计控理论与应用实验指导书

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1、第一节计算机控制实验系统的构成ACCC-III实验装置A图1-1计算机控制实验系统结构图吩)D⑵

2、由电源部分U1单元，信号源部分U2单元，与PC机进行通讯的数据处理单元U3,门由插件端子单兀U4,模拟电路单兀U6-U14以及电机转速、加热管温度、水槽液位控制单元组成。(1)PCI-1711数据采集卡在实验装置上的接口端子，以及RS232串行口与上位PC机进行通讯的接口。⑵电机转速控制单元：输入控制电压范围为-10V-10V,经功率转换环节后，与永磁式直流力矩电动机(型号：45lyx01)相连，电机转速经检测转换后以电压形式输出，输出范围为-10V-10V,连接至转速表进行转速显示。电机可以实现止反转控制。图1-4直流电机控制单元⑶加热管温度控制单兀：温度检测采用PT100热电阻实现，

3、经变送单元后输出的信号为0-10V电压，温度的控制采用脉宽调制方式，输入电压范围为0-10Voxtta图1・5加热管温度控制单元2.PCI-1711数据采集卡简介图1-6PCI-1711数据采集卡PCI-1711数据采集卡，它是12位的低损耗多功能采集卡，具有独特的电路设计和完善的数据采集与控制功能，支持即插即用，具有FIFO的高速缓存，可灵活设定输入类型和范围，具有16通道数字量输入/输出、16通道模拟量输入和2通道模拟量输出，采集速率可达100kHz,可编程的计数/计吋器可作为A/D转换的速度触发，同时具有通道自动搜索功能。第二章实验项目实验一电机转速的PID控制—、实验目的学习并掌

4、握数字PID控制器的设计和实现方法利用实验台，实现对电机实物对象的PID控制二、实验设备PC机一台PCI-1711数据采集卡一块ACCC-III实验装置一台三、实验原理1PID控制原理在连续控制系统小，PID的控制规律为+討dt+其中，坷为比例系数，耳为积分时间，岛为微分时间，"(Q为给定值与反馈值Z间的偏差，廿(0为控制器输岀。由于计算机控制系统是一种采样控制系统，它只能根据采样时刻的偏差值计算需要输出的控制量。因此，计算机控制系统要采用PID控制，就需要将PID控制器离散化，用差分方程来代替连续系统的微分方程。设«(t)e(t)e(fer),将衣(隠)、记为仪(紗、tf(fc)；T为

5、采用周期。(1-2)(1-3)題分用累加求和得到J①必辭》呛)2F乂町)°f=o财用警/伙)-；俄_丄)则数字PID位置式控制算法为：=毎血的+a(J-)T+Td回-賞-当t；=0(1-4)=%⑹+等三比"皆城司--1)1'/=0k令E=》严0)•氏=0朝_包©_!)■Ek=则由(2-4)W■/=□W(1-5)吩)=&尹"晋+处晋令P=K^k,1=竽退，D=耳半氐,则由(Z—5)有・处£P+E+D其中，P、I、D分别代表比例作用、积分作用、微分作用的大小，三者之和为控制器的总输出。2在控制程序中编写控制算法本实验的控制程序采用NI公司的LabVIEW平台开发，控制程序的大部分(包括输入

6、输出操作、数据流逻辑控制等)己经编好，空出了控制算法部分需要同学们自行填写。空出的部分位于程序框图中的Mathscript节点,MathscriptW点的语法与MATLAB相似。请同学们根据Mathscript节点上已经定义好的输入输岀变量，结合公式(1-4).(1・5),填写代码。图2-1Mathscript节点Mathscript节点的左边框上为输入变量，右边框上为输出变量。在控制程序中，Mathscript节点位于一个while循环内。每经过一个采样周期，while循环执行一次，Mathscript节点便会计算一次。Mathscript节点的计算过程为：1,将左侧的输入变量读进来；

7、2,运行Mathscript节点内的代码；3,将计算结果写入右侧的输出变量。卜•面简单介绍一卜Mathscript节点上齐变量代表的含义。U代表给定电压，Kp代表比例系数，Ti代表积分时间，Td代表微分时间，T代表采样周期，U、Kp、Ti、Td、T均为常量，由前面板给定。U」n代表数据采集卡采集进来的电压(电机的转速反馈)，U.out代表数据采集卡需要送出去的控制电压。P、I、D分别代表比例作用、积分作用、微分作用的大小，用于而面板