计算机控制系统设计实验平台

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1、-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BorlandC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

2、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

3、技术指标IBMPC系列微机一台(586以上机型).---HD121912位A/DD/A接口板一块XSJ-3小功率直流随动系统学习机一台41/2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

4、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：1V/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.cm3)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：1.5kΩ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A

5、D1674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

6、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：(1)速度回路设计：选择静态增益满足以下要求：当D/A输出≤120mV时，电机开始转动。（实际测试，电机起动电压）当D/A输出±10V时，电机转速为26rad/s(2)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KF1KF2。假定系统的期望极点满足：ξ≥0.9，≥20rad/s且要求输入信号小于40mV时电机应能起动。给定采样周期T=0.025s(3)观测器设计：假

7、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。(4)根据全状态反馈增益KF1KF2及降维观测器方程，求控制器方程。(5)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以及使用方法，掌握模拟随动系统动静态参数的设置和调试方法，具有初步排除故障的能力。2)了解计算机控制系统输入输出通道的使用方法并具有常规的A/D、D/A板

8、的软件编程及调试能力。3)要求学生掌握利用硬件定时器实现中断管理、定时采样的方法并能编制程序实现中断管理。4)掌握计算机控制系统的实时应用软件编程方法,具有一定的编程及调试能力。