07计算机控制原理实验指导

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1、计算机控制系统实验指导书青海大学化工学院化工机械系自动化教研室第I页前言数字计算机由于其具有强大的算术运算、逻辑判断、记忆等信息加工能力，使得它一诞生就被应用到控制领域。随着计算机科学技术的发展，使60年代控制理论得到应用，而现代控制理论的发展，又为计算机控制的发展奠定了广阔的理论基础。特别是微电子技术的发展给计算机控制提供了物质基础。现在在工业生产等领域中，计算机控制正广泛深入地的得到应用，并取得了可喜的经济效益和社会效益。为适应当前科学技术的发展，在自动控制系统专业中开设了《计算机控制系统》这

2、门课程，作为大学生的必修课。本套“计算机控制实验系统”就是为这门课程的教学和实验而设计的。系统采用AD/DA卡通过USB接口与计算机连接实现信号源信号的输出和系统响应信号的采集，采集后信号通过计算机显示屏显示，省去了外接信号源和示波器测量响应信号的麻烦。EL-AT-II型自动控制实验系统支持计算机控制理论课的所有实验，通过这套实验仪器可使学生进一步了解和掌握计算机控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设计方法以及控制算法的编程实现，学习和掌握系统模拟电路的构成和测试技术，提高应用计算机的能力及水

3、平。另外，与本套实验箱配备的还有三个实际的控制对象：温控炉、直流电机、步进电机，通过对这三个对象的控制可以提高学生对实际控制对象的感性认识。本书分为四章，第一章为EL-AT-II型实验箱硬件资源，主要介绍实验箱的硬件组成和系统单元电路。第二章为系统集成操作软件，主要介绍系统软件的安装，操作以及计算机和实验箱的通讯设置。第三章为计算机算法编程指导，主要介绍软件算法的实现方法。第四章为实验系统部分，主要介绍各个实验的电路组成，实验原理和实验步骤。另外，在附录部分有部分实验的说明和参考结果以及控制对象的

4、原理电路图。第I页目录第一章硬件资源1第二章软件安装及使用4第三章实验系统部分8实验一D/A数模转换实验8实验二A/D模数转换实验9实验三数字PID控制10实验四组态控制14实验五炉温控制实验15附录一温度控制电路原理图19附录二实验参考结果19实验一D/A数模转换实验19实验二A/D模数转换实验19实验三数字PID控制20实验五炉温控制实验20附录三USBAD/DA卡调试说明21第I页第一章硬件资源EL-AT-II型实验系统主要由计算机、AD/DA采集卡、自动控制原理实验箱、打印机（可选）组成如

5、图1，其中计算机根据不同的实验分别起信号产生、测量、显示、系统控制和数据处理的作用，打印机主要记录各种实验数据和结果，实验箱主要构造被控模拟对象。显示器计算机打印机实验箱电路AD/DA卡图1实验系统构成实验箱面板如图2：图2EL-AT-II型实验箱面板下面主要介绍实验箱的构成：一、系统电源EL-AT-II系统采用本公司生产的高性能开关电源作为系统的工作电源，其主要技术性能指标为：1．输入电压：AC220V2．输出电压/电流：＋12V/0.5A,-12V/0.5A,+5V/2A3．输出功率：22W4

6、．工作环境：－5℃～＋40℃。二、AD/DA采集卡AD/DA采集卡如图3采用EZUSB2131芯片做为主控芯片，负责数据采集和USB通信，用EPM7128作为SPI总线转换，AD为TL1570I其采样位数为12位，采样率为10KHz。DA为MAX5159转换位数为12位，转换速率为10K。第21页AD/DA采集卡有两路输出（DA1、DA2）和两路输入（AD1、AD2），其输入和输出电压均为－5V～+5V。图3AD/DA采集卡另外在AD/DA卡上有一个9针R232串口插座用来连接AD/DA卡和计算机

7、，20针的插座用来和控制对象进行通讯。一、实验箱面板实验箱面板布局如图4：AD/DA卡输入输出模块实验模块1实验模块2电源模块二极管区EL-CAT-II实验模块3电阻、电容、二极管区实验模块4变阻箱、变容箱模块实验模块5实验模块8实验模块6实验模块7图4实验箱面板布局实验箱面板主要由以下几部分构成：1．实验模块本实验系统有八组由放大器、电阻、电容组成的实验模块。每个模块中都有一个由UA741构成的放大器和若干个电阻、电容。这样通过对这八个实验模块的灵活组合便可构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系

8、统。2．二极管，电阻、电容、二极管区这些区域主要提供实验所需的二极管、电阻和电容。3．AD/DA卡输入输出模块第21页该区域是引出AD/DA卡的输入输出端，一共引出两路输出端和两路输入端，分别是DA1、DA2，AD1、AD2。有一个按钮复位，按下一次对AD/DA卡进行一次复位。20针的插座用来和控制对象连接。1．电源模块电源模块有一个实验箱电源开关，有四个开关电源提供的DC电源端子，分别是＋12V、-12V、+5V、GND，这些端子给外扩模块提供电源。2．变阻箱、变容箱模块变阻箱、