第一篇：大學_計算機控制技術實驗報告河南工業大學4

實驗四 單閉環直流調速系統

班級：自動F1203班 姓名：蔡申申 學號：201223910625

一、實驗目的

1．掌握用PID控制規律的直流調速系統的調試方法； 2．了解PWM調制、直流電機驅動電路的工作原理。

二、實驗設備

1．THBCC-1型 信號與系統控制理論及計算機控制技術實驗平臺 2．THBXD數據采集卡一塊(含37芯通信線、16芯排線和USB電纜線各1根)3．PC機1臺(含軟件“THBCC-1”)

三、實驗原理

直流電機在應用中有多種控制方式，在直流電機的調速控制系統中，主要采用電樞電壓控制電機的轉速與方向。

功率放大器是電機調速系統中的重要部件，它的性能及價格對系統都有重要的影響。過去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大機或可控硅（晶閘管）。現在基本上采用晶體管功率放大器。PWM功率放大器與線性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流電機的靜摩擦等優點。

PWM調制與晶體管功率放大器的工作原理： 1．PWM的工作原理

圖13-1 PWM的控制電路

上圖所示為SG3525為核心的控制電路，SG3525是美國Silicon General公司生產的專用。PWM控制集成芯片，其內部電路結構及各引腳如圖13-2所示，它采用恒頻脈寬調制控制方案，其內部包含有精密基準源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護電路等。調節Ur的大小，在A、B兩端可輸出兩個幅度相等、頻率相等、相位相互錯開180度、占空比可調的矩形波（即PWM信號）。它適用于各開關電源、斬波器的控制。

2．功放電路

直流電機PWM輸出的信號一般比較小，不能直接去驅動直流電機，它必須經過功放后再接到直流電機的兩端。該實驗裝置中采用直流15V的直流電壓功放電路驅動。

3．反饋接口

在直流電機控制系統中，在直流電機的軸上貼有一塊小磁鋼，電機轉動帶動磁鋼轉動。磁鋼的下面中有一個霍爾元件，當磁鋼轉到時霍爾元件感應輸出。

4．直流電機控制系統如圖所示，由霍耳傳感器將電機的速度轉換成電信號，經數據采集卡變換成數字量后送到計算機與給定值比較，所得的差值按照一定的規律（通常為PID）運算，然后經數據采集卡輸出控制量，供執行器來控制電機的轉速和方向。

四、實驗步驟

1、實驗接線

1.1 用導線將直流電機單元24V的“+” 輸入端接到直流穩壓電源24V的“+”端；

1.2 用導線將直流電機單元0～5V的“+”輸入端接到數據采集卡的“DA1”的輸出端，同時將UO的“+”(霍耳輸出)輸出端接到數據采集卡的“AD1”處；

1.3打開實驗平臺的電源總開關。

2、腳本程序運行

2.1啟動計算機，在桌面雙擊圖標“THBCC-1”，運行實驗軟件； 2.2 順序點擊虛擬示波器界面上的“按鈕(腳本編程器)；

2.3在腳本編輯器窗口的文件菜單下點擊“打開”按鈕，并在“計算機控制技術應用算法”文件夾下選中“直流電機”腳本程序并打開，閱讀、理解該程序，然后點擊腳本編輯器窗口的調試菜單下“步長設置”，將腳本算法的運行步長設為50ms；

2.4點擊腳本編輯器窗口的調試菜單下“啟動”；觀察直流電機的運行情況。2.5 當直流電機的轉速穩定在設定值后，再點擊“腳本編輯器”窗口上 “停止”按鈕，重新配置P、I、D的參數或改變算法的運行步長，并再次運行算法程序，觀察直流電機的運行情況；

2.6 實驗結束后，關閉腳本編輯器窗口，退出實驗軟件。

”按鈕和工具欄上的 “

”

五、實驗結果

1.P、I、D控制參數對直流電機運行的影響。

×數字調節器模數轉換器保持執行器對象D/A采樣保持多路開關測量環節

當重新配置P、I、D的參數時的實驗結果（如將K改為2.5時）

六、實驗體會

通過對單閉環直流調速系統實驗的學習，學會了用PID控制規律的直流調速系統的調試方法和了解PWM調制、直流電機驅動電路的工作原理。利用軟件“THBCC-1”的編輯器窗口的調試實驗了電機的調速。

第二篇：計算機控制實驗報告（推薦）

計算機控制實驗報告

班級：

姓名：

學號：

實驗二 最少拍控制系統

1.實驗結果

圖2-1 單位階躍輸入下最少拍有紋波控制系統仿真結構模型

圖2-2 單位階躍輸入下最少拍有紋波控制器輸出

圖2-3單位階躍輸入下最少拍有紋波系統輸出

圖2-4 單位階躍輸入下最少拍無紋波控制系統仿真結構模型

圖2-5單位階躍輸入下最少拍無紋波控制器輸出

圖2-6 單位階躍輸入下最少拍無紋波系統輸出 2.思考與分析

（1）最少拍受什么限制而使調整節拍增加？

答：設計出來的最少拍控制系統，在有限拍后進入穩態，只保證了在最少的幾個采樣周期后系統的響應在采樣點時是穩態誤差為零，而不能保證在任意兩個采樣點之間的穩態誤差為零，即最少拍控制系統在采樣時間精確的跟蹤輸入信號。所以最少拍受輸入函數階數的限制而使調整節拍增加，即輸入函數的階數越高，調解時間越長。

（2）無紋波系統對控制器有何要求？ 答：最少拍無波紋對控制器有如下約束條件：

1.被控對象G(S)有足夠的積分環節。若輸入為速度輸入函數，被控對象G(s)的穩態輸出也應為速度函數，因此就要求G(s)中至少有一個積分環節。若輸入為加速度輸入函數，則被控對象G(s)的穩態輸出也應為加速度函數，要求G(s)中至少有兩個積分環節。所以最少拍無紋波控制能夠實現的條件是被控對象G(S)有足夠的積分環節。2.?(z)必須包含G(z)中的圓外圓內全部零點N(z)。

（3）分析不同輸入信號對最小拍控制系統的影響。

答：在單位階躍函數作用下，輸出響應經過一個采樣周期T，輸出與輸入完全跟蹤，即調整時間為一拍。同理在單位速度作用下經過兩個采樣周期T，輸出與輸入完全跟蹤，即調整時間為二拍。在單位加速度作用下經過三個采樣周期T，輸出與輸入完全跟蹤，即調整時間為三拍。即輸入函數的階數越高，調整時間越長。

實驗三 純滯后控制實驗

1．實驗結果

圖3-1純滯后控制系統仿真結構模型

圖3-2 純滯后系統控制器輸出

圖3-3 純滯后控制系統輸出

2.思考與分析

（1）純滯后控制系統對階躍信號有無超調？為什么？

答：純滯后控制系統對階躍信號有超調。因為被控對象中的純滯后部分作用在時間坐標上推移了一個時間

僅將控制，被控對象具有純滯后特性，時間常數很大，而被控對象的滯后時間會使系統的穩定性降低，動態性能變壞，即會引起超調和持續的振蕩，因而純滯后控制系統對階躍信號也有一定的超調。（2）純滯后控制與PID控制有什么本質區別？

答：1.純滯后控制：由于對象存在較大的純滯后，采用單回路PID控制效果不佳。但常規單回路PID控制對一般對象控制效果較為理想，是生產過程中常用的一種控制方法。2.PID控制：比例控制能迅速反應誤差，從而減小穩態誤差。但是，比例控制不能消除穩態誤差。比例放大系數的加大，會引起系統的不穩定。積分控制，只要系統有誤差存在，積分控制器就不斷地積累，輸出控制量，以消除誤差。但是積分作用太強會使系統超調加大，甚至使系統出現振蕩。微分控制可以減小超調量，克服振蕩，使系統的穩定性提高，同時加快系統的動態響應速度，減小調整時間，從而改善系統的動態性能。應用PID控制，必須適當地調整比例放大系數KP，積分時間TI和微分時間TD，使整個控制系統得到良好的性能。純滯后控制部分的達林算法是基于離散系統的設計方法，按照期望的傳遞性能設計控制器達到改善性能的目的，PID控制算法是基于連續系統的設計方法。

第三篇：計算機控制實驗報告

中國石油大學計算機控制實驗報告 實驗日期：2011.11.30 成 績：

班級：自動化08-4 姓名：陳方光 學號：08071402

實驗一 基于NI6008的數據采集

1.實驗目的：

理解基本計算機控制系統的組成，學會使用MATLAB和NI6008進行數據采集。2.實驗設備：

計算機控制實驗箱、NI6008數據通訊卡、Matlab軟件、計算機 3． 實驗內容：

（1）使用計算機控制實驗箱搭建二階被控對象，并測試對象特性（2）在Matlab中設計數字PID控制器，對上述對象進行控制 4.實驗步驟：

（1）選擇合適的電阻電容，參考如下電路結構圖，在計算機控制實驗箱上搭建二階被控對象，使得其被控對象傳遞函數為

建議數值：R1=200kΩ，R2=200kΩ,C1=1μＦ，R4=300kΩ, R5=500kΩ，C2=1μＦ.（2）測試NI6008數據通訊卡，確保數據輸入輸出通道正常。（3）使用MATLAB和OPC通訊技術進行數據采集:（4）編寫程序，實現數據的定時采集和顯示。5.實驗結果

1)測試NI6008數據通訊卡

首先將NI6008數據采集卡的AI負端與GND端短接，然后通過usb數據線連接計算機，打開opc端口調試工具，添加NI數據采集卡，添加自己所需的輸入、輸出端口，通過向輸入端強制寫入1，觀察AO端口顯示數據，能較精確的跟蹤輸入數據，該數據采集完好。

2)使用matlab和opc進行數據采集及其顯示

? 在Matlab中讀寫數據：

da = opcda(‘localhost’, ‘NI USB-6008.Server’);% 定義服務器 connect(da);

%連接服務器 grp = addgroup(da);

%添加OPC 組 itmRead = additem(grp,‘Dev1/AI0’);

%在組中添加數據項 itmWrite = additem(grp,'Dev1/AO0');

%在組中添加數據項

r=read(itmRead);

y(1)=r.Value;

%讀取數據項的值 Write(itmWrite,1);

%向數據項中寫值 disconnect(da);

%斷開服務器 關于定時器的問題

t = timer(‘TimerFcn’,@myread, ‘Period’, 0.2,‘ExecutionMode’,‘fixedRate’);%定義定時器 start(t)%打開定時器 out = timerfind;%尋找定時器

stop(out);%停止定時器

delete(out);%刪除定時器

? 將讀取的數據存儲并動態顯示于圖中: function myread(obj,event)

global tt k y da grp itmRead Ts itmWrite r=read(itmRead);k=k+1;tt(k)=(k-1)*Ts;y(k)=r.Value;hold on plot(tt,y)if k>70/Ts Write(itmWrite,0);num=[1.484];den=[46.4067,15.994,1];[y,t]=step(tf(num,den),1:0.2:70);plot(t,y)out = timerfind;stop(out);

delete(out);disconnect(da);end

表1：數據采集表

采集數采集數采集數時間 據 時間 據 時間 據 時間 0.00 0.00 4.00 1.67 8.00 1.67 12.00 0.20 0.02 4.20 1.67 8.20 1.66 12.20 0.40 0.74 4.40 1.67 8.40 1.68 12.40 0.60 1.30 4.60 1.67 8.60 1.67 12.60 0.80 1.52 4.80 1.67 8.80 1.67 12.80 1.00 1.62 5.00 1.66 9.00 1.67 13.00 1.20 1.64 5.20 1.67 9.20 1.68 13.20 1.40 1.66 5.40 1.66 9.40 1.67 13.40 1.60 1.67 5.60 1.67 9.60 1.66 13.60 1.80 1.66 5.80 1.65 9.80 1.67 13.80 2.00 1.67 6.00 1.64 10.00 1.67 14.00 2.20 1.66 6.20 1.66 10.20 1.68 14.20 2.40 1.68 6.40 1.66 10.40 1.68 14.40 2.60 1.67 6.60 1.66 10.60 1.66 14.60 2.80 1.67 6.80 1.66 10.80 1.67 14.80 3.00 1.66 7.00 1.67 11.00 1.67 15.00 3.20 1.67 7.20

1.67

11.20 1.67

15.20 采集數

據 時間 1.68 16.00 1.66 16.20 1.66 16.40 1.68 16.60 1.66 16.80 1.67 17.00 1.67 17.20 1.66 17.40 1.66 17.60 1.66 17.80 1.66 18.00 1.66 18.20 1.67 18.40 1.67 18.60 1.67 18.80 1.67 19.00 1.68

19.20 采集數

據 1.67 1.66 1.67 1.67 1.66 1.67 1.66 1.66 1.67 1.67 1.67 1.64 1.67 1.67 1.67 1.67 1.65 3.40 3.60 3.80 4.00 1.67 1.67 1.67 1.67 7.40 7.60 7.80 8.00 1.67 1.66 1.67 1.67 11.40 1.68 11.60 1.66 11.80 1.68 12.00 1.68 15.40 1.65 15.60 1.66 15.80 1.66 16.00 1.67 19.40 1.67 19.60 1.67 19.80 1.67 20.00 1.67 Matlab繪圖如下：

圖表 1 開環數據讀取顯示曲線

6.實驗總結：

通過本次實驗我理解基本計算機控制系統的組成，學會使用MATLAB和NI6008進行數據采集，以及實驗電路的搭建，如何設計PID算式使二階對象完成相應的功能，并且測試了對象的特性。復習了以前學習的東西，能做到活學活用，搭建實際模型來完成模擬實驗。中國石油大學計算機控制實驗報告 實驗日期：2011.11.30 成 績：

班級：自動化08-4 姓名：陳方光 學號：08071402

實驗二 數字PID算法的實現

1.實驗目的：

熟悉PID控制器，實現PID算法，深入了解PID參數對系統控制效果的影響 2.實驗設備：計算機控制實驗箱、NI6008數據通訊卡、Matlab軟件、計算機 3.實驗內容：

（1）在實驗一基礎上編制PID數字控制器，實現閉環控制。

?Te(k)?2e(k?1)?e(k?2)??u?u(k)?u(k?1)?kp?e(k)?e(k?1)?e(k)?T()?d??TiT ??（2）進行PID參數的整定分析：

a)取消積分和微分作用，分析比例系數數對系統控制性能的影響 b)保持比例系數不變，分析積分作用對系統控制性能的影響

c)保持比例系數和積分時間不變，分析微分作用對控制系統性能的影響 d)運用所學的PID參數整定方法，確定一組控制性能良好的PID參數 4.實驗要求

（1）實驗過程中要記錄實驗曲線，標注控制系統輸出的性能指標（2）總結PID參數對控制系統性能的影響

（3）分析理論結果與實驗結果的差異，如有誤差分析原因。5.實驗結果 a)純比例控制

分析：

對比分析上圖可知：Kp越大，比例作用越強，比例動作越快，上升時間和延遲時間越短，調節時間峰值時間也相應減少，且穩態誤差減小，但超調量增大，系統易發生振蕩，甚至發散。

由于是純比例作用，故系統穩定后存在余差，被控變量不可能回到原來的值上（在本系統中不可能穩定到1），且由于仿真電路干擾的存在，響應曲線存在較大的毛刺。

b)比例不變，變積分控制

分析：

從表中可知，在Kp相同，Ti不同的情況下, Ti越大，積分作用越強，系統的上升時間，延遲時間，調節時間和峰值時間均越大，系統的響應越慢，動態性能越差，但是系統的超調量卻越小，甚至小到不存在，系統地穩定性能提高。加入積分環節后，對比表中數據可知，積分環節可以使系統的上升時間，調節時間，延遲時間，峰值時間變長，系統的動態性能變差，而超調量減小，穩態性能得到提高。

c)比例、積分不變，變微分控制

分析：

從表中數據可知，第一，由于微分作用的存在，響應曲線的起始階段呈現尖銳的波峰，之后曲線也呈衰減振蕩；第二，保持Kp、Ti不變，增大Td,系統的上升時間上升，微分控制不直接影響穩態誤差，但它增加了系統的阻尼，因為容許采用比較大的增益K值，這將有助于系統穩態精度的改善。

PID具有PD和PI雙重作用，能夠較全面地提高系統的控制性能，是一種應用比較廣泛的控制器。PID控制器除了提高系統型別之外，還提供了兩個負實零點，從而較PI控制器在提高系統的動態性能方面有更大的優越性。因此，在工業控制設計中，PID控制器得到了非常廣泛的應用。一般來說，PID控制器參數中，I部分應發生在系統頻率特性的低頻段，以提高系統的穩態性能；D部分發生在系統頻率特性的中頻段，以改善系統的動態性能。

6.實驗總結

通過這次實驗，我熟悉了PID控制器，實現了PID算法，深入了解了PID參數對系統控制效果的影響，宏觀的了解了參數影響的效果，可以對于實際出現的各種圖形進行分析，確定是那一個或者哪幾個參數問題，便于實際應用，進一步熟悉了MATLAB軟件的使用。

第四篇：河南工業大學實驗報告

河南工業大學實驗報告

課程名稱實驗名稱系別專業班級姓名學號實驗日期年月日

教 師 審 批 簽 字

一.實驗目的宋體小四

二.實驗內容

宋體小四

三.實驗結果

宋體小四

四.實驗中的問題及心得

宋體小四

第五篇：計算機控制技術

《計算機控制技術》課程綜述

09熱工一班姚躍輝200910610118

計算機控制是自動控制理論與計算機技術相結合而產生的一門新興學科，計算機控制技術是隨著計算機技術的發展而發展起來的。自動控制技術在許多工業領域獲得了廣泛的應用，但是由于生產工藝日益復雜，控制品質的要求越來越高，簡單的控制理論有時無法解決復雜的控制問題。計算機的應用促進了控制理論發展，先進的控制理論和計算機技術相結合推動計算機控制技術不斷前進。近年來，隨著計算機技術、自動控制技術、檢測與傳感器技術、網絡與通信技術、微電子技術、CRT顯示技術、現場總線智能儀表、軟件技術以及自控理論的高速發展，計算機控制的技術水平大大提高，計算機控制系統的應用突飛猛進。利用計算機控制技術，人們可以對現場的各種設備進行遠程監控，完成常規控制技術無法完成的任務，微型計算機控制已經被廣泛地應用于軍事、農業、工業、航空航天以及日常生活的各個領域。可以說，21世紀是計算機和控制技術獲得重大發展的時代，大到載人航天飛船的研制成功，小到日用的家用電器，甚至計算機控制的家庭主婦機器人，到處可見計算機控制系統的應用。計算機控制技術的發展日新月異，作為現代從事工業控制和智能儀表研究、開發及使用的技術人員，必須不斷學習，加快知識更新的速度，才能適應社會的需要，才能在工業控制領域里繼續邀游。計算機控制系統是應用計算機參與控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯系，以獲得一定控制目的而構成的系統。這里的計算機通常指數字計算機，可以有各種規模，如從微型到大型的通用或專用計算機。輔助部件主要指輸入輸出接口、檢測裝置和執行裝置等。與被控對象的聯系和部件間的聯系，可以是有線方式，如通過電纜的模擬信號或數字信號進行聯系；也可以是無線方式，如用紅外線、微波、無線電波、光波等進行聯系。被控對象的范圍很廣，包括各行各業的生產過程、機械裝置、交通工具、機器人、實驗裝置、儀器儀表、家庭生活設施、家用電器和兒童玩具等。控制目的可以是使被控對象的狀態或運動過程達到某種要求，也可以是達到某種最優化目標。

計算機控制系統就是利用計算機（通常稱為工業控制計算機）來實現工業過程自動控制的系統。在計算機控制系統中，由于工業控制機的輸入和輸出時數字信號，而現場采集到得信號或送到執行機構的信號大多是模擬信號，因此與常規的按偏差控制的閉環負反饋系統相比，計算機控制系統需要有莫屬轉換器和數模轉換器這兩個環節。

計算機把通過測量元件、變送單元和模數轉換器送來的數字信號，直接反饋到輸入端與設定值進行比較，然后根據要求按偏差進行運算，所得到數字量輸出信號經過數模轉換器送到執行機構，對被控對象進行控制，使被控變量穩定在設

定值上。這種系統稱為閉環控制系統。

計算機控制系統由工業控制機和生產過程兩大部分組成。工業控制機硬件指計算機本身及外圍設備。硬件包括計算機、過程輸入輸出接口、人機接口、外部存儲器等。軟件系統是能完成各種功能計算機程序的總和，通常包括系統軟件跟應用軟件。

（1）數據采集系統

在這種應用中，計算機只承擔數據的采集跟處理工作，而不直接參與控制。它對生產過程各種工藝變量進行巡回檢測、處理、記錄及變量的超限報警，同時對這些變量進行累計分析和實時分析，得出各種趨勢分析，為操作人員提供參考。

（2）直接數字控制系統

計算機根據控制規律進行運算，然后將結果經過過程輸出通道，作用到被控對象，從而使被控變量符合要求的性能指標。與模擬系統不同之處在于，在模擬系統中，信號的傳送不需要數字化；而數字系統必須先進行模數轉換，輸出控制信號也必須進行數模轉換，然后才能驅動執行機構。因為計算機有較強的計算能力，所以控制算法的改變很方便。

微型計算機控制技術是一門跨學科以及應用性、技術性、綜合性都很強的專業技術課程，要求具備較強的自動控制理論、微型計算機原理、模擬電子技術、數字電子技術等專業基礎知識。通過學習，要求掌握計算機控制系統的控制原理和分析設計方法，具備基本的設計技能，能夠設計出簡單的計算機控制系統。學習該課程對我們工科專業的學生是十分重要而有用的。

09熱工(1)班姚躍輝