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第一部分计算机控制实验系统使用说明计算机控制实验系统构成及说明第一节计算机控制实验系统构成计算机控制实验系统由以下六个模块组成(1)计算机控制实验模块(2)信号源模块(3)控制对象模块(4)数据采集卡模块(5)实验模板程序模块(6)PC机控制模块各模块相互交联关系框图见图1-1所示：图1-1各模块相互交联关系图计算机控制实验装置的布置简图见图1-2所示。
图1-2计算机控制装置简图第二节计算机控制实验系统说明计算机控制实验系统是由上位PC微机（含PCI-1711数据采集卡及驱动软件），ACCC-Ⅲ实验装置，连接电缆线等组成。
1. ACCC-Ⅲ实验装置简介ACCC-Ⅲ实验装置是一个通用的计算机控制实验装置。
它主要包括电源部分U1单元，信号源部分U2单元，与PC机进行通讯的数据处理单元U3,自由插件端子单元U4,模拟电路单元U6~U14以及电机转速、温度、水槽液位控制单元组成，详见附图。
(1) U1电源单元：包括电源开关，保险丝，提供±5V,±15V,0V,1.2~15V可调电压的输出。
(2) U2信号源单元：包括周期性正弦信号,周期性斜坡、方波、抛物线信号，频率幅值可调。
其中斜坡、方波、抛物线信号幅值范围为：0V-10V,频率范围为：0.13Hz-8.3Hz；正弦信号的幅值范围为：0V-5V,频率范围为：低频0.5Hz~81Hz,高频63Hz~10kHz。
(3) U3数据处理单元:PCI-1711数据采集卡在实验装置上的接口端子，通过RS232串行口与上位PC机进行通讯。
(4) U4提供实验所需的电容、电阻、电位器，提供插接电路，可以根据实验需要自行选择连接的元器件。
(5) U5提供16个开关量作为PCI-1711数据采集卡数字量输入的测试信号，16个LED指示灯作为数据采集卡数字量输出控制单元。
(6) U6~U14为运算放大器、电阻及电容等器件组成的模拟电路单元，由场效应管组成的电路用于锁零。
计算机控制技术实验指导书微机原理实验室2012—3--21一、课程简介：本课程主要介绍计算机控制系统的组成原理、基本类型、设计方法和应用举例。
主要内容有：绪论（包括计算机监控系统的基本构成、类型和发展趋势）、数据通信基础、通道与I/O 接口、控制算法的计算机实现、常用软件技术、基于个人计算机的监控系统、基于PLC的计算机监控系统、现场总线技术、集散控制系统、计算机监控系统设计方法、计算机监控系统应用举例。
本实验的具体任务：1．通过实验，加深学生对微型计算机控制系统的认识和理解。
2．掌握基本控制方法的物理意义和实现方法。
3．能够设计基本的微机控制系统，掌握微机控制系统的软硬件设计方法。
二、课程实验目的与要求：本课程的教学目的在于通过教学使同学们掌握计算机监控系统的基本原理，掌握常用的硬件和软件设计方法，了解计算机监控技术的应用现状、最新发展以及发展趋势，掌握计算机监控系统的基本开发技术等。
具体体现在以下几方面：1．在实验过程中，教育学生养成良好的实验习惯，独立完成实验的全过程，爱护仪器和设备；遵守纪律，树立良好的学风，使学生了解实验的重要性以及实验课程的地位和作用；2．注意培养学生的科学实验能力，逐步提高排除故障、发现问题和解决问题的能力，培养学生进行微机软硬件的设计、调试的能力；3．拓宽和加深学生对已学过的理论知识的理解，培养学生实际应用能力，从而掌握比较全面的专业知识。
4．通过学生动手编程和电路连接，熟悉微型计算机控制系统的组成，让学生掌握微型计算机技术的实际应用方法和技能，掌握常用控制方法的程序设计。
5．实验完成后必须按时提交实验报告。
三、考试（考核）方式：根据实验报告、实验中的动手能力和解决实际问题的能力综合考核。
实验报告成绩占课程总成绩的40％。
实验中的动手能力和解决实际问题的能力考核占总成绩的60％。
四、场地与主要设备及消耗性器材1．场地：微机原理实验室面积:120平方米2．所用设备：微型计算机、EL-MUT-III微机原理实验箱、示波器等。
计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书实验一、单容水箱液位PID整定实验一、实验目的1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。
3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
二、实验设备AE2000A型过程控制实验装置、JX-300X DCS控制系统、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、网线1根、24芯通讯电缆1根。
三、实验原理图2-15为单回路水箱液位控制系统单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。
本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。
根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用SUPCON JX-300X DCS控制。
当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。
合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。
反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。
一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。
一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。
比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。
比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。
但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。
实验要求：1 按实验指导书的连线示意图完成接线。
检查无误后再开启电源。
2 如果开启实验箱电源后，出现发现新硬件的提示，可参考教学视频，安装虚拟示波器的驱动程序。
3 复制范例程序到E:盘自己的文件夹中，启动Keil 程序，参照教学视频，打开范例程序文件，编译并运行，然后利用示波器虚拟仪器软件，查看并记录实验波形。
4 完成一次波形测定后，按单片机系统板上的“复位”键，停止程序运行，然后参考教学视频，在Keil软件中，修改程序的相关参数（采样周期），重新编译运行，并观察和记录波形变化。
5 实验要求分别利用零阶保持器、线性插值、二次曲线插值三种方法对采样数据进行还原，（范例程序ACC1-2-1、ACC1-2-2、ACC1-2-3）每种方法的实验中分别以采样周期（10ms、50ms、200ms）对信号频率为1Hz、5Hz的正弦波信号采样。
观察和比较不同的采样还原效果。
6 根据采样定理的知识，根据实验数据和波形，对采样信号的还原效果进行分析和说明实验波形及分析说明：0阶采样法10MS采样周期(1hz)：0阶采样法50MS采样周期(1hz)：0阶采样法200MS采样周期(1hz)：直线插值法10MS采样周期(1hz)：直线插值法50MS采样周期(1hz)：直线插值法200MS采样周期(1hz)：二次曲线差值10MS采样周期(1hz)：二次曲线差值50MS采样周期(1hz)：二次曲线差值200MS采样周期(1hz)：分析：从波形图可以看出，对于零阶保持，在TK为10ms和50ms时信号还原效果较好，当为200ms时信号还原效果较差。
当正弦波频率为1hz信号还原效果又比5hz的要好对于直线插值和二次曲线插值，10ms采样周期5hz的信号还原效果较好，且当采样周期大于200ms 时信号失真。
验证了采样定理的正确性，当Ws比2Wmax大，信号能更好的恢复，同时，采用插值法恢复信号，就可以降低对采样频率的要求。
实验要求:参考实验指导书进行系统连线。
计算机控制技术实验指导书三、实验报告要求1）体会1、2的用法；2）对3、4写出程序及上机的结果实验三 控制系统仿真基础一、实验目的及要求：1. 掌握用简单函数命令实现连续函数的离散化的方法；2. 掌握求简单闭环脉冲传递函数的方法及系统分析方法。
二、实验设备： 1、微型机一台。
2、MA TLAB 软件 三、实验内容：1、设连续系统传递函数为 f(t)=1*1(t), f(t)=t, f(t)=)cos(t eatω- ，用简单命令函数求其Z 变换2、已知闭环离散系统如图3.1所示，其前向信道的零阶保持器与连续部分传递函数分别为se G TSh --=1,)1(1+=s s G p ，当采样周期为1s ，（1）试求闭环系统的脉冲传递函数，（2）计算系统的特征根（3）若输入信号为单位阶跃信号r （t ）=1（t ），计算系统的稳态误差。
（4）系统的频域指标和单位阶跃时域响应曲线图3.1 闭环离散系统四、实验报告的要求 写出相应的程序及上机结果实验四PID控制实验一、实验目的：１、熟悉PID控制方法的控制规律。
２、掌握不同P、I、D参数对控制系统的影响。
３、掌握采样时间变化对系统的影响。
4、熟悉SIMULINK 工作环境及特点；5、熟悉控制线性系统仿真常用基本模块的用法；6、掌握SIMULINK 的建模与仿真方法。
二、实验设备：1、微型机一台。
2、MA TLAB软件三、实验原理及实验内容（a）单输入阶跃信号典型PI环节控制（b）系统传递函数PID控制图4.1 PID控制原理用M文件编程或SIMULINK建立被控对象的传递函数如图4.1所示，系统输入为单位阶跃信号，a图为简单阶跃信号PI环节控制，分别取Kp1=5,Ki1=0.5；Kp2=4.2,Ki2=2.3；Kp3=6.7,Ki3=3.2，总结不同的参数设置对系统的影响。
b 图PID 控制器传递函数为)11(S T ST Kp Gs D I ++=系统传递函数Go=)4)(3)(2)(1(10++++s s s s 采用PID 控制器进行闭环调节。
目录第一部分 ATC2007系统篇-----------------------------第一章系统概述------------------------------------------------ 第二章软件使用说明------------------------------------------第二部分计算机控制技术实验部分-------------------------实验一模/数、数/模转换实验一--------------------------------------- 实验二模/数、数/模转换实验二--------------------------------------- 实验三平滑与数字滤波实验------------------------------------------- 实验四积分分离PID控制实验------------------------------------------- 实验五大林算法-----------------------------------------------实验六直流电机闭环调速实验------------------------------------------ 实验七电烤箱闭环控制实验------------------------------------------第一部分 ATC2007系统篇第一章 ATC2007系统概述一、引言“自动控制原理”是自动化、自动控制、电子技术、电气技术、精密仪器等专业教学中的一门重要的专业基础课程。
为满足各大专院校的教学需要，我公司精心设计制造了ATC2007实验系统，它具有很强的开放性能、扩展性能；运算模拟单元的运放有八个，每个运算模拟单元内都有实验所需的电阻、电容等元件，可以通过短路块和导线灵活方便的对系统单元电路进行组合，可以构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系统；从运算模拟单元独立出来的可变电阻器组单元档位连续，调节精度高，接线灵活多变，充分满足于自控原理实验教学的要求。
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。
实验六组态软件MCGS应用
一、实验目的：
熟悉和了解组态软件技术，掌握利用组态软件进行监控界面的开发方法。
二、实验设备
计算机、mcgs组态软件
三、实验内容：
通过一个水位控制系统的组态过程，介绍如何应用MCGS组态软件完成一个工程。
通过本讲及后续几讲学习，您将会应用MCGS组态软件建立一个比较简单的水位控制系统。
本样例工程中涉及到动画制作、控制流程的编写、模拟设备的连接、报警输出等多项组态操作。
水位控制需要采集二个模拟数据：
液位1（最大值10米）
液位2（最大值6米）
三个开关数据：水泵、调节阀、出水阀。
工程组态好后，最终效果图如下：
组态完成后，进行模拟运行。
《计算机控制技术》实验指导书目录ZZY—JK01 计算机控制实验板各功能模块应用――――――――――――――1 Visual Studio 2005开发环境认识―――――――――――――――――――2 VB .NET语言程序设计――――――――――――――――――――――――7 计算机并口控制花样灯实验―――――――――――――――――――――12 计算机并口控制数码管显示实验―――――――――――――――――――22 计算机串口控制数字输出――――――――――――――――――――――31 计算机串口检测开关量变化实验―――――――――――――――――――34 计算机并口检测开关量变化实验―――――――――――――――――――42 PC机与单片机的串口通信实验――――――――――――――――――－―46ZZY-JK01 计算机控制技术实验板各功能模块应用ZZY-JK01计算机控制技术实验板的设计特别适用于练习个人计算机上的串行端口及并行端口的相关IO功能，并提供串并行通信的各类数据传输及控制实验，是一个相当好用的学习实验板，可以通过串行通信端口（RS-232）或是并行通信端口（LPT）实验相关IO操作，也可以从其中学习检测控制的基本原理等等。
另外，ZZY-JK01 计算机控制技术实验板还可以作为单片机实验开发板使用。
其特点：含有串行端口和并行端口含有ISP接口，支持AT公司的下载线（AT的下载线支持89S51和89S52）含有232接口，支持串口通讯实验、仿真芯片自举、SST仿真模块在线硬件仿真，通过此接口可直接支持各种类型的嵌入式仿真器7805、USB双电源口可选：双电源口的选择自动切换，无需跳线手动选择，只要二者有一个接通，会自动选择得电接口含有USB过流保护电路金属膜电阻、4位一体数码管、圆孔晶振插座......全部选用优质零件，如果你了解PIC芯片的管脚排列，那么只要做一个适配器PCB，它就可以支持对PIC 芯片的试验了4*4键盘开关电路扩张非常方便，P0，P1，P2，P3，可以全部自行扩张。
