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《计算机控制技术》实验指导书安阳工学院电子信息与电气工程学院目录实验一 数字滤波程序设计（设计性）实验二 PID控制器的设计及性能分析实验三 大延迟系统的SIMULINK建模与仿真实验一数字滤波程序设计（设计性）一、实验目的1 掌握数字滤波的设计方法2 培养学生初步的MATLAB编程能力二、实验设备三、实验原理 通过数字滤波来增强其有效信号，消除或减小各种干扰和噪声，从而提高控制精度和系统的可靠性与稳定性。
四、实验内容与要求1 限幅滤波方法：自己构造一个变化缓慢的数字序列作为输入，画图1-1，加入随机干扰，再画图1-2，设计一段限幅滤波程序，并把滤波后的信号画在图1-3，与图1-1进行比较，如果效果不满意，调整程序中的参数，反复调整，直至效果令人满意为止。
（要求三个子图画在一张图片上。
提示：figure，subplot（3，1，1））2 中位值滤波方法：自己构造一个变化缓慢的数字序列作为输入，画图2-1，加入随机干扰，再画图2-2，设计一段中位置滤波程序，并把滤波后的信号画在图2-3，与图2-1进行比较，如果效果不满意，调整程序中的参数，反复调整，直至效果令人满意为止。
（提示：median）3 算术平均滤波方法：自己构造一个变化较快的数字序列作为输入，画图3-1，加入随机干扰，再画图3-2，设计一段算术平均滤波程序，并把滤波后的信号画在图3-3，与图3-1进行比较，如果效果不满意，调整程序中的参数，反复调整，直至效果令人满意为止。
（提示：mean）4 实验完毕后，认真完成实验报告，写出设计的程序并画出相应的图。
实验二 PID控制器的设计及性能分析一、实验目的1 掌握PID控制器的设计方法2 培养学生初步的MATLAB编程能力二、实验设备三、实验原理 PID控制是工业控制中最常用的一种控制规律，通过调整比例系数、积分系数、微分系数，可以得到不同的控制效果。
四、实验内容与要求例：已知某单位负反馈系统开环传递函数如下：如果采用比例（P）控制器进行调节，试绘制比例系数分别为1、4、10、50时的单位阶跃响应曲线，并分析比例控制器对控制系统性能的影响。
中职《电子技术基础》虚拟仿真实验教学案例设计本报告旨在介绍一种基于虚拟仿真实验的中职《电子技术基础》课程教学案例设计，该设计旨在通过虚拟仿真实验为学生提供更加直观、丰富的电子技术体验，并提高学生的实验操作技能和动手能力。
一、教学目标1、了解电子元器件的基本结构、特性和功能。
2、运用负载箱、电压表、电流表、多用万用表等基础仪器，测量电路参数。
3、了解单相交流电源的性质，掌握交流电路的特殊测量方式。
4、掌握电路仿真技术，能够运用仿真软件分析和设计实际电子电路。
二、虚拟仿真实验设计1、仿真实验1：二极管正反接设计思路：通过虚拟仿真实验，让学生了解二极管的正反接法，同时掌握二极管正反接时的工作状态和符号，提高学生的电子基础知识和实验操作技巧。
2、仿真实验2：LED流水灯设计思路：通过虚拟仿真实验，让学生了解LED流水灯的工作原理和电路组成方法，同时通过虚拟仿真实验，在提升学生实验操作技能的同时，也提高了学生对LED流水灯电路的深入理解。
3、仿真实验3：矩阵键盘设计思路：通过虚拟仿真实验，让学生了解矩阵键盘的工作原理和电路组成方法，这样可以更加直观地学习键盘的读取和编程操作，进一步提高学生的电子基础知识和实验操作技能。
三、实验评价本案例的虚拟仿真实验设计，通过三个实验的设计和实践应用，让学生得到了更加广泛、直观、生动和富有创意的的体验，不仅提高了实验操作技能和动手能力，而且还增加了学生的实践应用能力和思维能力。
在对该案例进行评价时，学生对该案例给予了很高的评价。
总之，通过本案例的虚拟仿真实验教学，学生可以更加深入地了解电子元器件的性能和特性，同时也可以提高自己的实验操作技能和动手能力，这样不仅会提高学生的学习兴趣，而且还可以提高学生的实践能力和思维能力。
因此，这种基于虚拟仿真实验的教学方法在中职学校中推广具有很大的潜力和优势。
前言本指导书是配合自动化专业本科生专业课《计算机控制技术》的课堂教学而编写的实验教材，通过实验的验证能够使学生了解和掌握计算机控制的硬件技术和软件编程方法。
本书共设计了七大类实验，第一类中包含过程通道和数据采集处理方面的几个内容；第二类为数字PWM 发生器和直流电机调速控制的开环实验；第三类包含几种数字PID闭环控制实验；第四类中有两种数字调节器直接设计方法的实验；第五类是一个温度控制系统；第六类是随动系统实验；第七类是过程控制系统的研究；实验五至实验七的内容是带有被控对象的控制系统。
七个实验的全部学时大于计划学时，教师和学生对所做的实验内容可以选择以满足实验计划学时为准。
通过实验学生巩固了课堂教学的内容，也为今后实际工作打下了一定技术基础。
本指导书由王尚君、毛一心老师共同编写，穆志纯教授进行了严格的审阅工作。
由于计算机性能的快速提高，计算机控制的技术手段也在不断出新，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。
编者2007年10月目录前言 (1)目录 (2)实验一过程通道和数据采集处理 (4)一、输入与输出通道 (4)1. AD 转换实验` (5)2. DA 转换实验` (7)二、信号的采样与保持` (9)1. 零阶保持实验` (9)2. 直线插值实验*` (11)3. 二次曲线插值实验*` (11)三、数字滤波 (15)1. 一阶惯性实验 (16)2. 四点加权实验* (16)实验二开环系统的数字程序控制 (19)数字PWM 发生器和直流电机调速控制 (19)一、实验目的 (19)二、实验内容` (19)三、实验所用仪表及设备 (19)四、实验原理及步骤 (20)五、思考题 (21)六、实验报告内容及要求 (21)实验三数字PID闭环控制 (22)数字PID控制算法 (22)积分分离法PID控制 (23)带死区的PID控制* (27)简易工程法整定PID 参数 (30)扩充临界比例度法 (30)扩充响应曲线法 (32)实验四数字调节器直接设计方法 (36)最小拍控制系统 (36)一、实验目的 (36)二、实验所用仪表及设备` (36)三、实验原理及内容 (36)有纹波最小拍控制系统 (37)无纹波最小拍控制系统 (38)四、实验步骤 (40)五、思考题 (41)六、实验报告内容及要求 (41)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。
计算机控制技术实验报告册学院：SSS专业：电气工程及其自动化班级：SS姓名：XXXX学号：XXXX核自学院电气工程及其自动化计算机控制系统实验报告1实验一 D/A数模转换实验一、实验目的1．掌握数模转换的基本原理。
2．熟悉12位D/A转换的方法。
二、实验仪器1．EL-AT-II型计算机控制系统实验箱一台2．PC计算机一台三、实验内容通过A/D&D/A卡完成12位D/A转换的实验，在这里采用双极性模拟量输出，数字量输入范围为：0～4096，模拟量输出范围为：－5V～+5V。
转换公式如下：Uo= Vref - 2Vref(211K11+210K10+...+20K0)/ 212Vref=5.0V例如：数字量=1 则K11=1,K10=0,K9=1,K8=0,K7=1,K6=1,K5=0,K4=1,K3=0,K2=0,K1=0,K0=1模拟量Uo= Vref - 2Vref(211K11+210K10+...+20K0)/ 212=4.0V四、实验步骤1．连接A/D、D/A卡的DA输出通道和AD采集通道。
A/D、D/A卡的DA1输出接A/D、D/A卡的AD1输入。
检查无误后接通电源。
2．启动计算机，在桌面双击图标[Computerctrl]或在计算机程序组中运行[Computerctrl]软件。
23．测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。
如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。
4．在实验项目的下拉列表中选择实验一[D/A 数模转换实验], 鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。
5．在参数设置对话框中设置相应的实验参数后，在下面的文字框内将算出变换后的模拟量，6. 点击确定，在显示窗口观测采集到的模拟量。
并将测量结果填入下表1-1:表1-1 五、实验结果实验得出数字量与模拟量的对应曲线如下图1-1：核自学院电气工程及其自动化计算机控制系统实验报告3图1-1六、实验结果分析表1-1中计算出理论值，与实验结果比较，分析产生误差的原因系仪器误差。
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．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．输入一定值的电压，测取模数转换的特性，并分析之；2．在上位机输入一十进制代码，完成通道的数模转换实验。
四、实验原理1．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10μs3) 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2. AD/DA转换原理数据采集卡采用“THBXD”USB卡，该卡在进行A/D转换实验时，输入电压与二进制的对应关系为：-10～10V对应为0～16383(A/D转换为14位)。
其中0V为8192。
其主要数据格式如下表所示(采用双极性而DA转换时的数据转换关系为：-5～5V对应为0～4095(D/A转换为12位)，其数据格式(双极性电压输出时)为：五、实验步骤1. 启动实验台的“电源总开关”，打开±5、±15V电源。
将“阶跃信号发生器”单元输出端连接到“数据采集接口单元“的“AD1”通道,同时将采集接口单元的“DA1”输出端连接到接口单元的“AD2”输入端；2、将“阶跃信号发生器”的输入电压调节为1V；3. 启动计算机，在桌面双击图标“THBCC-1”软件，在打开的软件界面上点击“开始采集”按钮；4. 点击软件“系统”菜单下的“AD/DA实验”，在AD/DA实验界面上点击“开始”按钮，观测采集卡上AD转换器的转换结果，在输入电压为1V(可以使用面板上的直流数字电压表进行测量)时应为00001100011101(共14位，其中后几位将处于实时刷新状态)。
《计算机控制技术》实验指导报告册 2010 ～ 2011 学年第 1 学期教学院（部）电气与电子信息工程学院教研室自动控制实验班级电气工程及其自动化2007（1）班授课教师胡蔷教材名称计算机控制技术学生学号学生姓名2010年9月目录实验一A/D转换D/A转换 (2)实验二采样与保持 (5)实验三数字滤波器 (11)实验四积分分离PID控制实验 (14)实验五最小拍控制系统 (19)附录：使用说明 (23)实验一 A/D转换D/A转换实验时间： 2010 年月日实验地点：自动控制原理室K2—406实验目的：掌握A/D、D/A转换的工作原理，ADC0809、DAC0832、8255、8253的应用。
重点：A/D、D/A转换中输入、输出各参数间关系。
实验主要仪器与设备：多媒体计算机，TKKL-4型控制理论/计算机控制技术实验箱预备知识：输入、输出接口的基本概念，接口芯片的（端口）地址分配。
熟悉虚拟示波器的调节及应用，实验箱上电压表的使用，各单元电路模块的引线位置及各引线用途，电位器的调节方式。
实验线路原理图：图1－1 A/D、D/A转换电路实验原理：CPU的DPCLK信号与ADC0809单元电路的CLOCK相连作为ADC0809的时钟信号。
ADC0809芯片输入选通地址码A、B、C为“1”状态，选通输入通道IN7。
通过电位器W41给A/D变换器输入-5V～+5V的模拟电压。
8253的2#口用于5ms定时输出OUT2信号启动A/D变换器。
由8255口A为输入方式。
A/D转换的数据通过A口采入计算机，送到显示器上显示，并由数据总线送到D/A变换器0832的输入端。
选用CPU 的地址输入信号IOY0为片选信号(CS)，XIOW信号为写入信号(WR)，D/A变换器的口地址为00H。
调节W41即可改变输入电压，可从显示器上看A/D变换器对应输出的数码，同时这个数码也是D/A 变换器的输入数码。
A/D、D/A转换程序流程：（见图1—2）实验内容及步骤(1)按图1—1接线。
《自动控制原理》虚拟实验系统开发The development of virtual lab system for automatic control theory摘要根据《自动控制原理》课程实验教学在高校实验实践中遇到的困难和实验教学改革的需要，本文提出了建立基于LabVIEW的自动控制虚拟实验系统方案。
运用虚拟仪器代替传统仪器，既节约实验室建设成本，又可以得到良好的实验效果。
另外，该系统可以调动学生积极性，培养创新精神，加强实践动手能力的培养本文首先分析了虚拟仪器的构成、分类与应用，选择图形化软件LabVIEW作为开发环境；其次，提出基于LabVIEW的自动控制原理实验系统的方案，包括系统结构、功能和性能特性以及设计流程和方法，并逐一实现各子实验系统。
最后，利用Matlab语言编程进行对比分析，进行正确性验证。
关键词：自动控制系统，虚拟仪器，MATLABABSTRACTOn the basis of problems encountered in actual experiment teaching of Automatic Control Theory in universities and need of experiment teaching revolution,a new kind of automatic control theory virtual experiment system based on LabVIEW is ing the virtual instrument to instead of the traditional instruments, namely, saving the laboratory construction costs, but also can be a good experiment. In particular, the practical ability to engage students and cultivate a spirit of innovation can be strengthen.Firstly, the Virtual Instrument is briefly introduced in the paper, including the form, classification and the application. Then the graphics mode software LabVIEW is selected as development environment. Secondly, the project of experiment system of automatic control theory based on the LabVIEW is given; including system structure, function and performance characteristics as well as the design process and methods, then the experimental sub system is designed one by one. Finally,MATLAB programming is used for comparison and accuracy certificationKeywords: automatic control system,virtual instrument,MATLAB目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 课题研究的背景 (1)1.2 课题研究的目的与意义 (1)2 系统总体方案论证 (2)2.1 本课题的设计任务 (2)2.2 方案论证 (2)3 设计原理 (4)3.1 一阶系统惯性环节虚拟实验系统设计原理 (4)3.1.1一阶惯性环节数学模型的建立 (4)3.1.2MATLAB仿真 (4)3.2 二阶系统的时域特性研究 (5)3.2.1二阶系统数学模型的建立 (5)3.2.2MATLAB仿真 (6)3.4 系统校正 (6)3.4.1串联超前校正 (7)3.4.2串联滞后校正 (8)3.4.3串联滞后-超前校正 (8)3.5 PID控制系统 (10)3.5.1 PID控制原理 (10)3.5.2 水箱模型分析 (11)4 程序方案设计 (12)4.1 总体设计 (12)4.2 基于LABVIEW的虚拟实验系统设计 (12)4.3 用户管理程序设计 (13)5 《自动控制原理》虚拟实验系统开发 (15)5.1 一阶系统惯性环节虚拟实验系统 (15)5.1.1功能描述 (15)5.1.2设计步骤 (15)5.2 二阶系统的时域特性研究 (16)5.1.1功能描述 (17)5.1.2设计步骤 (17)5.3 二阶系统稳定性判定 (19)5.3.1功能描述 (19)5.3.2设计步骤 (19)5.3.3MATLAB仿真 (20)5.4 奈氏曲线的绘制及稳定性判断 (21)5.4.1功能描述 (21)5.4.2设计步骤 (21)5.5 系统根轨迹图绘制 (23)5.5.1功能描述 (23)5.5.2设计步骤 (23)5.6 增益裕量与相位裕量分析 (25)5.6.1 功能描述 (25)5.6.2 设计步骤 (25)5.7 超前校正与滞后校正 (26)5.7.1功能描述 (26)5.7.2设计步骤 (27)5.8采样系统校正虚拟实验系统 (29)5.8.1功能描述 (29)5.8.2设计步骤 (29)5.8.3MATLAB仿真 (31)5.9 基于PID算法的水位控制系统 (32)5.9.1功能描述 (32)5.9.2设计步骤 (32)5.10 综合性实验 (33)5.10.1功能描述 (33)5.10.2设计步骤 (33)6 登录系统设计 (36)6.1 功能描述 (36)6.2 设计步骤 (36)结论 (37)参考文献 (39)致谢 (38)1 绪论21世纪自动控制技术得到了广泛的应用，《自动控制原理》作为自动化、电子、信息及相关专业的重要专业基础课，对学生专业知识体系的建立和后续学习研究理论基础的奠定有着无法替代的重要作用【1】。
中国矿业大学银川学院《计算机控制技术》实验指导书机电动力与信息工程系季新芳编二0一三年十月第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。
