计算机控制技术导书(实际).doc

计算机控制技术实验指导书 辽宁科技大学电信学院 目 录 实验一、D（S）离散化方法的研究……………...2 实验二、数字PID算法的研究…………………..8 实验三、数字滤波器…………………………….15 实验一、D（S）离散化方法的研究 一、实验目的 1．学习并掌握数字控制器的设计方法； 2．熟悉将模拟控制D（S）离散为数字控制器的原理和方法； 3．通过数模混合实验，对D（S）的多种离散化方法作比较研究，并对D（S）离散化前后闭环系统得性能进行比较，以加深对计算机控制系统的理解。 二、实验设备 1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验台； 2．THBXD数据采集卡一块； 3．PC机1台。 三、实验内容 1．按连续系统的要求，照图1.1的方案设计一个与被控对象串联的模拟控制D（S），并用示波器观测系统的动态特性。 2．利用实验平台，设计一个数模混合仿真的计算机控制系统，并利用D（S）离散化后所编写的程序对系统进行控制。 3．研究采样周期Ts变化时，不同离散化方法对闭环控制系统性能的影响。 4．对上述连续系统和计算机控制系统的动态性能作比较研究。 四、实验原理- 由于计算机的发展，计算机及其相应的信号变换装置（A/D和D/A）取代了常规的模拟控制。在对原有的连续控制系统进行改造时，最方便的办法是将原来的模拟控制器离散化，其实质是将数字控制部分（A/D、计算机和D/A）看成一个整体，它的输入与输出都是模拟量，因而可等效于一个连续的传递函数D（S）。这样，计算机控制系统可近似地视为以D（S）为控制器的连续控制系统。 1. 系统性能指标要求： 系统的速度误差系数，超调量，系统的调节时间 据要求可得： ， 令 ，则校正后的开环传递函数为 由上式得 ，，取，则 2. 的离散化算法 图2.1 数—模混合控制的方框图 图2.1中的离散化可通过数据采集卡的采样开关来实现。 传递函数与Z传递函数间的相互转换，可视为模拟滤波器与数字滤波器之间的转换。常用的转换方法有： a) 阶跃响应不变法（或用脉冲响应法） b) 后向差分法 c) 双线性变换 五、实验步骤 1．启动计算机，在桌面双击图标THBDC-1，运行实验软件。 2．点击工具栏上的“通道设置”，在弹出的对话框中选择单通道采集、通道“1”，并点击“开始采集”按钮。实验系统的原理框图如图2.2所示。 图2.2 二阶对象的方框图 3．按图2.3连接一个二阶被控对象的模拟电路，其中电路的输入端连接到数据采集卡的DA1输出端，电路的输出端与数据采集卡的AD1输入端相连。然后启动实验台的“电源开关”，并按下锁零按钮使其处于“锁零”状态。 图2.3 二阶对象的模拟电路图 4．点击工具栏上的“脚本编辑器”，在弹出的窗口中点击“打开”按钮。在“D（S）离散化方法研究”文件夹下选中“阶跃响应不变法”脚本程序并打开，阅读、理解该程序。在选定采样周期Ts的值（100ms）后，弹起锁零按钮使其处于“不锁零”状态。运行该程序，用示波器观察图1.2输出端的响应曲线。结束本次实验后按下锁零按钮使其处于“锁零”状态。 5．参考上一步的操作，在“D（S）离散化方法研究”文件夹下选中“后向差分法”脚本程序并打开，阅读、理解该程序。在选定采样周期Ts的值（100ms）后，弹起锁零按钮使其处于“不锁零”状态。运行该程序，用示波器观察图1.2输出端的响应曲线。结束本次实验后按下锁零按钮使其处于“锁零”状态。 6．参考上一步的操作，在“D（S）离散化方法研究”文件夹下选中“双线性变换”脚本程序并打开，阅读、理解该程序。在选定采样周期Ts的值（100ms）后，弹起锁零按钮使其处于“不锁零”状态。运行该程序，用示波器观察图1.2输出端的响应曲线。结束本次实验后按下锁零按钮使其处于“锁零”状态。 7．将采周期Ts减小或增大，重复步骤4、5、6，用示波器观测采样周期Ts的减小或增大对系统阶跃响应的影响。如系统出现不稳定情况，记下此时的采样周期Ts和所采用的离散化方法。 8．学生自行设计校正后系统的模拟电路图，并求出相应的参数…..然后按图连接二阶被控对象在加入模拟控制器（PID校正装置）后的模拟电路，并用上位机输出一个阶跃信号，观察其响应曲线，并与前面4、5、6步骤中采用数字控制器的实验曲线相比较。 图2.4 校正后二阶系统的模拟电路图 ， ，， 9．实验结束后，关闭“脚本编辑器”窗口，并顺序点击对话框中的“停止采集”与工具栏的“退出”按钮。 六、实验报告要求 1．绘出实验中二阶被控对象在加入模拟控制器（PID校正装置）前后的响应曲线。 2．编写数字控制器（阶跃响应不变法）的脚本