东华大学计算机控制系统实验报告..doc

实验一.信号的采样与保持 一、实验目的 1．熟悉信号的采样和保持过程 2．学习和掌握香农 (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、实验内容 1．编写程序，实现信号通过A/D 转换器转换成数字量送到控制计算机，计算机再把数字量送到D/A 转换器输出。 2．编写程序，分别用直线插值法和二次曲线插值法还原信号。 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 零阶保持 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。 实验线路图：本实验中，我们将具体来验证香农定理。可设计如下的实验线路图，图中画“○”的线需用户在实验中自行接好，其它线系统已连好。 上图中，控制计算机的“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，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259 的“7”号中断，用作采样中断。 这里，正弦波单元的“OUT”端输出周期性的正弦波信号，通过模数转换单元的“IN7” 端输入,系统用定时器作为基准时钟 (初始化为10ms) ，定时采集“IN7”端的信号，转换结束产生采样中断，在中断服务程序中读入转换完的数字量，送到数模转换单元，在“OUT1” 端输出相应的模拟信号。由于数模转换器有输出锁存能力，所以它具有零阶保持器的作用。采样周期T= TK ×10ms，TK 的范围为01~ FFH，通过修改TK 就可以灵活地改变采样周期，后面实验的采样周期设置也是如此。参考程序流程：基于上面的实验线路，可以设计如下的参考程序流程。 五.实验结果与分析 1.零阶保持器 采样周期10MS 信号频率 0.5HZ 采样周期10MS 信号频率 1HZ 采样周期10MS 信号频率2HZ 采样周期10MS 信号频率 5HZ 采样周期50MS 信号频率 1HZ 采样周期50MS 信号频率 2HZ 采样周期50MS 信号频率 5HZ 采样周期50MS 信号频率 0.5HZ 采样周期100MS 信号频率 0.5HZ 采样周期100MS 信号频率1HZ 采样周期100MS 信号频率2HZ 采样周期100MS 信号频率5HZ 线性插值法 采样周期10MS 信号频率0.5HZ 采样周期10MS 信号频率 1HZ 采样周期10MS 信号频率 2HZ 采样周期10MS 信号频率5HZ 采样周期50MS 信号频率 0.5HZ 采样周期50MS 信号频率 1HZ 采样周期50MS 信号频率 2HZ 采样周期50MS 信号频率5HZ 二次曲线插值法 采样周期10MS 信号频率1HZ 采样周期10MS 信号频率 2HZ 采样周期10MS 信号频率 5HZ 采样周期50MS 信号频率 1HZ 采样周期50MS 信号频率 2HZ 采样周期50MS 信号频率5HZ 采样信号的还原效果的分析: 实验二 数字PID闭环控制 按闭环系统误差信号的比例、积分和微分进行控制的调节器简称为PID调节器 (也叫PID控制器)。它是在连续系统中技术成熟、应用最为广泛的一种调节器。随着计算机技术的飞速发展，PID控制算法可以用计算机程序实现了，而这进一步拓宽了PID调节器的应用领域，出现了各种新型数字PID控制器。本章将从多个方面来开展数字PID控制器的实验研究。 数字PID控制算法 在模拟调节系统中，PID算法表达式为： 在计算机系统中，离散的数字PID算法可以表示为位置式PID控制算式，或增量式PID控制算式。 位置式PID控制算式为： T：采样周期， k：采样序号， u (k)：第k次采样调节器输出， e (k)：第k次采样误差值， e (k－1)：第 (k－1) 次采样误差值 增量式PID控制算式为： 增量式与位置式相比具有以下优点： 1．增量式算法与最近几次采样值有关，不需要进行累加，因此，不易产生累积误差，控制效果较好。 2．增量式中，计算机只输出增量，误动作 (计算机故障或干扰) 影响小。 3．在位置式中，由手动到自动切换时，必须使输出值等于执行机构的初始值，而增量式只与本次的误差值有关，更易于实现手动到自动的无扰动切换。 4．增量式控制