邓《计算机控制技术》实验
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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。
计算机控制技术实验教案电气信息学院自动化系2007.5实验目的:▪了解计算机控制系统的基本构成,掌握计算机数据采集、数据转换原理,了解常规计算机控制策略。
▪掌握PCL-818L-B数据采集卡的功能及作用。
▪了解LabVIEW软件。
实验学时与实验内容:▪实验总学时:4学时▪实验内容:1. PCL-818L-B数据采集与转换实验《计算机控制技术实验指导书》实验一2学时2.实验法确定温控炉的数学模型《计算机控制技术实验指导书》实验三2学时实验要求:▪独立完成实验。
▪保持实验室整洁卫生,不要喧哗。
▪爱护实验器材,出现故障要立即报告指导教师。
▪认真仔细接线,温控炉实验线路需经指导教师检查后才能通电。
▪实验过程中认真做好原始记录,经指导教师签字确认后粘贴在实验报告上。
▪拆线前要先断电源。
实验成绩:实验成绩占课程总成绩的15%。
(15分)(实验报告必须在实验结束后一周内交齐)实验报告要求:▪报告内容:实验名称、实验目的、实验设备、实验过程(步骤)、实验记录的数据 (列表)及曲线,实验结果验证与分析,回答思考题等。
▪实验报告要独立完成,不要互相抄袭,图要正规,记录要清晰,字迹要工整。
实验一 PCL-818L-B数据采集与转换实验▪PCL-818L-B数据采集卡台湾研华公司生产,主要功能:A/D转换、D/A转换、数字输入、数字输出,定时、计数。
性能:8路差分或16路单端模拟量输入(12位A/D转换、可达100KHz采样率),1路模拟量输出(12位),16路数字量输入,16路数字量输出。
▪研华自带设备管理:开始\程序\Advantech Automation\Device manager\ Advantech Device manager LabVIEW程序:AD: c:\program Files\National Instruments\Labview 7.0\examples\Advantech\Adexp.vi DI: c:\program Files\NationalInstruments\Labview 7.0\examples\Advantech\DigInBit.vi或DigInByte.vi DO: c:\program Files\National Instruments\Labview 7.0\examples\Advantech\DigOutBit.vi或DigOutByte.vi十六路模拟量单端输入八路模拟量差分输入(抑制共模干扰)▪注意稳压电源的使用▪预习实验法确定温控炉的数学模型实验三实验法确定温控炉的数学模型▪注意:+12V、-12V电源一定不能接反。
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》数字PID控制器设计与仿真实验报告课程名称:计算机控制技术实验实验类型:设计型实验项目名称:数字PID控制器设计与仿真一、实验目的和要求1. 学习并掌握数字PID以及积分分离PID控制算法的设计原理及应用。
2. 学习并掌握数字PID控制算法参数整定方法。
二、实验内容和原理图3-1图3-1是一个典型的 PID 闭环控制系统方框图,其硬件电路原理及接线图可设计如图1-2所示。
图3-2中画“○”的线需用户在实验中自行接好,对象需用户在模拟实验平台上的运放单元搭接。
图3-2上图中,ADC1为模拟输入,DAC1为模拟输出,“DIN0”是C8051F管脚 P1.4,在这里作为输入管脚用来检测信号是否同步。
这里,系统误差信号E通过模数转换“ADC1”端输入,控制机的定时器作为基准时钟(初始化为10ms),定时采集“ADC1”端的信号,得到信号E的数字量,并进行PID计算,得到相应的控制量,再把控制量送到控制计算机及其接口单元,由“DAC1”端输出相应的模拟信号,来控制对象系统。
本实验中,采用位置式PID算式。
在一般的PID控制中,当有较大的扰动或大幅度改变给定值时,会有较大的误差,以及系统有惯性和滞后,因此在积分项的作用下,往往会使系统超调变大、过渡时间变长。
为此,可采用积分分离法PID控制算法,即:当误差e(k)较大时,取消积分作用;当误差e(k)较小时才将积分作用加入。
图3-3是积分分离法PID控制实验的参考程序流程图。
图3-3三、主要仪器设备计算机、模拟电气实验箱四、操作方法与实验步骤1.按照图3-2搭建实验仿真平台。
2.确定系统的采样周期以及积分分离值。
3.参考给出的流程图编写实验程序,将积分分离值设为最大值0x7F,编译、链接。
4.点击,使系统进入调试模式,点击,使系统开始运行,用示波器分别观测输入端R以及输出端C。
5.如果系统性能不满意,用凑试法修改PID参数,再重复步骤3和4,直到响应曲线满意,并记录响应曲线的超调量和过渡时间。
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。
计算机控制技术实验指导书2015版实验⼀直流电动机建模及仿真实验 (1)1实验⽬的 (1)2实验设备 (1)3实验原理及实验要求 (2)3.1实验原理 (2)3.2实验要求 (3)实验⼆考虑结构刚度时的直流电动机-负载建模及仿真实验 (6)1实验⽬的 (6)2实验设备 (6)3实验原理及实验要求 (6)3.1实验原理 (6)3.2实验要求 (8)实验三步进电机控制实验 (9)1、实验⽬的 (9)2、实验仪器与设备 (9)3、实验内容 (9)4、实验原理 (10)5、实验步骤 (11)实验⼀直流电动机建模及仿真实验1实验⽬的(1)了解直流电动机的⼯作原理;(2)了解直流电动机的技术指标;(3)掌握直流电动机的建模及分析⽅法;(4)学习计算直流电动机频率特性及时域响应的⽅法。
2实验设备(1)⼯作机:ADM Athlon(tm) II X2 245,2.91GHz,1.75GB内存,250GB硬盘;(2)⼯具软件:操作系统:Windows 7;软件⼯具:MATLAB2008a 3实验原理及实验要求3.1实验原理直流电机电枢回路的电路⽅程是:a diu E iRa Ladt-=+ (1) 其中,a u 是加到电机两端的电压;E 是电机反电势;i 是电枢电流; Ra 是电枢回路总电阻; La 是电枢回路总电感;l LaT Ra=称为电枢回路电磁时间常数。
并且反电动势E 与电机⾓速度m ω成正⽐:e m e m E k k ωθ== (2)其中,e k 称为反电势系数;m θ为电机轴的转⾓。
对于电机⽽⾔,其转动轴上的⼒矩⽅程为:m l m m m m k i M J J ωθ-== (3)其中,m k 是电机的⼒矩系数;l M 是负载⼒矩;m J 是电机电枢的转动惯量。
对式(1.1)、(1.2)、(1.3)进⾏拉⽒变换得到:()()(()())()()()()l e m m l m m Ua s E s Ra I s T I s s E s k s k I s M J s sθθ-=+??=??-=? (4) 由此⽅程组可以得到相应的电动机数学模型的结构框图:1Jm1s1ek lM ImθUa+-E-+mθ图1直流电动机数学模型结构框图3.2实验要求(1)根据电机的⼯作原理(电压平衡⽅程、⼒矩平衡⽅程)建⽴从电枢电压a u 到转速m θ的传递函数模型,并根据表1所给电机参数求其频率特性。
.《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。
计算机控制技术实验报告实验一过程通道和数据采集处理一、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1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。
单次阶跃模数转换单元控制计算机图1.1-1上图中,AD0809 的启动信号“STR”是由控制计算机定时输出方波来实现的。
“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。
图中ADC0809 芯片输入选通地址码A、B、C 为“1”状态,选通输入通道IN7;通过单次阶跃单元的电位器可以给A/D 转换器输入,5V ~ +5V 的模拟电压;系统定时器定时1ms 输出方波信号启动A/D 转换器,并将A/D 转换完后的数据量读入到控制计算机中,最后保存到变量中。
《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。
《计算机控制技术》实验报告专业:测控技术与仪器姓名:刘天伦学号:1107010231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)。
调节阶跃信号的大小,然后继续观察AD转换器的转换结果,并与理论值(详见本实验附录)进行比较;5. 根据DA转换器的转换规律(详见本实验附录),在DA部分的编辑框中输入一个十进制数据(如2457,其范围为0~4095),然后虚拟示波器上观测DA转换值的大小;6 实验结束后,关闭脚本编辑器窗口,退出实验软件。
五、附录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:3.编程实现测试信号的产生利用上位机的“脚本编程器”可编程实现各种典型信号的产生,如正弦信号,方波信号,斜坡信号,抛物线信号等。
其函数表达式分别为:1) 正弦信号)s i n (ϕω+=t A y ,ωπ2=T2) 方波 ⎩⎨⎧<≤<≤=Tt T T t Ay 1103) 斜坡信号⎩⎨⎧<≤<≤=Tt T T t at y 1100 ,a 为常量4) 抛物线信号 ⎪⎩⎪⎨⎧<≤<≤=Tt T T t at y 1120021,a 为常量 这里以抛物线信号为例进行编程,其具体程序如下:dim tx,op,a ‘初始化函数sub Initialize(arg) ‘初始化函数WriteData 0 ,1 ‘对采集卡的输出端口DA1进行初始化 tx=0 ‘对变量初始化end subsub TakeOneStep (arg) ‘算法运行函数a=1op=0.5*a*tx*tx ‘0.1为时间步长tx=tx+0.1if op>3 then ‘波形限幅tx=0end ifWriteData op ,1 ‘数据从采集卡的DA1端口输出end subsub Finalize (arg)‘退出函数WriteData 0 ,1end sub通过改变变量tx、a的值可改变抛物线的上升斜率。
其它典型信号的编程请参考“THBCC-1”安装目录下的“计算机控制算法VBS\基本波形”目录内参考示例程序。
实验结果正弦波实验二数字滤波器一、实验目的1.通过实验熟悉数字滤波器的实现方法;2.研究滤波器参数的变化对滤波性能的影响。
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.设计一个带尖脉冲(频率可变)干扰信号和正弦信号输入的模拟加法电路;2.设计并调试一阶数字滤波器;3.设计并调试高阶数字滤波器。
四、实验原理1.在许多信息处理过程中,如对信号的滤波,检测,预测等都要广泛地用到滤波器。
数字滤波器是数字信号处理中广泛使用的一种线性环节,它从本质上说是将一组输入的数字序列通过一定规则的运算后转变为另一组希望输出的数字序列。
一般可以用两种方法来实现:一种是用数字硬件来实现;另一种是用计算机的软件编程来实现。
一个数字滤波器,它所表达的运算可用差分方程来表示:∑∑==-+-=Ni i N i i i n y b i n x a n y 0)()()(2.一阶数字滤波器及其数字化一阶数字滤波器的传递函数为 11)()()(+==s s X s Y s G F τ 利用一阶差分法离散化,可以得到一阶数字滤波器的算法:)1()1()()(--+=k y T k x T k y SSττ其中T S 为采样周期,τ为滤波器的时间常数。
T S 和τ应根据信号的频谱来选择。
3.高阶数字滤波器高阶数字滤波器算法很多,这里只给出一种加权平均算法:)3()2()1()()(4321-+-+-+=K x A K x A K x A K x A K y其中权系数i A 满足:∑==411i iA。
同样,i A 也根据信号的频谱来选择。
五、实验步骤1、实验接线及准备1.1启动计算机,在桌面双击图标THBCC-1,运行实验软件;1.2启动实验台的“电源总开关”,打开±5、±15V 电源。
将低频函数信号发生器单元输出端连接到采集卡的“AD1”通道,并选择方波输出。
在虚拟示波器观测方波信号的频率和幅值,然后调节信号发生器中的“频率调节”和“幅度调节”电位器,使方波信号的频率和幅值分别为4Hz ,2V 。
然后断开与采集卡的连接,将低频函数信号发生器单元输出端连接到“脉冲产生电路”单元输入端,产生一个尖脉冲信号Uo ;1.3按图2-2连接电路,其中正弦信号来自数据采集卡的“DA1”输出端,尖脉冲信号来自U1单元的输出端。
图2-2的输出端与数据采集卡的“AD1”输入端相连,同时将数据采集卡的“DA2”输出端与“AD2”输入端相连;2、脚本程序运行2.1点击软件工具栏上的 “” 按钮(脚本编程器),打开脚本编辑器窗口;2.2在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击“打开”按钮,并在“计算机控制算法VBS\计算机控制技术基础算法”文件夹下选中“数字滤波”脚本程序并打开,阅读、理解该程序,然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“步长设置”,将脚本算法的运行步长设为10ms ;2.3点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“启动”,用双踪示波器分别观察图2-2的输出端和数据采集卡输出端“DA2”的波形。
调节信号发生器中的“频率调节”电位器,改变方波信号的频率(即尖脉冲干扰信号的频率)。
观察数据滤波器的滤波效果;2.4点击脚本编辑器的调试菜单下“停止”,修改算法程序中的参数Ts(注:修改Ts 时要同步修改算法的运行步长)、Ti 两个参数,然后再运行该程序,在示波器上再次观察参数变化对滤波效果的影响;2.5对于高阶数字滤波器的算法编程实验,请参考本实验步骤2.2、 2.3和2.4。
不同的是打开的脚本程序文件名为“数字滤波(高阶)”,实验时程序可修改的参数为a1、a2、a3和采样时间Ts。
2.6 实验结束后,关闭脚本编辑器窗口,退出实验软件六、实验报告要求1.画出尖脉冲干扰信号的产生电路图。
2.编写一阶数字滤波器的脚本程序。
3.绘制加数字滤波器前、后的输出波形,并分析程序中参数的变化对其滤波效果的影响。
七、附录1.尖脉冲干扰信号产生的模拟电路图图2-1 尖脉冲产生电路通过改变方波信号的频率,即可改变尖脉冲的频率。
2.实验电路的信号的产生把图2-1产生的尖脉冲信号视为干扰信号,与一低频正弦信号(由上位机的“脚本编辑器”编程输出)输入到图2-2所示的两个输入端。
图2-2 测试信号的产生电路图3.一阶数字滤波器的程序编写与调试示例dim pv,op1,op2,Ts,t,opx,x,Ti ‘变量定义sub Initialize(arg)‘初始化函数WriteData 0 ,1opx=0end subsub TakeOneStep (arg) ‘算法运行函数pv = ReadData(1) ‘采集卡通道1的测量值op1=2*sin(x) ‘正弦信号的产生x=x+0.1Ti=0.02Ts=0.01 ‘采样时间10msop2=Ts/Ti*pv+(1-Ts/Ti)*opx ‘一阶数字滤波器的输出opx=op2if op2>=4.9 thenop2=4.9end ifif op2<=-4.9 thenop2=-4.9end ifWriteData op1 ,1 ‘正弦信号从DA1端口输出WriteData op2 ,2 ‘滤波后的信号从DA2端口输出end subsub Finalize (arg) ‘退出函数WriteData 0 ,1WriteData 0 ,2end sub高阶数字滤波器的编程请参考“THBCC-1”安装目录下的“计算机控制算法VBS\计算机控制技术基础算法”目录内参考示例程序。
实验四数字PID调节器算法的研究一、实验目的1.学习并熟悉常规的数字PID控制算法的原理;2.学习并熟悉积分分离PID控制算法的原理;3.掌握具有数字PID调节器控制系统的实验和调节器参数的整定方法。
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.利用本实验平台,设计并构成一个用于混合仿真实验的计算机闭环实时控制系统;2.采用常规的PI和PID调节器,构成计算机闭环系统,并对调节器的参数进行整定,使之具有满意的动态性能;3.对系统采用积分分离PID控制,并整定调节器的参数。