《计算机控制》
实验讲义
中国石油大学(华东)信息与控制工程学院
9月
实验目录
实验一 基于研华ADAM模块的数据采集
实验二 数字PID控制器的设计与调试
实验三 最小拍控制器的设计
实验四 组态软件学习与系统设计
实验一 基于研华ADAM模块的数据采集
一、实验目的
掌握研华ADAM4117和ADAM4024数据采集模块的使用方法
使用Matlab 软件编制数据采集程序
二、实验设备
研华数据采集模块ADAM4117, ADAM4024,Matlab软件,计算机控制实验箱,计算机,信号线
三、实验内容
在计算机控制实验箱上搭建二阶电路,模拟双容水箱系统,使用研华ADAM模块完成输入输出数据的采集。
选择合适的电阻电容,参考如下电路结构图,在计算机控制实验箱上搭建二阶被控对象,使得其被控对象传递函数为
建议数值:R1=200kΩ,R2=200kΩ,C1=1μF,R4=300kΩ, R5=500kΩ,C2=1μF.
在Matlab软件下编程,完成基于研华ADAM4117的数据采集,读取放大器的输出信号。
在Matlab软件下编程,完成基于研华ADAM4024的数据通讯,实现控制信号的输出。
使用Matlab软件中的Timer控件实现数据的实时采集和显示
四、实验要求
1、了解数据采集模块中A/D、D/A转换的原理
2、分析ADAM4117、ADAM4024模块的结构和性能指标,并掌握该模块与PC机的硬件连接方式,能够使用测试软件ADAM- Utility测试模块的通讯性能。
3、掌握Matlab软件平台下的串口通讯编程方法
五、参考资料
1. 《ADAM-4117 快速入门指南.pdf 》
2. 《ADAM-4204 快速入门手册.pdf 》
3.《Matlab串口通讯简介.pdf 》
实验二 数字PID控制器的设计与调试
一、实验目的
1.熟悉数字PID控制器的实现算法
2.深入了解PID参数对系统控制效果的影响
二、实验设备
计算机控制实验箱、研华数据采集卡、Matlab软件、计算机
三、实验内容:
1. 在实验一基础上编制PID数字控制器, 实现闭环控制。
进行PID参数的整定分析:
取消积分和微分作用,分析比例系数数对系统控制性能的影响
保持比例系数不变,分析积分作用对系统控制性能的影响
保持比例系数和积分时间不变,分析微分作用对控制系统性能的影响
运用所学的PID参数整定方法,确定一组控制性能良好的PID参数
四、实验要求
1. 实验过程中要记录实验曲线,标注控制系统输出的性能指标
2. 总结PID参数对控制系统性能的影响
3. 分析理论结果与实验结果的差异,如有误差分析原因。
实验三 最小拍控制器的设计
一.实验目的:
1. 熟悉最小拍控制器原理,理解最小拍控制器的设计方法,
2.了解史密斯预估控制器的设计方法
二.实验设备:
Matlab软件、计算机
三.实验内容:
内容1:某二阶采样系统结构图如图所示
(1)当T=2,τ=0时,通过SIMULINK仿真分析K和采样周期Ts对系统性能的影响。
(2)当T=2,Ts=1,K=10,τ=0时,求取单位速度输入时的最小拍控制器,并使用SIMULINK进行仿真,说明最小拍控制的结果。
(3)当T=2,Ts=1,K=10,τ=2,对象输出存在纯滞后环节时,求取单位速度输入时的最小拍控制器,并使用SIMULINK进行仿真。
(4)当T=2,Ts=1,K=10, τ=2时,求取单位速度输入时的无纹波最小拍控制器,并使用SIMULINK进行仿真,说明最小拍控制的结果。
内容2:
某一阶控制系统被控对象传递函数为,设计史密斯预估控制器,并分析与常规PID控制效果有何不同。
四.实验要求
1.掌握最少拍控制器的设计原理
2.通过实验曲线分析最小拍控制器的特点。
实验四、组态软件学习与系统设计
一、实验目的
1.了解国内外组态软件的发展情况
2. 以国内组态软件组态王为例,熟悉组态软件的操作过程和使用方法。
3. 以二阶电路(双容水箱)作为被控对象,KingView软件作为上位机监控软件,完成一个简单计算机控制系统
二、实验设备
组态王6.53软件(试用版),计算机,研华ADAM4117,4024智能模块,计算机控制实验箱
三、实验内容
1.学习使用组态王6.53,掌握基本的组态方法。
组态王软件是一种通用的工业监控软件,它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体,将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起,实现最优化管理。它基于Microsoft Windows XP/NT/2000 操