明。 解答：由计算机参与并作为核心环节的自动控制系统，被称为计算机控制系统。与模拟系统相比，计算机控制系统具有设计和控制灵活，能实现集中监视和操作，能实现综合控制，可靠性高，抗干扰能力强等优点。例如，典型的电阻炉炉温计算机控制系统，如下图所示： 炉温计算机控制系统工作过程如下：电阻炉温度这一物理量经过热电偶检测后，变成电信号（毫伏级），再经变送器变成标准信号（1-5V或4-20mA）从现场进入控制室；经A/D 转换器采样后变成数字信号进入计算机，与计算机内部的温度给定比较，得到偏差信号，该信号经过计算机内部的应用软件，即控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制双向晶闸管对交流电压（220V）进行PWM调制，达到控制加热电阻两端电压的目的；电阻两端电压的高低决定了电阻加热能力的大小，从而调节炉温变化，最终达到计算机内部的给定温度。 由于计算机控制系统中，数字控制器的控制算法是通过编程的方法来实现的，所以很容易实现多种控制算法，修改控制算法的参数也比较方便。还可以通过软件的标准化和模块化，这些控制软件可以反复、多次调用。又由于计算机具有分时操作功能，可以监视几个或成十上百个的控制量，把生产过程的各个被控对象都管理起来，组成一个统一的控制系统，便于集中监视、集中操作管理。计算机控制不仅能实现常规的控制规律，而且由于计算机的记忆、逻辑功能和判断功能，可以综合生产的各方面情况，在环境与参数变化时，能及时进行判断、选择最合适的方案进行控制，必要时可以通过人机对话等方式进行人工干预，这些都是传统模拟控制无法胜任的。在计算机控制系统中，可以利用程序实现故障的自诊断、自修复功能，使计算机控制系统具有很强的可维护性。另一方面，计算机控制系统的控制算法是通过软件的方式来实现的，程序代码存储于计算机中，一般情况下不会因外部干扰而改变，因此计算机控制系统的抗干扰能力较强。因此，计算机控制系统具有上述优点。 1.2计算机控制系统由哪几部分组成？各部分的作用如何？ 解答：计算机控制系统典型结构由数字控制器、D/A转换器、执行机构和被控对象、测量变送环节、采样开关和A/D转换环节等组成。 被控对象的物理量经过测量变送环节变成标准信号（1-5V或4-20mA）；再经A/D转换器采样后变成数字信号进入计算机，计算机利用其内部的控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制被控对象的物理量，实现控制要求。 1.3应用逻辑器件设计一个开关信号经计算机数据总线接入计算机的电路图。
百度文库 《计算机控制技术》实验指导书
目录 实验一：A/D、D/A转换实验 (2) 实验二：数字PID实验 (4) 实验三：大林算法 (8) 实验四：炉温控制实验 (11)
实验一：A/D 、D/A 转换实验 一、实验目的与要求 1、掌握A/D 、D/A 转换原理 2、熟悉8位A/D 、D/A 转换的方法。 二、实验类型 验证性 三、实验原理及说明 1、通过数据通道接口板完成8位D/A 转换的实验，转换公式如下： V V K K K V U ref ref o 52/)222(8006677+=+++= 例如：数字量=01010001 K 7=0，K 6=1，K 5=0，K 4=1，K 3=0，K 2=0，K 1=0，K 0=1 模拟量0.12/)222(8006677=+++=K K K V U ref o 实验中，根据输入的数字量，D/A 转换为模拟量，其结果经 A/D 采集并显示在计算机上。实验示意图见图1-1。 图1-1 实验示意图 2、通过数据通道接口板完成8位A/D 转换的实验，转换公式如下： 数字量=模拟量/N 2Vref 。其中N 是A/D 转换器的位数，Vref 是基准电压。 例如：N=8 Vref= 模拟量= 则数字量=×28 =51（十进制） 实验中设置的模拟量由D/A 转换取得，此模拟量经A/D 转换为数字量，并显示在计算机上。实验示意图见图1-2。 图1-2 实验示意图 序 号 名 称 主要用途 1 SAC-CCT 计算机控制技术教学实验系统 构成实验所需的硬件电路 2 PC 机 输入参数，观察运行结果 五、实验内容和步骤 （一）
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
第一讲 1、什么是计算机数字控制系统？一般由哪几部分组成？请用框图形式给出实例，并简单说明其工作原理。 计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统；一般由计算机和生产过程两部分组成； 计算机控制系统由工业控制计算机主体（包括硬件、软件与网格结构）和生产过程两大部分组长。其中硬件系统有主机、输入输出通道、外部设备、检测与执行机构组成； 三个步骤原理： ①实时数据采集：对来自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，并按已定的控制 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。 2、实时、在线方式、离线方式的含义是什么？ 实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间围完成，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。 在线方式：在线方式亦称为联机方式，是指生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为。
离线方式：离线方式亦称为脱机方式，是指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。 3、简述计算机数字控制系统的发展趋势。 计算机数值控制系统的发展趋势有控制系统的网络化、扁平化、只能化、综合化。 第二讲 1、简述计算机控制系统中过程通道的基本类型及其作用。 数字量输入通道：接受外部装置或产生过程的状态信号，同时将状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号； 数字量输出通道：把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号； 模拟量输入通道：把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位重量等模拟信号转换成计算机可以接收的数字量信号； 模拟量输出通道：把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的。 2、简述计算机控制系统抗干扰技术的基本措施。 克服干扰的措施主要有：硬件措施、软件措施和软硬结合的措施。 其中硬件抗干扰措施包含：①过程通道抗干扰技术；②CPU抗干扰技术；③系统供电与接地技术。针对不同的干扰采用不用的抗干扰技术： ①过程通道抗干扰技术：针对串模干扰，采用滤波器、双积分式A/D转换器、双绞线作信号引线等方法来抑制；针对共模干扰，采用变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽、采用仪表放大器提高共模抑制比等方式；针对长线传输干扰可采用双绞线与同轴电缆进行传输； ②CPU抗干扰技术：使用Watchdog(俗称看门狗)、电源监控(掉电检测及保护)、复位等；
中北大学计算机与控制工程学院实验报告《现代控制理论》 专业电气工程与智能控制 班级XX070541 学号XX070541XX 姓名XX
辅导老师成绩 实验日期2017.04.25 实验时间8:30—11:30 实验名称单级倒立摆系统控制特性分析 实验目的 1、旋转倒立摆线性模型建立与分析； 2、利用 MATLAB 分析线性定常系统的可控性、可观性与稳定性； 3、线性模型与非线性模型对比； 实验内容 （1）根据实验原理中提供的单级倒立摆模型及可控、可观、稳定性判定 方法，自编写程序判断倒立摆系统中占空比δ→旋转臂角位移α，占空比δ→摆杆角位移 q 两通道的可控性，求解两通道系统的变换矩阵 Qc； （2）自编写程序判断倒立摆系统中占空比δ→旋转臂角位移α，占空比δ→摆杆角位移 q 两通道的可观性，求解两通道系统的变换矩阵 Qo； （3）自编写程序判断倒立摆系统中占空比δ→旋转臂角位移α，占空比δ→摆杆角位移 q 两通道的稳定性； 实验原理或流程图
实验过程或源代码 J=0.0423 m=0.404 r=0.19 L=0.198 g=9.81 G=0.0218 H=0.1458 a=J+m*r^2 b=m*L*r/2 c=m*L^2/3 d=m*g*L/2 E=a*c-b^2 A=[0 1 0 0;0 -c*H/E b*d/E 0;0 0 0 1;0 -b*H/E a*d/E 0] B=[0 c*G/E 0 b*G/E]' C=[1 0 0 0;0 0 1 0] D=[0 0]' Qc=ctrb(A,B) rank(Qc) QO=obsv(A,C)
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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 学院：核自院 姓名：李擂 专业：电气工程及其自动化 班级：电气四班 学号：201006050407
实验一采样实验 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．实验原理及说明 采样实验框图如图4-3-1所示。计算机通过模/数转换模块以一定的采样周期对B5单元产生的正弦波信号采样，并通过上位机显示。 在不同采样周期下，观察比较输入及输出的波形（失真程度）。 图4-3-1采样实验框图 计算机编程实现以不同采样周期对正弦波采样，调节函数发生器（B5）单元的“设定电位器1”旋钮，并以此作为A/D采样周期T。改变T 的值，观察不同采样周期下输出波形与输入波形相比的复原程度（或失真度）。 对模拟信号采样首先要确定采样间隔。采样频率越高，采样点数越密，所得离散信号就越逼近于原信号。采样频率过低，采样点间隔过远，则离散信号不足以反映原有信号波形特征，无法使信号复原，。 合理的采样间隔应该是即不会造成信号混淆又不过度增加计算机的工作量。采样时，首先要保证能反映信号的全貌，对瞬态信号应包括整个瞬态过程；信号采样要有足够的长度，这不但是为了保证信号的完整，而且是为了保证有较好的频率分辨率。 在信号分析中，采样点数N一般选为2m的倍数，使用较多的有512、1024、2048、4096等。 三、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”作为采样周期信号，正弦波信号发生器单元（B5）输出正弦波，观察在不同的采样周期信号对正弦波采样的影响。 实验步骤： （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。 ①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，调节B5单元的“设定电位器1”，使之方波频率为80Hz左右（D1单元右显示）。 ②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= 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。 （4）运行、观察、记录： ①再运行LABACT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，点击开始后将自动加载相应源文件，即可选用本实验配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形
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》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；
计算机控制技术实验指导书 （第2版） 于军琪郭春燕普亮编写 建筑科技大学信控学院信息技术实验中心 2009年3月
目录 1 课程简介、实验项目及学时安排 (1) 1.1课程简介 (1) 1.2实验项目及学时安排 (1) 2 实验仪器仪表设备简介 (2) 2.1自动控制原理实验箱 (2) 2.2其它实验设备 (3) 3 计算机控制技术课程实验 (4) 3.1实验1采样与保持实验 (4) 3.2实验2数字PID控制实验 (8) 3.3实验3直流电机闭环调速实验 (14) 3.4实验4模拟/数字温度闭环综合控制实验 (19) 3.5实验5工控机组态实验 (23) 3.6实验6模/数、数/模转换试验 (30)
1 课程简介、实验项目及学时安排 1.1 课程简介 本课程是自动化专业的主干专业课程，是以应用为主的工程技术类课程。本课程的目的在于培养及提高学生对微机原理与接口技术的知识，了解掌握数字PID控制器的程序实现方法，为掌握计算机综合应用能力打好基础。通过对计算机控制技术课程容的学习与教学实验仪器的结合，上机实践汇编语言文件的建立、汇编和调试，计算机控制系统搭建方法的学习，使学生达到以下要求： 1.掌握汇编语言常用指令，熟悉汇编语言和c语言混合编程； 2.掌握计算机的接口技术； 3.掌握数字PID控制器的程序实现方法。 1.2 实验项目及学时安排 计算机控制技术实验课是以认识和熟悉微机原理与接口技术和模拟验证所学理论为基础，在此基础上开展自行设计系统、确定实验方案和实验线路，进行自主实验，学习系统分析和系统设计的思维方法，培养研究系统的能力。所安排了验证性和综合性不同属性的实验项目。
《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。
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指导书 自动化实验室 河北工程大学教务处 （2007.10 ）
目录 基本实验要求 (1) 计算机控制技术实验系统使用说明 (2) 安全使用说明（使用前请您务必了解） (2) 实验一数字PID控制 (1) 实验二状态反馈与状态观测器 (4) 实验三数字滤波器实验 (7) 实验四大林算法 (10) 实验五炉温控制实验 (12) 实验六电机转速控制实验 (15) 实验七步进电机控制实验 (17) 基本实验要求 1、实验前必须做好准备，预习实验指导书，复习有关原理，并写好预习报 告（即实验报告的“实验目的”、“实验线路及简要原理”、“实验数据及现象记录”三项） 2、实验中发生事故，应立即切断电源，保持现场，并向指导教师报告事故 情况。 3、实验完毕应先将实验数据与现象记录交指导教师审阅签字后，方可拆线， 并整理设备清理现场才可离开。 4、及时完成实验报告，在预习报告的基础上再加上“数据分析与现象讨论” （包括心得体会） 实验技能的培养和实验手段的掌握是理工学生的基本训练，通过实验锻炼养成严谨的科学态度和结合实际学习分析问题的方法。
计算机控制技术实验系统使用说明计算机控制技术实验所使用的设备由计算机，串行数据通道接口板、实验平台、运放电路板和打印机（任选）组成。 其中计算机在实验中起控制信号产生、输出、测量、人机界面、显示实验波形、打印图像的作用。实验平台配以运放电路板接插阻容元件，可以用来模拟多种特性的被控对象。数据通道接口板插于实验平台的总线扩展槽中，它起模拟信号与数字信号的转换作用，可以用计算机控制产生不同的信号（阶跃、三角、正弦等）。打印机可以把实验的波形打印下来，可根据需要连接，CCT3系统连接方法见下图。 随机配备的SAC-CCT软件包设计了计算机控制技术的九个实验，所有的计算机控制技术实验都是在这套装置上进行的。 安全使用说明（使用前请您务必了解） 为有效、安全地使用实验箱，请遵守以下规定。 1.您在将实验箱盖打开后，请用箱体两边的支撑脚将箱盖撑住，避免在进行试验过 程中箱盖突然下落将您的手砸伤或损坏仪器设备。 2.禁止将平台上开关电源输出长时间短接。 3.禁止将交流源（~15v）短接，这样将会烧毁实验箱内的交流变压器，并引起火灾。 4.禁止将-5V、-12V连接到指示灯引线插孔输入端。 5.实验中尽量用短线连接，尤其两极放大器、功放电路更要注意。 6.在将导线从引线插孔中拔出时，应捏住导线根部，左右旋转松动后再拔出。 7.在进行炉温控制实验时，应避免炉温超过70℃长时间运等，政治路线则将降低炉 体使用寿命；而且还要小心以免将手烫伤。 8.电机条应避免直流电机长时间高速旋转。 9.实验中大部分实验设备如数据通道接口板、数据通讯线、实验平台、直流电机条、 温控炉等设备都是精密装置，实验中务必注意正确使用和妥加爱护。
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');
中国矿业大学 《计算机控制技术》实验指导书
第1章课程简介、实验项目及实验要求 一、课程简介 《计算机控制技术》是一门实践性很强的课程。加强这门课程的实验教学可以起到重要的作用，有利于提高人才的培养质量，巩固和宽展实际的动手能力，实现知识向能力的转化。实验的任务是使学生掌握计算机控制系统组成原理、设计方法和技术，培养学生设计和调试的能力，为今后从事工程应用和科学研究打好基础。 二、教学基本要求 以提高学生实际工程设计能力为目的，通过实验和训练，使学生熟悉一种工程上常用的实验参数整定法。 三、实验项目与类型 四、实验报告要求 （1）学生在进行实验前应复习《计算机控制技术》等教材中的与实验相关的理论知识，认真阅读实验指导书及与其有关的参考资料，明确实验要求，做好实验准备。 （2）实验报告应按实验指导书的要求根据原始记录做出，于规定时间内交到指导教师处。 （3）要独立写出严谨、有理论分析、实事求是、文理通顺、字迹端正、图表清楚的实验报告。数据真实、准确，结论明确。报告要有经指导教师签字后的原始记录。 （4）实验报告应包括以下几个部分： ①实验名称、班级、姓名、学号、实验日期 ②实验目的 ③实验内容及原理线路图 ④数据处理 ⑤实验总结：对实验结果和实验中的现象进行简明的分析并做出结论或评价；对本人在实验全过程中的经验、教训、体会、收获等进行必要的小结。 ⑥提出对改进实验内容、安排、方法设备等的建议或具体设想。 （5）对数据处理的具体要求
①将原始记录中要用到的数据整理后列表，并写明其实验条件；需要计算的加以计算后列入表中，同时说明所用的计算并以其中一点数据代入来说明计算过程。 ②计算参数或性能等时，要先列出公式，然后代入数字，直接写出计算结果。 ③对绘制曲线的要求： ·绘制曲线可选用坐标纸。使用时曲线的位置大小应适中，不要太小且偏于一方。需要比较的各条曲线应画在同一坐标纸上。 ·各坐标轴应标明代表物理量的名称和单位所用比例尺应方便作图和读数。 ·实验测取的点应标明在坐标纸上，但必须光滑连接。不允许连成折线，各曲线应注明其函数关系。 ·多条曲线画在同一图中时，不同曲线及其实验所得的点可用不同的线段及符号来表示。
《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。
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。
《计算机控制系统》实验指导书 （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。 实验一、数字PID参数的整定 一、实验目的 1）、了解数字PID控制回路的结构。 2）、掌握数字PID控制算法的控制原理。 3）、掌握数字PID控制算法的整定原理。 二、实验设备
《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。