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计算机控制系统实验平台 （本文由袁绍强及夏洁撰写） 为完成本科计算机控制系统课实验的教学，北京航空航天大学自动化学院控制实验中心，研制和开发了多种计算机控制系统实验平台。与本科教学有关的实验平台简单介绍如下。 1．微机控制伺服系统 1.1 实验系统及相关设备介绍 微机控制伺服系统是PC机为控制计算机，插入模/数、数/模转换板，控制模拟式小功率随动系统。软件采用Borland C或TC.计算机控制系列实验以此为平台，专门为学习了“计算机控制系统”课程的本科生设计的一组高水平实验。 具体内容包括： 随动系统的部件性能测试；建立数学模型；连续系统离散化；设计模拟及数字控制系统的控制律；闭环调试等。 在计算机实现方面，学习如何将计算机与物理系统相连接；研究引入计算机后产生的问题，如采样、零阶保持器的影响等。 学会用C语言编制A/D、D/A及中断程序并在计算机内实现控制律；训练使用C语言的编程能力等。 通过系列实验，可以使学生学习和掌握有关系统分析与设计，系统仿真及实现等方面内容，熟悉各种硬件及软件环节；同时可以加强学生的实验研究能力及动手建立，安装，调试实际系统的能力，真正掌握计算机控制系统的各种关键技术。设计方法可以采用状态空间法，极点配置方法、最优控制方法等多种控制方法。 1.2 实验设备或相关器件的主要技术指标 IBM PC 系列微机一台(586以上机型) HD1219 12位A/D D/A接口板一块 XSJ-3 小功率直流随动系统学习机一台 4 1/2 数字多用表一台 DT6234 光电式转速表一台 图1.1 实验电路图 小功率随动系统的元部件共包括执行电机、测速发电机、角位置测量电位计、直流放大器、系统控制台、计算机系统等六个主要部分，其中执行电机和系统控制台构成被控对象，测速发电机和角位置测量电位计分别构成速度反馈（内环）和位置反馈（外环），加上计算机系统和A/D、D/A转换器构成数字式的计算机控制系统。 主要元部件的性能指标： 1) 执行电机 本实验系统选取直流低速力矩电机，产品出厂时给定的技术数据为： 峰值力矩Tp： 5(-5%)kg.cm 峰值电流Ip： 1.8A 峰值电压Vp： 20V 空载转速n0： 500r/min 2) 测速发电机 选用永磁直流测速发电机70CYD-1，它的主要技术数据为： 信号输出斜率： 1 V/rad/s 极限转速： 400r/min 输出特性线性度：1% 最小负载： 23kΩ 静磨擦力矩： 300g.cm 3) 角位置测量电位计 选用高精度合成膜电位计：WHJ-2，主要技术数据如下 阻值： 1.5 kΩ 功率： 2W 线性度： 0.5% 电气角度： 机械转角: 无止挡。 4) A/D、D/A板（HD1219） 模出入分芯片采用AD1674 通道数： 单端输入16路 输入电压： 0～10V，±5V，±10V 输入阻抗： ≥ 10MΩ 分辩率： 12位 输出编码： 原码 （单极性信号输入） 偏移码（双极性信号输入） 转换速度： 100kHz 转换误差： ≤0.1% A/D起动方式： 程序起动，定时起动 A/D工作方式： 中断，程序延时 模出部分芯片采用DA1230 通道数： 2路 输出电压： 0～10V，±5V，±10V 输出阻抗： ≤1MΩ 分辩率： 12位 建立时间： 7μs 定时器/计数器部分。采用8253可编程计数/定时器。 通道数： 3路 计数器字长：16位 时钟频率： 2MHz 数字量输入输出部分，采用8255，通道数为24路 接口部分,地址分配：占用16个连续I/O端口地址，HD1219板基地址Base=0310H。 1.3 实验对象计算机闭环控制指标要求 设计要求： 速度回路设计：选择静态增益满足以下要求： 当D/A 输出 ≤ 120 mV 时，电机开始转动。 （实际测试，电机起动电压） 当D/A 输出 ±10 V 时，电机转速为 26 rad/s 位置回路设计：在求得上述速度回路传递函数的前提下，利用极点配置方法求全状态反馈增益KF1 KF2 。假定系统的期望极点满足： ξ≥ 0.9 ，≥ 20 rad/s 且要求输入信号小于40 mV时电机应能起动。 给定采样周期 T =0.025 s 观测器设计：假定伺服系统的转角θ是可测的，设计降维观测器，并假定降维观测器的观测误差衰减速率是闭环系数衰减速率的4倍。 根据全状态反馈增益KF1 KF2及降维观测器方程，求控制器方程。 按零点——极点型编排方法，编排控制器方程的实现算法，并选择合适的比例因子。 1.4 实验目的以及实验要求 通过本实验的训练，应达到下列要求： 1) 学生应了解直流电动机、测速机、电位计、功率放大器等主要部件的工作原理