计算机控制技术实验指导书科大详解.doc

《计算机控制技术》实验指导书 自动化与电子工程学院 2009.3  目 录 实验设备简介…………………………………………………………2 实验一 A/D与D/A转换……………………………………………5 实验二 数字滤波………………………………………………………6 实验三 数字PID算法的研究…………………………………………7 实验四 直流电机转速控制…………………………………………9 实验设备简介 一、系统功能特点 1．以PC微机为操作台，高效率支持“计算机控制”的教学实验。 2．系统含有高阶模拟单元，可根据教学实验需要进行灵活组合，构成各种典型环节与系统。 3．系统含有界面友好、功能丰富的软件。PC微机在实验中，除了用作实验测试所需的虚拟仪器外，还可用作测试信号发生器以及具有很强柔性的数字控制器。 4．系统的硬件、软件设计，充分考虑了开放型、研究型实验的需要。可自己设计实验内容，构建系统对象，编写控制算法，进行计算机控制技术的研究。 二、系统构成 实验系统由上位PC微机（含实验系统上位机软件）、ACCT-I实验箱、USB2.0通讯线等组成。ACCT-I实验箱内装有以C8051F060芯片（含数据处理系统软件）为核心构成的数据处理卡，通过USB口与PC微机连接。 ACCT-I实验箱是一个通用的实验箱。它主要由电源部分U1单元，元器件部分U2单元，输入输出接口单元U3，反相器、非线性单元U4、U5、U6、U7，模拟电路单元U8～U16组成。 U1单元可提供＋5V，－5V，＋15V，－15V，0V，1.2V～15V可调电压的输出。 U2单元提供了实验所需的电容与电阻，电位器，另提供插接电路，供放置自己选定大小的元器件。 U3单元为数据处理模块，用于完成数据采集与数据输出，并通过并行口与上位PC机进行通讯。 U4 为反相器；U5，U6，U7分别为典型的非线性环节电路。 U8～U16为由运算放大器与电阻，电容等器件组成的模拟电路单元，由场效应管组成的电路用于锁零。在“计算机控制”实验中，这些单元常被用于模拟被控对象。 系统上位机界面采用LabVIEW 编程语言编写，操作简单，界面友好。 三、实验注意事项 1．实验开始前需要对实验箱上的运算放大器电路进行调零。 2．运算放大器边上的锁零点G接线要正确。在需要锁零时，可与输入信号同步的锁零信号相连。若采用PC产生输入信号，则G可接U3单元的G1（同步对应O1信号）；接G2（同步对应O2）。锁零主要用于对电容充电后需要放电的场合，一般情况下不需要锁零信号。不需要锁零时，请把G与-15V相连。 3．系统软件支持锁零信号设定。通过对O1的端口输出实现其对应端口G1的输出，通过对O2的端口输出实现对应端口G2的输出(脚本程序对应处编程设定)，G1与G2信号分别与O1，O2信号同步。经常的操作有：用一路输出作为计算机控制时数据处理的D/A通道，另一路用来控制锁零信号；当同时需用O1与O2作为数据处理的D/A通道时，处理方法参照上面第2点内容。 4．在设计和连接被控对象或系统的模拟电路时，要特别注意，实验箱上的运放都是反相输入的，因此对于整个系统以及反馈的正负引出点是否正确都需要仔细考虑，必要时接入反相器。 实验一 A/D与D/A转换 一、实验目的 1．通过实验，熟悉并掌握实验系统原理与使用方法。 2．通过实验掌握模拟量通道中模数转换与数模转换的实现方法。 二、实验要求 1．利用实验系统完成测试信号的产生。 2．测取模数转换的量化特性，并对其量化精度进行分析。 3．设计并完成两通道模数转换与数模转换实验。 三、实验内容及步骤 1．了解并熟悉实验设备，掌握其基本原理，熟悉上位机的用户界面，学习其使用方法。 2．测试信号的产生： a. 实验接线，O1接I1。 b. 打开LabVIEW软件参考程序 实验一.VI，分别通过测试信号选项栏来改变信号类型，产生正弦波、方波、斜波、和抛物线的模拟波形及其模数转换后的波形。通过改变幅值，可获得不同大小模拟信号及其相应的模数转换后的波形。画出波形图并分析其转换特性及转换精度。 3．利用实验箱按图1.1连接产生两路互为倒相的周期斜坡信号的电路，分别输入两路模拟量输入通道。打开LabVIEW软件参考程序 实验一.VI，在上位机的界面上测取它们的模数转换结果，然后将该转换结果的数字量，通过数模转换变为模拟量和输入信号作比较。其中R0=R1=R2=R3=R4=100K。O1为周期斜坡信号，O2为偏置值，I1，I2互为倒相的周期信号。运放锁零G接-15V。可适当调整幅值和偏置值，画出波形图，并对实验结果进行分析。 4．完成实验报告。 实验二 数字滤波 一．实验目的 1．通过实验掌握数字