下载文档原格式
电子技术实验（五）指导书（计算机控制技术实验）物理科学与工程技术学院电子技术教研室(2007年4月26日星期四)目录实验一D/A、A/D转换 (2)实验二数字PID控制 (6)实验三大林算法 (11)实验四电机调速 (14)实验五步进电机控制 (18)实验六数字滤波器 (19)附录一电机控制电路原理图 (24)实验一 D/A 、A/D 转换一、实验目的1．掌握数模、模数转换转换的基本原理。
2．熟悉12位D/A 转换、10位A/D 转换的方法。
二、实验仪器设备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、实验原理1、D/A 转换器是把输入的数字量转换为与输入量成比例的模拟信号的器件，在图中，整个电路由若干个相同的支电路组成，每个支电路有两个电阻和一个开关，开关S-i 是按二进制“位”进行控制。
当该位为“1”时，开关将加权电阻与1out I 输出端接通；该位为“0”时，开关与2out I 接通。
图1 梯形电阻解码网络原理图由于2out I 接地，1out I 为虚地，所以REF V I R=∑ 流过每个权电阻Ri 的电流依次是 REF1(12)()n VI R=⨯∑1REF2(12)()n VI R-=⨯∑. . .1REF(12)()n VI R=⨯∑由于1out I 端输出的总电流是置“1”各位加权电流的总和，2out I 端输出的总电流是置“0”各位加权电流的总和，所以当D/A转换器输入为全“1”时，1out I 和2out I 分别为2R E F 1()(1212......12)n OUT VI R =⨯+++∑ 20OUT I =当运算放大器的反馈电阻fb R 等于反相输入电阻∑R 时，其输出模拟电压211fb REF (1212......12)n OUT OUT U I R V =-⨯=-+++对与任意二进制码，其输出模拟电压为2REF 12(22......2)n OUT n U V a a a =-+++式中，0i a = 或1i a = ，由上式便可得到相应的模拟量输出。
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报告实验一信号的采样与保持一、实验目的1．熟悉信号的采样和保持过程。
2．学习和掌握香农(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、实验设备PC 机一台.TD-ACS实验系统一套.i386EX 系统板一块。
三、实验原理香农（采样）定理：若对于一个具有有限频谱（max ωω<）的连续信号)(t f 进行采样.当采样频率满足max 2ωω≥s时.则采样函数)(t f *能无失真地恢复到原来的连续信号)(t f 。
max ω为信号的最高频率.s ω为采样频率。
四．实验内容1．采样与保持编写程序.实现信号通过 A/D 转换器转换成数字量送到控制计算机.计算机再把数字量送到 D/A 转换器输出。
实验线路图如图2-1所示.图中画“○”的线需用户在实验中自行接好.其它线系统已连好。
模数转换单元控制计算机图2-1 采样保持线路图控制计算机的“OUT1”表示386EX 内部1#定时器的输出端.定时器输出的方波周期＝定时器时常.“IRQ7”表示386EX 内部主片8259的“7”号中断.用作采样中断。
正弦波单元的“OUT ”端输出周期性的正弦波信号.通过模数转换单元的“IN7”端输入,系统用定时器作为基准时钟（初始化为10ms ）.定时采集“IN7”端的信号.转换结束产生采样中断.在中断服务程序中读入转换完的数字量.送到数模转换单元.在“OUT1”端输出相应的模拟信号。
由于数模转换器有输出锁存能力.所以它具有零阶保持器的作用。
采样周期T= TK×10ms .TK 的范围为01~ FFH.通过修改TK 就可以灵活地改变采样周期.后面实验的采样周期设置也是如此。
零阶采样保持程序流程图如图2-2所示。
图2-2 零阶采样保持程序流程图实验步骤：（1）参考流程图2-2编写零阶保持程序.编译、链接。
（2）按照实验线路图2-1接线.检查无误后开启设备电源。
（3）用示波器的表笔测量正弦波单元的“OUT ”端.调节正弦波单元的调幅、调频电位器及拨动开关.使得“OUT ”端输出幅值为3V.周期1S 的正弦波。
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。
计算机控制技术实验报告精33 任雪冰 2013010667一. 设计报告的全部内容（含分析）：（一）. 基本信息：实验日期为第15周周三以及即将到来的第16周周二，组号为第4组，至于设备号印象不是很清楚，似乎是1号（这就很尴尬）。
组员有赵航，康轶譞与任雪冰。
（二）. 电机模型参数的辨识过程与辨识结果：辨识过程：1.首先是采样周期的确定，根据题中所给条件，由M P =0.3，t s =0.5可以解出：ξ=0.3579，ωn =16.7665，BW=23.6527再根据公式：ωs =(10−30)max (ωn ，BW)，T =2πωs 可以解出：0.008855s<T<0.026564s为方便计算，令采样周期T=0.01s=10ms2.然后便是在实验室的工作：给予系统一个幅值为5V 的阶跃信号，观察并导出系统的响应曲线以及个点数据。
3.数据拟合：理论计算出阶跃信号的输出函数为：5()()b Y s s s a =+ 5()(1)at b y t e a-=- 编写matlab 程序：fun=inline('b(1).*(1-exp(-b(2)*k))','b','k');b0=[8,0.5];[b,r,j]=nlinfit(k,y,fun,b0);b（k 是采集的时间，b 是对应的数据）将三次数据得到的b(1)、b(2)做平均得到最终结果a=b(2)、b=b(1)*a/54.辨识结果：结果为：a=5.9817，b=50.7030（三）. 计算机控制设计：原理框图如下：（图片来源于老师课件第七章）设计步骤：1.Z变换：被控对象传递函数为：G s=50.7030对其求Z变换得：H z=B(z)=0.002485z+0.00243622.求H m分解：B z=B+B−，B+=1，B−=0.002485z+0.002436由于K V=20>1，所以设：B m1=b0z+b1可计算：d=degA z−deg B z=1r=deg B−z+deg B m1z=2p1=−2e−ξωn T cos2∙ωn∙T =−1.8605p2=e−2ξωn T=0.8869所以：H m z=B m(z)m=(0.002485z+0.002436)∙(b0z+b1)32根据条件K V=20>1可得方程：H m1=1−dH m(z)dz z=1=1TK V=15最后解得：b0=0.7791，b1=4.5857H m z=B m(z)m=0.001936z2+0.01329z+0.01117323.求T，S，R：首先知道：T z=B m1z=0.7791z+4.5857设：R z=z+r，S z=s0z+s1再根据公式：A z∙R z+B z∙S z=A m(z)带入后各次幂对应系数相等，可解得：R z=z+0.03471，S z=18.7872z−13.4224带入后验证无误。
.《计算机控制技术》实验报告班级：学号：姓名：信息工程学院2016-2017-2实验1：D/A转换实验实验名称：D/A转换实验一．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。
1.实验2：采样与保持实验实验名称：信号采样与保持一．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．实验结果及分析记录实验结果如下：零阶保持增大采样周期失真3.直线采值二次曲线结果分析：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3：数字滤波实验实验名称：数字滤波一．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：三．实验容本实验输入信号：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．实验结果及分析记录实验结果如下：5.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。
计算机控制原理实验报告一、实验目的本实验旨在通过计算机控制系统的模拟，深入理解计算机控制原理，掌握计算机控制系统的基本组成、工作原理及实现方法。
通过实验，培养我们的动手能力、分析问题和解决问题的能力，为后续学习和工作打下坚实的基础。
二、实验原理计算机控制系统是一种利用计算机实现自动控制的系统，它由计算机、输入输出设备、传感器和执行器等组成。
计算机通过接收来自传感器的输入信号，根据预设的控制算法进行计算，输出控制信号到执行器，从而实现对被控对象的控制。
三、实验步骤1. 准备实验设备：计算机、传感器、执行器、被控对象等。
2. 连接实验设备：将传感器、执行器与计算机连接，并将传感器和执行器与被控对象进行连接。
3. 编写控制程序：根据实验要求，编写控制程序，实现计算机对被控对象的控制。
4. 运行实验：启动计算机，运行控制程序，观察被控对象的响应。
5. 数据记录与分析：记录实验数据，分析实验结果，评估控制性能。
四、实验结果与分析1. 数据记录：在实验过程中，记录了不同输入信号下被控对象的输出响应，以及计算机输出的控制信号。
2. 数据分析：根据记录的数据，分析被控对象的行为特性，以及控制信号对被控对象的影响。
3. 结果展示：通过图表等形式展示实验结果，对比理论分析与实践结果的一致性。
五、结论总结通过本次实验，我们深入了解了计算机控制系统的组成与工作原理，掌握了计算机控制系统的实现方法。
实验过程中，我们不仅锻炼了动手能力，还培养了分析问题和解决问题的能力。
通过数据记录与分析，我们进一步认识到了计算机控制在工业生产和生活中的应用价值。
在未来的学习和工作中，我们将继续深入研究计算机控制原理及其应用领域的相关知识，为推动科技进步和社会发展做出更大的贡献。
同时，我们也应该意识到计算机控制技术的快速发展和应用范围的广泛性，需要不断学习和掌握新技术、新方法，以适应时代的发展和社会的需求。
此外，我们也可以从实验过程中发现一些潜在的问题和挑战。
中南大学计算机控制技术实验报告信息院专业班组姓名学号指导老师实验日期2013 年月日实验名称温度闭环控制系统的设计和实现一、实验目的1．了解温度闭环控制系统的构成。
2．掌握PID 控制规律，并且用算法实现。
二、实验仪器设备PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX 系统板一块，烤箱一台(选件)三、实验内容、实验电路、实验步骤及数据处理1.实验原理温度闭环控制系统实验的系统方框图如下：根据上述系统方框图，硬件线路图设计如下，图中画“○”的线需用户在实验中自行接好。
上图中，控制机算机的“DOUT0”表示386EX 的I/O 管脚P1.4，输出PWM 脉冲经驱动后控制烤箱或温度单元，“OUT1”表示386EX 内部1＃定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259 的7 号中断(采样中断)。
实验中，使用了10K 热敏电阻作为测温元件，温度变化，电阻值变换，经转换电路变换成电压信号，由模数转换器进行转换，转换完成产生采样中断，在中断程序中读取数字量，构成反馈量，在参数给定的情况下，经PID 运算产生相应的控制量，最后由系统的“DOUT0”端输出PWM 脉冲信号，经驱动电路驱动烤箱(温度范围室温～200℃) 或温度单元(温度范围室温～70℃) 加热或关断，使温度稳定在给定值。
其中系统定时器定时10ms，一方面作为A/D 的定时启动信号，另一方面作为系统的采样基准时钟。
温度闭环控制系统实验的参考程序流程图如下：2.实验步骤1．按流程图6.2-3、4、5 编写程序，再编译，链接。
参考程序名称为：ACC6-2-1.ASM 。
2．按图6.2-2 接线，检查无误后开启设备电源。
3．装载程序，打开专用图形界面，运行程序并观察波形，分析其响应特性。
4．若不满意，改变参数积分分离值IBAND、比h例系数KPP、积分系数KII、微分系数KDD 的值后再观察其响应特性，选择一组较好的控制参数并记录下来。
计算机控制技术实验报告实验名称：计算机控制技术实验实验目的：通过学习计算机控制技术的基本原理和方法，掌握计算机控制技术的应用。
实验原理：计算机控制技术是一种应用于现代工业自动化控制中的控制技术。
计算机控制系统由计算机硬件和软件组成，通过采集、处理和输出各种信号来完成对被控对象的控制。
实验仪器：计算机、控制器、传感器、被控对象等。
实验步骤：1.确定实验目标和实验要求。
2.研究被控对象的性质和特点，设计控制方案。
3.配置硬件设备，连接传感器、控制器和计算机。
4.编写控制程序，设置控制算法，实现被控对象的控制。
5.进行实验操作，观察并记录实验结果。
6.对实验结果进行分析和评价，总结实验经验。
实验结果和分析：在实验中，我们选择了一个温度控制系统作为被控对象。
通过传感器采集环境温度，并通过控制器将控制信号发送给加热器，调节加热器的功率来控制环境温度。
通过实验操作，我们观察了不同环境温度下的控制效果。
实验结果表明，在控制系统正常工作时，环境温度可以稳定在设定温度附近，并具有很好的控制精度。
此外，我们还对控制系统进行了稳定性和响应速度等性能指标的评价。
实验结果显示，控制系统具有较好的稳定性和快速响应的特点，可以满足实际工业生产中对温度控制的要求。
实验总结：通过本次实验，我们深入学习了计算机控制技术的基本原理和方法，并通过实践掌握了实验操作的技巧。
实验结果表明，计算机控制技术在工业生产中具有广泛的应用前景。
在今后的学习中，我们将进一步深入研究计算机控制技术的进一步发展，并不断提高实际应用能力，为工业自动化控制的发展贡献自己的力量。
班级：座号：姓名成绩：课程名称：计算机控制技术实验项目：电机调速实验实验预习报告（上课前完成）一、实验目的1．了解直流电机调速系统的特点。
2．研究采样周期T对系统特性的影响。
3．研究电机调速系统PID控制器的参数的整定方法。
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3．直流电机控制实验对象一台三、控制的基本原理1．系统结构图示于图8－1。
图8－1 系统结构图图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds）Gh（s）=（1－e-TS）/sGp（s）=1/（Ts+1）2．系统的基本工作原理整个电机调速系统由两大部分组成，第一部分由计算机和A/D&D/A卡组成，主要完成速度采集、PID运算、产生控制电枢电压的控制电压，第二部分由传感器信号整形，控制电压功率放大等组成。
电机速度控制的基本原理是：通过D/A输出-2.5v～+2.5v的电压控制7812的输出，以达到控制直流电机电枢电压的目的。
速度采集由一对红外发射、接收管完成，接收管输出脉冲的间隔反应了电机的转速。
第二部分电路原理图3．PID递推算法：如果PID调节器输入信号为e（t），其输送信号为u（t）,则离散的递推算法如下：Uk=Kpek+Kiek2+Kd(ek-ek-1)其ek2是误差累积和。
四、实验内容：1、设定电机的速度在一恒定值。
2、调整P、I、D各参数观察对其有何影响。
五、实验步骤1．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。
2．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。
3． 20芯的扁平电缆连接实验箱和炉温控制对象，检查无误后，接通实验箱电源。
开环控制4．选中[实验课题→电机调速实验→开环控制实验]菜单项,鼠标单击将弹出参数设置窗口。
在参数设置窗口设置给定电压，及电机控制对象的给定转速，点击确认在观察窗口观测系统响应曲线。
计算机控制技术实验报告实验一信号的采样与保持一、实验目的1．熟悉信号的采样和保持过程。
2．学习和掌握香农(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、实验设备PC 机一台，TD-ACS实验系统一套，i386EX 系统板一块。
三、实验原理香农（采样）定理：若对于一个具有有限频谱（max ωω<）的连续信号)(t f 进行采样，当采样频率满足max 2ωω≥s时，则采样函数)(t f *能无失真地恢复到原来的连续信号)(t f 。
max ω为信号的最高频率，s ω为采样频率。
四．实验内容1．采样与保持编写程序，实现信号通过 A/D 转换器转换成数字量送到控制计算机，计算机再把数字量送到 D/A 转换器输出。
实验线路图如图2-1所示，图中画“○”的线需用户在实验中自行接好，其它线系统已连好。
模数转换单元控制计算机图2-1 采样保持线路图控制计算机的“OUT1”表示386EX 内部1#定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259的“7”号中断，用作采样中断。
正弦波单元的“OUT ”端输出周期性的正弦波信号，通过模数转换单元的“IN7”端输入,系统用定时器作为基准时钟（初始化为10ms ），定时采集“IN7”端的信号，转换结束产生采样中断，在中断服务程序中读入转换完的数字量，送到数模转换单元，在“OUT1”端输出相应的模拟信号。
由于数模转换器有输出锁存能力，所以它具有零阶保持器的作用。
采样周期T= TK×10ms ，TK 的范围为01~ FFH ，通过修改TK 就可以灵活地改变采样周期，后面实验的采样周期设置也是如此。
零阶采样保持程序流程图如图2-2所示。
图2-2 零阶采样保持程序流程图实验步骤：（1）参考流程图2-2编写零阶保持程序，编译、链接。
（2）按照实验线路图2-1接线，检查无误后开启设备电源。
（3）用示波器的表笔测量正弦波单元的“OUT ”端，调节正弦波单元的调幅、调频电位器及拨动开关，使得“OUT ”端输出幅值为3V ，周期1S 的正弦波。
（4）加载程序到控制机中，将采样周期变量“Tk ”加入到变量监视中，运行程序，用示波器的另一路表笔观察数模转换单元的输出端“OUT1”。
（5）增大采样周期，当采样周期>0.5S 时，即Tk>32H 时，运行程序并观测数模转换单元的输出波形应该失真，记录此时的采样周期，验证香农定理。
2．信号的还原编写程序，分别用直线插值法和二次曲线插值法还原信号。
从香农定理可知，对于信号的采集，只要选择恰当的采样周期，就不会失去信号的主要特征。
在实际应用中，一般总是取实际采样频率s ω比max 2ω大，如：max 10ωω≥s 。
但是如果采用插值法恢复信号，就可以降低对采样频率的要求，香农定理给出了采样频率的下限，但是用不同的插值方法恢复信号需要的采样频率也不相同。
（1）直线插值法（取max 5ωω≥s ）利用式1.2 -1在点（X0，Y0）和（X1，Y1）之间插入点（X ，Y ）。
)(00X X K Y Y -+=其中：0101X X Y Y K --=X1−X0为采样间隔，Y1−Y0分别为X1和X0采样时刻的AD 采样值。
（2）二次曲线插值法（取max 3ωω>s ）：)]()[(12100X X K K X X Y Y -+-+=其中，1201010202201011,X X X X Y Y X X Y Y K X X Y Y K -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----=--= 直线插值与二次曲线插值程序流程图如图2-3所示。
图2-3 直线插值与二次曲线插值程序流程图实验步骤：（1）参考流程图2-3分别编写直线插值和二次曲线插值程序，并编译、链接。
（2）按照线路图2-1接线，检查无误后，开启设备电源。
调节正弦波单元的调幅、调频 电位器，使正弦波单元输出幅值为3V ，周期1S 的正弦波。
（3）分别装载并运行程序，运行程序前将采样周期变量Tk 加入到变量监视中，方便实验中观察和修改。
用示波器观察数模转换单元的输出，和零阶保持程序的运行效果进行比较。
由上述结果可以看出：在采样频率Ws =10Wmax 时，用三种方法还原信号，直线插值要好于零阶保持，二次曲线插值好于直线插值。
采用合理的插值算法可以降低信号的失真度，在允许的范围内可以有效地降低对采样频率的要求。
（4）（3）中是在同一采样频率下，比较三种方法还原信号的效果，实验中也可比较一种还原方法在不同采样频率下的效果。
对于零阶保持来说：当采样频率≥信号频率的10倍时，即AH T S T k k 0,1101≤⋅≤信号的还原效果较好。
对于直线插值来说：当采样频率≥信号频率的5倍时，即H T S T k k14,151≤⋅≤信号的还原效果较好。
对于二次曲线插值来说：当采样频率≥信号频率的3倍时。
HT S T k k 21,131≤⋅≤信号的还原效果较好。
五．实验结果采样周期Tk=05H 时的输出波形：采样周期Tk=33H 时的输出波形为：由得到的实验结果可以看出:采样周期 Tk=05H 时，输出波形与原来基本相同；Tk>32H 时输出波形产生失真。
信号还原实验结果：Tk=0AH 时，三种方法还原得到的结果：直线差值的输出波形：二次曲线插值的输出波形：零阶保持输出波形：实验二 数字滤波一、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、实验设备PC 机一台，TD-ACS 实验系统一套，i386EX 系统板一块。
三、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。
控制计算机模数转换数模转换RC图3-1数字滤波方框图（1）一阶惯性滤波： 相当于传函11+S τ的数字滤波器，由一阶差分法可得近似式： 1)1(-+-=K K K aY X a Y其中，K X 为当前采样时刻的输入，K Y 为当前采样时刻的输出，1-K Y 为前一采样时刻的输出，T 为采样周期，τTa =-1。
（2）四点加权滤波： 四点加权滤波算法公式：)1(41i 3423121∑=---=+++=i K K K K K A X A X A X A X A Y其中，K X 为当前采样时刻的输入，1-K X 为前一采样时刻的输入，1-K Y 为前一采样时刻的输出。
数字滤波程序流程图如图3-2所示。
图3-2 数字滤波程序流程图实验中的参数：1－a 、a 、A1、A2、A3、A4为十进制2位小数（BCD 码），取值范围：0.00 ～ 0.99，只须对应存入00～99。
程序中将其转换成二进制小数，再按算式进行定点小数运算。
四．实验内容分别编写一阶惯性滤波程序和四点加权滤波程序，将混合干扰信号的正弦波送到数字滤波器，并用示波器观察经过滤波后的信号。
实验线路图如图3-3所示，图中画“○”的线需用户在实验中自行接好，运放单元需用户自行搭接。
模数转换单元控制计算机图3-3 数字滤波实验线路图控制计算机的“OUT1”表示386EX内部1＃定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常,“IRQ7”表示386EX 内部主片8259的7号中断，用作采样中断。
电路中用RC电路将S端方波微分，再和正弦波单元产生的正弦波叠加。
注意R点波形不要超过±5V，以免数字化溢出。
计算机对有干扰的正弦信号R通过模数转换器采样输入，然后进行数字滤波处理，去除干扰，最后送至数模转换器变成模拟量C输出。
五、实验步骤1. 参照流程图3-2分别编写一阶惯性和四点加权程序，检查无误后编译、链接。
2. 按实验线路图3-3接线，检查无误后开启设备电源。
调节正弦波使其周期约为2S，调信号源单元使其产生周期为100ms的干扰信号（从“NC”端引出），调节接线图中的两个47K电位器使正弦波幅值为3V，干扰波的幅值为0.5V。
3. 分别装载并运行程序，运行前可将“TK”加入到变量监视中，方便实验中观察和修改。
用示波器观察R点和C点，比较滤波前和滤波后的波形。
4. 如果滤波效果不满意，修改参数，再运行程序，观察实验效果。
六．实验结果一阶惯性滤波输出波形：四点加权滤波输出波形：由实验结果可以得到此实验一阶惯性滤波的效果更好，其更有效的滤去了噪声干扰信号。
实验四积分分离法PID控制一、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．掌握积分分离法PID控制规律二、实验设备PC 机一台，TD-ACS 实验系统一套，i386EX 系统板一块三、 实验原理根据系统偏差的比例（P ）、积分（I ）和微分（D ）进行控制的调节器简称为PID 调节器（也称为PID 控制器），是连续系统中技术成熟、应用最为广泛的一种调节器，其控制规律为：])()(1)([)(⎰++=dtt de T dt t e T t e K t u d i p 在计算机控制系统中，PID 控制规律的实现必须用数值逼近的方法。
当采样周期相当短时，用求和代替积分、用后向差分代替微分，使模拟PID 离散化变为差分方程。
数字 PID 控制算法可以表示为位置式 PID 和增量式 PID 两种。
（1）位置式 PID 控制算法为：))]1()(()()([)(0--++=∑=k e k e TT i e T Tk e K k u Dki IP （2）增量式 PID 控制算式为：)1()()(-+∆=k u k u t u ))]2()1(2)(()())1()([()(-+--++--=∆k e k e k e TT k e T Tk e k e K k u D I P 其中，T 为采样周期，k 为采样序号，)(k u 为第k 次采样调节器输出，)(k e 为第k 次采样误差值，)1(-k e 为第1-k 次采样误差值。
增量式与位置式相比具有以下优点：1．增量式算法与最近几次采样值有关，不需要进行累加，因此，不易产生累积误差，控制效果较好。
2．增量式中，计算机只输出增量，误动作（计算机故障或干扰）影响小。
3．在位置式中，由手动到自动切换时，必须使输出值等于执行机构的初始值，而增量式只与本次的误差值有关，更易于实现手动到自动的无扰动切换。
4．增量式控制算法因其特有的优点在控制系统中应用比位置式更加广泛。
为了便于实验参数的调整，下面讨论PID 参数对系统性能的影响：（1）增大比例系数K P 一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差。
但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使系统稳定性变坏。
（2）增大积分时间参数T I有利于消除静差、减小超调、减小振荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢。
