数字控制实验指导书.docx

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1、《数字控制系统》实验指导书吕瑞丰编专业：班级：学号：姓名：电气工程及其自动化实验中心目录实验一信号的采样与保持…………………………………（3）实验二数字滤波……………………………………………（9）实验三积分分离法PID控制………………………………（13）实验四简易工程法整定PID参数…………………………（17）附：常用命…………………………………………………（23）实验一信号的采样与保持一、实验目的1、熟悉信号的采样和保持过程2、学习和掌握香农（采样）定理3、学习用用直线插入法和二次曲线插值法还原信号二、实验设备PC机一台，TD-ACC+实验系统一套，SST51系

2、统板一块。三、实验内容1、编写程序，实现信号通过A/D转换器转换成数字量送到控制计算机，计算机再把数字量送到D/A转换器输出。2、编写程序，分别用直线插入法和二次曲线插值法还原信号。四、实验原理1、采样与保持香农（采样）定理：若对于一个具有有限频谱（ω<ωmax）的连续信号ft进行采样，当采样频率满足ωs≥2ωmax时，则采样函数f*t能无失真地恢复到原来的连续信号ft。ωmax为信号的最高频率，ωs为采样频率。本实验中，我们将具体来验证香农定理。可设计如下的实验电路图图1-1，图中线上画“o”的线需在实验中自行接好，其它线系统已接好。图1-1上图中，用P1.7来

3、模拟1#定时器的输出，通过“OUT1”排针引出，方波周期=定时器时常×2，“IRQ7”表示51的外部中断1，用作采样中断。这里，正弦波单元的“OUT”端输出周期性的正弦波信号，通过模数转换单元的“IN7”端输入，系统用定时器作为基准时钟（初始化为10ms），定时采集“IN7”端的信号，转换结束产生中断，在中断服务程序中读入转换完的数字量，送到模数转换单元，在“OUT1”端输出相应的模拟信号。由于数模转换器有输出锁存能力，所以它具有零阶保持器的作用。采样周期T=TK×10ms，TK的范围为01～FFH，通过修改TK就可以灵活地改变采样周期，后面实验的采样周期设置也是

4、如此。参考程序流程：基于上面的实验线路，可以设计如下的参考程序流程。图1-2参考程序：请参照example51目录中的ACC-1-2-1文件夹中的ACC-1-2-1.Uv2。2、信号的还原由香农定理可知，对于信号的采集，只要选择适当的采样周期，就不会失去信号的主要特征，在实际应用中，一般总是取实际采样频率ωs比2ωmax大，如ωs≥10ωmax。但是如果用插值方法恢复信号，就可以降低对采样频率的要求，香农定理给出了采样频率的下线，但是用不同的插值方法恢复信号需要的采样频率也不相同。直线插值法:（取ωs>5ωmax）利用式2-1在点（X0，Y0）和X1，Y1）之间插

5、入点（X，Y）Y=Y0+K（X-X0）其中：K=Y1-Y0X1-X0X1-X0为采样间隔，Y1-Y0分别为X1和X0采样时刻的AD采样值。二次曲线插值法:（取ωs>3ωmax）Y=Y0+(X-X0)K1+K2(X-X1)其中：K1=Y1-Y0X1-X0K2=Y2-Y0X2-X0-Y1-Y0X1-X0/(X2-X1)为了验证上面的原理，可以设计如下的实验线路如图1-3所示，图中画“o”的线需在实验中自行接好，其它线系统已接好。图1-3上图中，用P1.7来模拟1#定时器的输出，通过“OUT1”排阵引出，方波周期=定时器时常×2，“IRQ7”表示51的外部中断1，用作采

6、样中断。这里，正弦波单元的“OUT”端输出周期性的正弦波信号，通过模数转换单元的“IN7”端输入，系统用定时器作为基准时钟（初始化为10ms），定时采集“IN7”端的信号，并通过控制计算机读取转换完后的数字量，再送到模数转换单元，由“OUT1”端输出相应的模拟信号。采样周期T=TK×10ms，TK的范围为01～FFH。参考程序流程：图1-4参考程序：请参照example51目录中的ACC-1-2-2文件夹中的ACC-1-2-2.Uv2（直线插值法）、ACC-1-2-3文件夹中的ACC-1-2-3.Uv2（二次曲线插值法）。五、实验步骤及结果1、采样与保持（1）按照

7、实验线路图1-1接线，用示波器的表笔测量正弦波单元的“OUT”端，调整正弦波单元的调幅、调频电位器及拨动开关，使得“OUT”端输出幅值为3V，周期1s的正弦波。（2）参考流程图1-2编写零阶保持程序，汇编、链接，点击“”图标，使得系统进入“Start/StopDebugSession”模式。（3）点击“”图标，运行程序，用示波器观察数模转换单元的输出，见图1-5.图1-5（4）增大采样周期，当采样周期>0.5s时，即Tk>32H时，运行程序并观测数模转换单元的输出波形应该失真，记录此时的采样周期，验证香农定理。2、信号的还原（1）按照实验线路图1-3接线，使正弦波

8、单元输出幅