实验报告_计算机工业控制(西南科技大学)

计算机控制工程实验一 实验目的 试验目的：1了解计算机控制系统的基本构成结构和掌握计算机控制系统的原理；熟悉计算机控制系统的设计过程。

2掌握控制器的设计方法；能够利用最小拍有纹波，最小拍无纹波，大林算法，数字PID 四种方法设计数字控制器。

并体会四种算法设计的不同。

比较不同控制器的设计方法的区别，在编程和仿真的过程中，学习MATLAB 软件的使用，通过Matlab 工具仿真控制效果，掌握不同控制器的特点；3 通过本实验积累在具体控制工程中分析与解决具体问题的能力，并熟悉设计控制系统的过程。

4 对仿真结果进行分析，体会不同的设计思想，加深对计算机控制系统设计的理解 二 实验任务 实验对象结构：D(z)是待设计的数字控制器，G(s)是被控对象的连续传递函数，G h (s)是零阶保持器，T 为采样周期G(s)有两种：传函G 1：()Se s G S S s G Tsh --=+=1)(,)2(2传函G 2：()Se s G S e s G Tsh S ---=+=1)(,22 T=0.5 试分别设计控制算法(D(z))使输出Y(t)能够跟踪v(t)参考输入，v （t ）有三种：1单位阶跃 2单位速度3随动信号：设输入信号包含上升、平顶和下降阶段或改用加速度信号设计4种控制器：1数字PID2大林算法3最小拍（最速跟踪） 4最小拍无纹波三 数字控制器的设计、实验设计与仿真结果 1 有纹波的最小拍控制器（1）传函G 1的最小有纹波控制器设计广义对象的Z 传递函数为：故输入阶跃信号时被控对象为G 1(s)的控制器设计对单位阶跃信号，1=q 所以，因为， 且)('1z F 的首项为1，所以有，)('1z F =1， 即则数字控制器为： 输入阶跃信号时被控对象为G 1(s)的控制器设计：)368.01)(1()717.01(184.0)2(21)(1111-------+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⋅-=z z z z s s s e Z z G Ts 11111=-===---j z N M d ，，，)()('1z F z z -=φ)()1()('11z F z z e --=φ01)(deg '1=-+=-m d z F )1()(1--=z z e φ1)(1)(-=-=z z z e φφ)717.01()368.01(43.5)()()(1)(11--+-=⋅=z z z z z G z D eφφ输入阶跃信号时被控对象为G 1(s)的仿真结果：输入速度信号时被控对象为G 1(s)的控制器设计对单位速度信号，2=q 所以，因为， 且)('1z F 的首项为1，所以有，)('1z F =1， 即则数字控制器为：输入速度信号时被控对象为G 1(s)的控制器设计:)()('1z F z z -=φ)()1()('121z F z z e --=φ01)(deg '1=-+=-m d z F 21)1()(--=z z e φ212)(1)(---=-=z z z z e φφ)717.01)(1()368.01)(5.01(86.10)()()(1)(1111----+---=⋅=z z z z z z z G z D e φφ输入速度信号时被控对象为G 1(s)的仿真结果：输入随动信号时被控对象为G 1(s)的控制器设计设计的随动信号是有单位速度信号叠加而成的，最高阶次为2，设计的控制器与单位速度信号相同。

西南科技大学实验报告现代数字系统设计实验题目：直流电机的PWM控制专业班级：生物医学0502 _学生姓名：***学生学号： ********实验时间： 2个小时指导教师：***一、实验目的1.掌握直流电机的PWM 控制方法；2.锻炼VHDL 语言的编程能力。

二、实验原理及说明PWM 控制就是产生一定周期，占空比不同的方波信号，当占空比较大时，电机转速较高，否则电机转速较低。

当采用FPGA 产生PWM 波形时，只需FPGA 内部资源就可以实现，数字比较器的一端接设定值输出，另一端接线性递增计数器输出。

当线性计数器的计数值小于设定值时输出低电平，当计数器大于设定值时输出高电平，这样就可通过改变设定值，产生占空比不同的方波信号，从而达到控制直流电机转速的目的。

直流电机控制电路主要由2部分组成，如图1所示： ● FPGA 中PWM 脉宽调制信号产生电路； ● FPGA 中正/反转方向控制电路；速度等级设置模块锯齿波发生器（模16计数器）数字比较器模块旋转方向控制模块驱动电路Z （正转）F （反转）PWM 波形输出Z_F （正/反转控制信号）Rst （复位）Clk （时钟）Rst （复位）Level （速度等级按键）接数码管（显示速度等级）图1 直流电机PWM 控制电路三、实验步骤1.在QUARTUSII 软件下创建一工程，工程名为pwm_control ，芯片名为EP1C3T144C8，注意工程路径不要放到软件安装路径下；2.根据实验原理，自己编写VHDL 顶层设计文件实现直流电机的PWM 控制（整个设计要求全部采用VHDL 编写，不能采用原理图方式），参考程序如下：速度等级设置模块process(rst,level)beginif rst='1' thencnt4<=(others=>'0');elsif level='1' and level'event thencnt4<=cnt4+1;end if;end process;process(rst,clk)beginif rst='1' thenspeed<=(others=>'0');elsif clk'event and clk='1' thencase cnt4 isWHEN "00" => speed <= "0011" ;WHEN "01" => speed <= "0100" ;WHEN "10" => speed <= "0101" ;WHEN "11" => speed <= "0111" ;WHEN OTHERS => NULL ;END CASE ;end if;END PROCESS;数字比较器模块process(clk,rst)beginif rst='1' thenagb<='0';elsif clk'event and clk='1' thenif cnt16>speed thenagb<='1';elseagb<='0';end if;end if;end process;锯齿波发生器process(rst,clk)beginif rst='1' thencnt16<=(others=>'0');elsif clk='1' and clk'event thencnt16<=cnt16+1 ;end if;end process;旋转方向控制模块process(rst,clk)beginif rst='1' thenz<='0';f<='0';elsif clk'event and clk='1' thenif z_f='1' thenz<=agb;f<='0';elsez<='0';f<=agb;end if;end if;end process;3.对设计进行全编译；4.分别进行功能与时序仿真，验证逻辑功能；5.锁定引脚实验采用模式5，锁定引脚对照表如下信号键1 键2（level）键3clkz f level_display0level_display1引脚号1 2 3 9313213185 966.下载采用JA TG方式进行下载；7.将实验箱左上方直流电机处跳线位置插到直流允许端，（注意实验完毕后将此跳线插回直流禁止端），将右下方clock0频率改为65536Hz。

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。

一、实训背景随着我国工业自动化水平的不断提高，工业控制技术在各个领域得到了广泛应用。

为了培养具备实际操作能力和创新精神的工业控制技术人才，本次实训以工业控制技术设计为主题，通过实际操作和理论分析，提高学生对工业控制技术的理解和应用能力。

二、实训目的1. 理解工业控制技术的基本原理和组成；2. 掌握工业控制系统的设计方法；3. 提高实际操作能力和创新意识；4. 培养团队合作精神。

三、实训内容1. 工业控制技术基本原理（1）传感器：介绍各类传感器的工作原理、特点及应用，如温度传感器、压力传感器、位移传感器等。

（2）执行器：介绍各类执行器的工作原理、特点及应用，如电动执行器、气动执行器、液压执行器等。

（3）控制器：介绍各类控制器的原理、特点及应用，如PLC、DCS、PID控制器等。

2. 工业控制系统设计（1）系统需求分析：分析实际生产过程中的控制需求，确定控制系统的主要功能。

（2）系统总体设计：根据需求分析，设计控制系统的总体结构，包括传感器、执行器、控制器等。

（3）控制器程序设计：根据控制系统总体设计，编写控制器程序，实现控制策略。

（4）系统调试与优化：对控制系统进行调试，优化控制参数，提高控制效果。

3. 实训项目（1）基于PLC的智能交通控制系统设计：设计一套基于PLC的智能交通控制系统，实现红绿灯的自动控制，提高交通效率。

（2）基于PID控制器的温度控制系统设计：设计一套基于PID控制器的温度控制系统，实现对某生产设备的温度精确控制。

四、实训过程1. 集体讨论：实训开始前，分组讨论实训项目，明确各自分工。

2. 理论学习：根据实训内容，查阅相关资料，学习工业控制技术基本原理。

3. 设计与编程：根据项目需求，设计控制系统结构，编写控制器程序。

4. 系统调试：将控制系统程序下载到控制器，进行实际调试。

5. 结果分析：对调试结果进行分析，优化控制参数，提高控制效果。

6. 实训报告撰写：总结实训过程，撰写实训报告。

一、实训目的本次工业控制实训旨在使学生掌握工业控制系统的基本原理、设计方法、调试与维护技术，提高学生的实际操作能力和工程应用能力。

通过实训，使学生能够熟悉工业控制系统的组成、工作原理和常用控制方法，掌握PLC编程技术、电机控制技术、传感器应用技术等，为今后从事工业自动化领域的工作打下坚实基础。

二、实训内容1. 工业控制系统的基本组成与工作原理（1）介绍工业控制系统的基本组成，包括传感器、执行器、控制器、控制对象等。

（2）讲解工业控制系统的基本工作原理，如反馈控制、前馈控制、自适应控制等。

2. PLC编程技术（1）学习PLC的基本结构、工作原理和编程语言。

（2）掌握PLC编程软件的使用方法，如梯形图、功能块图、指令表等。

（3）完成简单的PLC编程任务，如顺序控制、定时控制、计数控制等。

3. 电机控制技术（1）学习电机的基本原理、类型和应用。

（2）掌握电机控制电路的设计方法，如变频调速、软启动、制动等。

（3）完成电机控制系统的调试与维护。

4. 传感器应用技术（1）学习传感器的基本原理、类型和应用。

（2）掌握传感器信号处理技术，如滤波、放大、转换等。

（3）完成传感器应用系统的设计、调试与维护。

5. 工业控制系统综合实训（1）根据实际生产需求，设计一个工业控制系统。

（2）完成系统硬件选型、电路设计、软件编程等。

（3）进行系统调试与维护，确保系统稳定运行。

三、实训过程1. 实训准备（1）熟悉实训设备和工具，如PLC、电机、传感器等。

（2）了解实训项目的基本要求和操作步骤。

（3）掌握实训过程中的安全注意事项。

2. 实训实施（1）根据实训内容，分组进行操作。

（2）按照实训要求，完成各项任务。

（3）在操作过程中，注意观察现象，分析问题，及时与指导老师沟通。

3. 实训总结（1）对实训过程中的问题进行总结，找出原因和解决方法。

（2）撰写实训报告，总结实训成果。

（3）提出改进建议，为今后实训提供参考。

四、实训成果1. 学生掌握了工业控制系统的基本原理、设计方法、调试与维护技术。

一、实习背景随着我国工业自动化程度的不断提高，工业控制系统在各个行业中的应用越来越广泛。

为了更好地了解工业控制系统的基本原理、应用技术以及实际操作过程，我于2022年7月1日至7月31日在XX公司进行了为期一个月的工业控制系统实习。

二、实习目的1. 理解工业控制系统的基本原理和组成；2. 掌握工业控制系统的编程与调试方法；3. 熟悉工业控制系统的现场安装与调试；4. 培养实际操作能力和团队协作精神。

三、实习内容1. 工业控制系统基本原理及组成在实习过程中，我首先了解了工业控制系统的基本原理和组成。

工业控制系统主要由传感器、执行器、控制器和通信模块等组成。

传感器负责采集现场信号，执行器根据控制器指令执行相应动作，控制器负责对采集到的信号进行处理，通信模块负责实现系统各部分之间的信息传递。

2. 工业控制系统编程与调试在掌握了工业控制系统的基本原理后，我开始学习编程与调试。

实习期间，我主要使用了PLC（可编程逻辑控制器）进行编程。

通过学习，我掌握了以下内容：（1）PLC编程语言：梯形图、功能块图、指令列表和结构化文本；（2）PLC编程软件：Siemens STEP 7、Rockwell Studio 5000等；（3）PLC编程调试方法：故障诊断、参数设置、程序优化等。

3. 工业控制系统现场安装与调试在实习过程中，我有机会参与了工业控制系统的现场安装与调试。

以下是现场安装与调试的主要内容：（1）现场设备检查：检查传感器、执行器等设备的完好性；（2）系统接线：根据电路图进行系统接线，确保接线正确；（3）系统调试：调试传感器、执行器等设备，确保其正常工作；（4）系统联调：将PLC程序与现场设备进行联调，确保系统稳定运行。

4. 团队协作在实习过程中，我与团队成员共同完成了多个项目。

通过团队合作，我学会了以下内容：（1）沟通与协调：与团队成员保持良好沟通，共同解决问题；（2）分工合作：明确各自职责，提高工作效率；（3）解决问题：面对问题，积极寻找解决方案。

西安交通大学实验报告课程：姓名：学号：班级：实验一A/D、D/A转换实验实验二基于DASYLab的的温度控制系统设计实验实验三基于DASYLab的网络测控实验一A/D、D/A转换实验一、实验目的1.了解温控系统的组成。

2.了解NI测量及自动化浏览器的使用并对数据采集卡进行设置。

3.了解Dasylab软件的各项功能，并会简单的应用。

4.通过实验了解计算机是如何进行数据采集、控制的。

二、实验设备微型计算机、NI USB6008数据采集卡、温度控制仪、温箱。

三、实验内容1．了解温度控制系统的组成。

2．仔细观察老师对数据采集卡输入输出任务建立的过程及设置还有dasylab基本功能的演示。

3．仔细阅读dasylab相关文档，学习帮助文件tutorial了解其基本使用方法。

4．动手实践，打开范例，仔细揣摩，并独立完成数据采集卡输入输出任务的建立并建立并运行单独的AD及DA系统，完成之后，按照自己的需要及兴趣搭建几个简单的系统运行。

四、温控系统的组成计算机温度控制系统由温度控制仪与计算机、数据采集卡一起构成，被控对象为温箱,温箱内装有电阻加热丝构成的电炉，还有模拟温度传感器AD590。

系统框图如图1-1所示：五、温控仪基本工作原理温度控制仪由信号转换电路、电压放大电路、可控硅移相触发器及可控硅加热电路组成。

被控制的加热炉允许温度变化范围为0～100℃.集成电路温度传感器AD590(AD590温度传感器输出电流与绝对温度成正比关系,灵敏度为1uA/K).将炉温的变化转换为电流的变化送入信号转换、电压放大电路.信号转换电路将AD590送来的电流信号转换为电压信号,然后经精密运算放大器放大、滤波后变为0～5V的标准电压信号，一路送给炉温指示仪表,直接显示炉温值。

另一路送给微机接口电路供计算机采样.计算机通过插在计算机USB 总线接口上的NI USB600812位数据采集卡将传感器送来的0～5V 测量信号转换成0～FFFH的12位数字量信号,经与给定值比较,求出偏差值,然后对偏差值进行控制运算,得到控制温度变化的输出量,再经过NI USB6008将该数字输出量经12位D/A转换器变为0～5V的模拟电压信号送入可控硅移相触发器,触发器输出相应控制角的触发脉冲给可控硅,控制可控硅的导通与关断,从而达到控制炉温的目的。

一、实验目的1. 理解计算机控制系统的基本原理和组成；2. 掌握计算机控制系统的基本操作和调试方法；3. 通过实验，加深对计算机控制理论的理解和应用。

二、实验仪器1. PC计算机一台；2. 计算机控制系统实验箱一台；3. 传感器、执行器等实验设备。

三、实验内容1. 计算机控制系统组成与原理；2. 传感器信号采集与处理；3. 执行器控制与调节；4. 计算机控制系统调试与优化。

四、实验步骤1. 熟悉实验设备，了解计算机控制系统实验箱的组成及功能；2. 连接实验设备，检查无误后启动实验软件；3. 根据实验要求，进行传感器信号采集与处理；4. 根据实验要求，进行执行器控制与调节；5. 对计算机控制系统进行调试与优化，观察系统响应和性能；6. 记录实验数据，分析实验结果。

五、实验结果与分析1. 计算机控制系统组成与原理实验过程中，我们了解了计算机控制系统的基本组成，包括传感器、控制器、执行器等。

传感器用于采集被控对象的物理量，控制器根据采集到的信号进行计算、处理，然后输出控制信号给执行器，执行器对被控对象进行调节。

2. 传感器信号采集与处理在实验中，我们使用了温度传感器采集环境温度信号。

通过实验，我们掌握了如何将模拟信号转换为数字信号，以及如何对采集到的信号进行滤波处理。

3. 执行器控制与调节实验中，我们使用了继电器作为执行器，根据控制器输出的控制信号进行开关控制。

通过实验，我们学会了如何设置执行器的参数，以及如何对执行器进行调节。

4. 计算机控制系统调试与优化在实验过程中，我们对计算机控制系统进行了调试与优化。

通过调整控制器参数，使得系统在满足控制要求的同时，具有良好的动态性能和稳态性能。

六、实验总结本次实验使我们对计算机控制系统有了更深入的了解，掌握了计算机控制系统的基本原理和操作方法。

通过实验，我们提高了动手能力和实际操作能力，为今后从事相关领域工作奠定了基础。

七、实验报告1. 实验名称：计算机控制系统实验2. 实验日期：XXXX年XX月XX日3. 实验人员：XXX、XXX4. 实验指导教师：XXX5. 实验内容：计算机控制系统组成与原理、传感器信号采集与处理、执行器控制与调节、计算机控制系统调试与优化6. 实验结果与分析：详细描述实验过程中遇到的问题、解决方法及实验结果7. 实验心得体会：总结实验过程中的收获和体会（注：以上实验报告仅供参考，具体实验内容和结果可能因实际情况而有所不同。

实习报告：工业控制系统实习一、实习目的和意义本次实习的主要目的是了解和掌握工业控制系统的基本原理、组成和应用，提高自己在实际工程中的动手能力和解决问题的能力。

通过实习，我对工业控制系统有了更深入的认识，明白了其在现代工业生产中的重要地位和作用。

二、实习内容和过程实习期间，我主要参与了工业控制系统的安装、调试和维护工作。

具体内容包括：1. 学习工业控制系统的的基本原理和组成，了解各种控制器的功能和应用。

2. 参与工业控制系统的安装工作，包括控制器、传感器、执行器等硬件设备的安装，以及控制软件的配置和调试。

3. 参与工业控制系统的调试工作，通过调整控制参数和程序，使系统达到预期的控制效果。

4. 参与工业控制系统的维护工作，对系统进行日常检查和保养，确保系统的稳定运行。

三、实习收获和体会通过本次实习，我收获颇丰。

首先，我了解了工业控制系统的基本原理和组成，掌握了各种控制器的功能和应用。

其次，我提高了自己的动手能力和解决问题的能力，学会了如何安装、调试和维护工业控制系统。

最后，我明白了团队合作的重要性，学会了如何与同学、老师共同完成一个项目。

同时，我也认识到工业控制系统在实际应用中存在一些问题和挑战，如系统稳定性、实时性、安全性等。

这些问题需要我们在今后的学习和工作中不断深入研究和解决。

四、实习总结本次工业控制系统实习使我受益匪浅，不仅提高了自己的专业技能，也锻炼了团队合作能力。

我将以此为契机，继续深入学习工业控制系统的相关知识，为将来的工作打下坚实的基础。

同时，我也将注重实践与理论相结合，不断提高自己的实际操作能力，为我国工业控制系统的发展贡献自己的力量。

总之，本次实习是一次非常有意义的经历，让我对工业控制系统有了更深刻的认识，也为我今后的学习和工作打下了坚实的基础。

学生实验报告实验课程名称计算机工业控制技术开课实验室CAD/CAM计算机实验室《 AD和DA接口实验》实验报告四、实验步骤1.打开Keil软件，新建一个工程project2.新建一个文件，在新建文件中新建这个工程。

3. 选择Atmel中的AT98C51 。

4. 新建一个text文件并保存为C语言格式5.调整Target的Options,其中target的Xtal调整为11.0592兆赫兹，ouput中选上creat HEX File6.添加刚建好的文本文件到组（Add File to Group “Source Group 1”）7.输入程序并进行检测是否有错误或警告，直到无错误无警告为止。

8. 打开驱动器，选择STC89C52RC，打开程序文件Step1：选择单片机型号为STC89C52RCStep2：打开程序文件Step3：选择串行口为COM3，最高波特率为默认值Step4：默认选项Step5：下载，打开芯片上的开关《人机交互接口技术实验》实验报告1.打开Keil软件，关掉之前的工程，新建一个工程project2.选择Atmel中的AT89C513.新建一个Text文本，并保存为“.c”格式3.更改Target 的选项 Target 中 Xtal 为11.0592 MHZ，以及Output 中的选项4.添加刚建立的“.c”文件到组5.编写程序，然后检测程序时候有错，有错便修改程序至无错误6.打开驱动器，选择STC89C52RC，打开程序文件Step1：选择单片机型号为STC89C52RCStep2：打开程序文件Step3：选择串行口，最高波特率为默认值Step4：默认选项Step5：下载，打开芯片上的开6.按下实验芯片上的键，看显示结果是否正确，不正确在进行调试程序，修改程序等。

六、实验程序（源程序）#include<reg52.h>#define uint unsigned int //宏定义#define uchar unsigned charsbit duan=P2^6; //定义段选sbit wei=P2^7; //定义位选uchar code table[]={ //0--F显示代码case 0x77:num=16;break;}while(temp!=0xf0){temp=P3;temp=temp&0xf0;}}}return num ; /*返回num用数组代码显示出来*/}七、实验结果记录及分析答：实验程序传入芯片后，按芯片上的不同键，会显示不同的数。