计算机控制系统实验指导书(6学时)

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1、计算机控制系统实验指导书信息科学与工程学院实验一采样/保持器实验一．实验要求1.了解判断采样/保持控制系统稳定性的充要条件。2．了解采样周期T对系统稳定性的影响。3．掌握控制系统处于临界稳定状态时采样周期T的计算。4．观察和分析采样/保持控制系统在不同采样周期T时的瞬态响应曲线。二．实验内容及步骤本实验用于观察和分析在离散控制系统中采样周期T对系统的稳定性的影响。采样控制系统稳定的充要条件是：系统特征方程的根必须在Z平面的单位圆内，特征方程式的根与采样周期T有关，只要特征根的模均小于1，则系统稳定。闭环采样/保持控制系统实验构成电路如图1-1所示，闭环采样系统实验中被控

2、对象由积分环节（A3单元）与惯性环节（A5单元）构成。积分环节（A3单元）的积分时间常数Ti=R1*C1=0.1S，惯性环节（A5单元）的惯性时间常数T=R2*C2=0.5S，增益K=R2/R3=5。图1-1闭环采样/保持控制系统实验构成电路闭环采样系统实验中被控对象由积分环节（A3单元）与惯性环节（A5单元）构成。本实验将函数发生器（B5）单元作为信号发生器，OUT输出施加于被测系统的输入端Ui，观察OUT从0V阶跃+2.5V时，被测系统的在不同的采样周期T时对系统的稳定性的影响。实验步骤：注：‘SST’用‘短路套’短接!（1）构造模拟电路：按图1-1安置短路套及测孔

3、联线，表如下。（a）安置短路套（b）测孔联线1输入信号RB5（OUT）→A1（H1）2运放级联A1（OUT）→A2（H1）3送调节器输入A2A（OUTA）→B7（IN7）4调节器输出B2（OUT2）→A3（H1）5运放级联A3（OUT）→A5（H1）6负反馈A5A（OUTA）→A2（H2）7‘中断请求’线B5（S）→B8（IRQ6）8示波器联接×1档A5A（OUTA）→B3（CH1）9B5（OUT）→B3（CH2）模块号跨接座号1A1S4，S82A2S1，S63A3S3，S10，S114A5S3，S7，S105B5‘S-ST’（2）检查联线正确后，打开设备开关（3）将函

4、数发生器（B5）单元的矩形波输出作为系统输入R。(连续的正输出宽度足够大的阶跃信号)①在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。②B5的量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，OUT正输出宽度>6秒。（D1单元左显示）。③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=2.5V左右（D1单元右显示）。（4）运行、观察、记录：①运行LABACT程序，选择微机控制菜单下的采样和保持菜单下选择采样/保持实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后将自动加载相应源文件，运行实验程序，观察A5A单元输出OUTA（C）的波形。②该

5、实验的显示界面的采样周期T（界面右上角）可由用户点击“停止”键后，在界面上直接修改，以期获得理想的实验结果，改变这些参数后，只要再次点击“开始”键，即可使实验机按照新的控制参数运行。③采样周期T设定为10ms、20ms、30ms、40ms、45ms和50ms，观察相应实验现象并记录波形，并判断其稳定性。（5）整理联线、归位短路套并关闭设备开关三、预习报告（1）熟悉实验内容及步骤；（2）求出系统的闭环传递函数、并判断其稳定性（采样周期T取值）注：零阶保持器的传递函数：四、实验报告（1）采样周期T设定为10ms、20ms、30ms、40ms、45ms和50ms，观察其相应的

6、实验现象，并记录相关的波形。（2）分析采样周期T对系统稳定性的影响。实验二直流电机闭环调速实验一．实验要求1．巩固闭环控制系统的基本概念。2．了解闭环控制系统中反馈量的引入方法。3．掌握PID算法数字化的方法和编程。二．实验内容及步骤根据实验要求，即调速速率（上升时间）、超调量、调节时间及误差，选择PID控制参数，实现直流电机闭环调速控制，观察调速控制曲线。直流电机闭环调速系统原理框图见图2-1图2-1直流电机闭环调速系统原理框图当给定直流电机转速U(R)接入后（即在速度示波器的界面上设置‘目标值’），与当前转速值U（t）（光电测速机构的脉冲数）相比较，其差值e（t）在

7、计算机中进行PID计算，解算成P（t），经数/模转换器（B2）驱动直流电机，改变电机转速，达到直流电机闭环调速控制。注意：转速最大为3300转/分钟（‘转速’参数=60）。实验步骤：（1）实验联线：1电机输入B2单元（OUT1）→C2单元（电机输入）2测速C2单元电机输出（电压）→B7输入（IN4）（2）检查联线正确后，打开设备开关（3）运行、观察、记录：①运行LABACT程序，选择控制系统菜单下的直流电机闭环调速实验项目，就会弹出速度示波器的界面，点击开始后将自动加载相应源文件，然后再点击发送键，将运行；然后设定‘转速’参数和控制系数P