DA数模转换实验
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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、实验内容 通过A/D&D/A卡完成12位D/A转换的实验，转换公式如下： Uo=Vref(211K12+210K11+...+20K0)/212 Vref=5.0V 例如： 数字量=0100,0000,0000 K11=0,K10=1,K9=0,K8=0,K7=0,K6=0,K5=0,K4=0 K3=0, K2=0, K1=0, K0=0 模拟量Uo=Vref(4096-211K7+210K6+...+20K0)/212=2.5 三、实验方法 （1）硬件连接：将数据采样卡上标有AD1 IN 的插孔与DA1 OUT 的插孔相连。 （2）实验硬件原理示意图： 数字量 D/A 转换 A/D采集 计算机显示结果 四、软件使用 1、打开软件，在实验课题菜单中选中D/A数模转换实验；或者在左栏快捷区选中D/A数模转换实验项目条，双击即可。 2、在相应弹出的对话框中填写参数,在数字量对应区填写目标数字量。注意：数字量的范围从0--4096 3、点击变换按钮，转换出对应的模拟量，如果点击运行，则执行采样数据，等待数据传输完成后，在测量图形中观测对应的数据；点击取消，则取消当前实验。 4、实验完成后起用测量标尺，观测图形并测量数据；在主窗口中单击Measure键，使用弹出标尺，进行单值测量；选择Single项，进行单测量；Double项，进行双测量，测量标尺可以拖动使用 2
5、退出实验，在实验课题菜单中选择退出即可。 五．实验报告 1．画出数字量与模拟量的对应曲线。 2．计算出理论值，将其与实验结果比较，分析产生误差的原因。 3 实验二 A/D模数转换实验 一、实验目的 1．掌握模数转换的基本原理。 2．熟悉12位A/D转换的方法。 二、实验内容 通过A/D&D/A卡完成12位A/D转换的实验，转换公式如下： 数字量=模拟量/Vrefx2N 其中N是A/D的位数，Vref是基准电压。 例如：N=12 Vref=5.0 模拟量=2.5 则数字量= (5-2.5/5.0) x 212=1024 (十进制） 三、实验步骤 （1）硬件连接：将自控实验箱上标有AD1 IN 的插孔与DA1 OUT 的插孔相连。 （2）实验硬件原理示意图： 由A/D&D/A卡输出模拟量 A/D转换 计算机显示结果 四、软件使用 1、打开软件，在实验课题菜单中选中A/D数模转换实验； 或者在左栏快捷区选中A/D数模转换实验项目条，双击即可。 2、在相应弹出的对话框中填写参数；在模拟量对应区填写模拟量 注意：模拟量范围从-5-----+5V 3、点击变换按钮，响应的模拟量转换成数字量。完成填写参数后，如果点击运行后，则执行采样数据，等待数据传输完成；点击取消，则取消当前实验。 注意：实验1，实验2共用相同的测量图。 在实验1中，数字量为X轴，电压量为Y轴 在实验2中，仍用数字量为X轴，电压量为Y轴 4、完成后起用测量标尺，观测图形并测量数据； 在主窗口中单击Measure键，使用弹出标尺，进行单值测量； 选择Single项，进行单测量；Double项，进行双测量，测量标尺可以拖动使用退出实验，在实验课题菜单中选择退出即可。 4
五．实验报告 1．画出模拟量与数字量的对应曲线。 2．计算出理论值，将其与实验结果比较，分析产生误差的原因。 5 实验三 数字PID控制 一、实验目的 1．研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。 2．研究采样周期T对系统特性的影响。 3．研究1型系统及其2型系统的稳定误差。 二、实验内容 1．系统结构图示于图3.1。
r（t） T Y（t） ○ Gc（S） Gh（s） Gp（s） －
图3.1 图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds）
Gh（s）=（1－e-TS）/s Gp1（s）=5/（（0.5s+1）（0.1s+1）） Gp2（s）=1/（s（0.1s+1）） 2．开环系统（被控制对象）的模拟电路图分别示图3.2.1和图3.2.2，其中图3.2.1对应GP1（s）,图3.2.2对应Gp2（s）。 1f 1uf 500k 100k 100k 100k u D/A1 － － y ＋ ＋ A/D1
图3.2.1 6
1f 1f 100K 100k 100k u D/A1 － － y ＋ ＋ A/D1
图3.2.2 3．被控对象GP1（s）为“0型”系统，采用PI控制或PID控制，可使系统变为“1型”系统，被控对象Gp2（s）为“1型”系统，采用PI控制或PID控制可使系统变成“2型”系统。 4．当r（t）=1（t）时（实际是方波），研究其过渡过程。 5．PI调节器及PID调节器的增益 Gc（s）=Kp(1+K1/s) =KpK1((1/k1)s+1) /s =K(Tis+1)/s 式中 K=KpKi
Ti=（1/K1） 不难看出PI调结器的增益K=KpKi，因此在改变Ki时，同时改变了闭环增益K，如果不想改变K,则应相应改变Kp。采用PID调节器相同。 6．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、软件使用 1、打开软件，在实验课题菜单中选中数字PID控制实验； 7
或者在左栏快捷区选中数字PID控制实验项目条，双击即可。 2、相应弹出的对话框中填写参数，在AD1标签填写AD 采样参数 A、打开AD启用标志， 操作：点击即可； B、填写采样周期（0.01----100s），操作：填写参数 ； C、填写采样电数（50------999），操作：填写参数 ； D、打开AD显示标志， 操作：点击即可； E、选择AD采样数据显示颜色，信源颜色按钮； 注意：AD启用是AD 采样通道开启标志；采样周期最小为0.01s； F、AD显示是AD采样通道显示颜色；（不能使用与系统背景相同的颜色） 填写相关参数V，KP，KI，KD 注意： 电压给定不要超过范围限制； 3、完成填写参数后，如果点击确认，则执行采样数据，等待数据传输完成；点击取消，则取消当前实验。 4、完成后起用测量标尺，观测图形并测量数据； 在主窗口中单击Measure键，使用弹出标尺，进行单值测量； 选择Single项，进行单测量；Double项，进行双测量，测量标尺可以拖动使用退出实验，在实验课题菜单中选择退出即可。 五、实验步骤 1．连续Gp1（s）为对象的模拟电路图11-1及A/D&D/A信号线。检查无误后，接通±12V电源。 2．输入采样周期T，（参考值T=0.02） 3．输入参数Kp, KI, Kd（参考值Kp=1, Ki=2, kd=0） 4．观察响应曲线。若不满意，改变Kp, Ki, Kd的数值和与其相对、应的性能指标p、ts的数值。 5．取满意的Kp,Ki,Kd值，观查有无稳态误差。 6．断开电源，连接模拟电路图11-2，并接上A/D，D/A信号线。 7．接通电源，重复2-8步骤。 六、实验报告 8
1．画出所做实验的模拟电路图。 2．当被控对象为Gp1（s时）取过渡过程为最满意时的Kp, Ki, Kd,画出校正后的Bode图，查出相稳定裕量和穿越频率c。 3．比较对象为Gp1（s）和对象为Gp2（s）时三角波输入情况下的稳态误差。 4．总结一种有效的选择Kp, Ki, Kd方法，以最快的速度获得满意的参数。 七、PID软件流程图 （ek为误差，ek1为上一次的误差，ek2为误差的累积和，uk是控制量） 9
初始化控制步数、采样点数Point 初始化ek ,ek1,ek2,uk 初始系统输出希望值start 画希望值曲线 使硬件被控对象初始值输出=0 采集硬件被控对象的输出inputf inputf浮点化 求ek=start-inputf
判积分分离限 uk=kpek+kiek2+kd(ek-ek1) uk=kpek+kd(ek-ek1) 判uk是否超上下限 输出uk ek1=ek ek2=ek2+ek 画被控对象第J点输出inputf J+1 J结束 10
实验四 状态反馈与状态观测器 一、实验目的 1．研究现代控制理论中用状态反馈配置极点的方法。 2．研究状态观测器的设计方法。 二、实验内容 1．被控对象模拟电路图示于图4.1。
1f 1f 400k 700k 100k u1D/A1 － － A/D1 y 100k ＋ ＋
100k 100k 100k － ＋
图 4.1 2．系统数学模型 （1）被控对象传递函数为 Gp（s）=Y（s）/U（s）=100/(s2+3.928s+103.57) （2）被控对象状态方程 X=Ax+Bu Y=Cx
