计算机控制技术与系统实验指导计算机控制技术与系统
实验指导
1 模入通道( A/D)转换实验
2 模出通道( D/A)转换实验
3 过程通道综合设计实验
4 常规控制算法设计实验
5 非最少有限拍算法设计实验
6 达林算法设计实验
7 状态观测器跟踪系统设计实验
计算机控制技术与系统实验指导
1 模入通道( A/D)转换实验
1.1 实验目的
掌握模入通道的设计方法与采样过程原
理, 熟悉汇编语言基本程序设计方法调试过
程和 ADC0809的内部结构原理 。
计算机控制技术与系统实验指导
1.2 实验器材
单片机仿真器系统一套, 直流稳压电源
一台, 万 用 表 一 块, ADC0809 一块,
74LS02四或非门一块, 10kΩ电位计一只,
包板一块, 导线若干 。
计算机控制技术与系统实验指导
1.3 实验内容
设计和调试一个能把 ADC0809的 0通
道输入的模拟电压转换成数字量, 将转
换结果存入内存单元的汇编程序 。
计算机控制技术与系统实验指导
1.4 实验步骤
( 1)按图 1正确接线,系统上电。
( 2)编写程序,并将汇编程序输入计算机。
( 3)给 A/D转换器 0通道输入电压( 0~
5V),并作记录。
( 3)运行程序,查看记录内存单元相应采
样值,看是否与预先算出的转换值一致。
计算机控制技术与系统实验指导
图 1 仿真器系统和 ADC0809的连接
A L E
P 0.0
P 0.1
P 0.7
P 0.6
P 0.5
P 0.4
P 0.3
P 0.2
R D
8 0 3 1
S T A R T
W ( 1 0 K )
E O C
2
- 1
ADDA
P 2, 7
M 1
C L K
8
7 4 L S 0 2
OE V REF
(+)
IN 0
+ 5 V
A D C
0 8 0 9
1
18
2
3
4
5
7
6
12
10
9
8
11
16
15
14
13
17
19
20
I N T 0
ADDC
ADDB
21
2
2
2
2
2
2
2
- 8
-7
- 6
- 5
- 4
- 3
- 2
W R
A L E
22
V REF
(-)
IN 7
IN 6
IN 5
IN 4
IN 3
IN 2
IN 1
+
+
1
4
6
5
3
2
7 4 L S 0 2
M 2
M 3
9
10
27
26
25
24
23
28
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实验测试表格
输入电压 (v) 0 1 2 3 4 5
计算值
A/D转换值
误差
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1.5 思考和讨论
( 1)欲将 A/D8个输入通道上的模拟输入
连续转换成数字量,硬件电路应如何修改?
程序应如何编写?
( 2)若 A/D转换采用中断方式调度硬件和
程序应怎样考虑?
( 3)分析 A/D转换数据为什么与计算结果
有误差?
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2 模出通道( D/A)转换实验
2.1 实验目的
掌握数模转换原理, 模出通道 ( AO)
输出特性和汇编语言程序设计方法, 熟悉
DAC0832的内部结构和原理 。
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2,2 实验器材
单片机仿真器系统一套, 直流稳压
电源一台, 示波器一台, 万用表一块,
DAC0832一块, LM339一块, 面包板一块,
导线若干 。
计算机控制技术与系统实验指导
2,3 实验内容
( 1) 测试 DAC0832的数字量输入和模拟量输
出的关系 。
( 2) 设计和调试一个产生三角波的程序 。
( 3) 设计和调试一个产生方波的程序 。
( 4)设计和调试一个产生正弦波的程序。
计算机控制技术与系统实验指导
2.4 实验步骤
( 1) 将 DAC0832的地址选通线, 电源线, 输
出驱动线连接好 。
( 2) 连接好示波器 。
( 3) 实验系统上电, 按实验要求依次分别将
三角波, 锯齿波, 方波和正弦波汇编程序输入
计算机 。
( 4) 分别运行各程序并用示波器观察输出波
形 。
计算机控制技术与系统实验指导
图 2 模出通道 D/A转换电路
A L E
P 0.0
P 0.1
P 0.7
P 0.6
P 0.5
P 0.4
P 0.3
P 0.2
W R
8 0 3 1
1D 1Q
EN OC
G N D
7 4 L S 3 7 3
+ 5 V
+
+ 5 V
+ 5 V
-
OA V OUT
4, 7 K
A G N D
W R 1
W R 2
DI 2
DI 0
DI 7
DI 6
DI 5
DI 4
DI 3
DI 1
X F E R
CS
I L E
V cc V REF
R fb
I o u t 1
I o u t 2
D G N D
D A C
0 8 3 2
1
18
2
3
4
5
7
6
12
10
9
8
11
16
15
14
13
17
19
20
1
2
3
11
4
3 2
1
11
10
.
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2.5 思考和讨论
( 1) 图 2中, DAC0832口地址是否有重
叠?
( 2) 上述各输出波形的频率由哪些因
素决定?
( 3) 分析各波形输入数字量与输出波
形间的对应关系 。
( 4) 各输出波形为什么是连续的?
( 5) 分析输出波形失真原因 。
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3 过程通道综合设计实验
3,1实验目的
使学生在课堂教学基础上提高综合应
用设计能力,熟悉微机硬件电路规划与设
计;初步掌握基本实时控制系统的设计和
调试。
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3,2实验器材
单片机仿真器系统一套, 直流稳压电源
一台, 万用表一块, 红, 绿, 黄发光二极
管各 4只, 100Ω的电阻 12个, 面包板一块,
导线若干 。
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3.3 实验内容
设计和调试一个交通灯控制程序 。 功能如下:
( 1) A道和 B道均有车辆要求通过时, A,B
道轮流放行 。 其中, A道放行 50秒, B道放行
40秒 。
( 2) 一道有车辆而另一道无车辆 ( 由开关
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K0和 K1控制 ), 交通灯控制系统能立即让
有车道放行 。
( 3) 有紧急车辆要求通过时, 系统要能禁
止普通车辆通过, A,B道均为红灯, 紧急
车由 K2开关模拟, 有紧急车时 INT0为低电
平 。
( 4) 绿灯转换成红灯时, 黄灯亮 2秒 。
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3,4实验步骤
( 1) 按图 3进行接线 。
( 2) 根据图 3和程序流程图 4,图 5编写相
应的汇编程序 。
( 3) 将程序输入计算机, 并进行汇编 。
( 4) 对源程序进行调试, 直到满足系统功
能要求为止 。
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图 3 交通灯控制系统原理
+5V
+5V
+5V
+5V
A 通道
B 通道
传感器
传感器
Χ Ω 3 100
Χ Ω 3 100
Χ Ω 3 100
Χ Ω 3 100
+5V
1K Ω
P 1.0
P 1.5
P 1.4
P 1.3
P 1.2
P 1.1
P 1.7
P 1.6
INT 0
(K 0 = 0 有车)
(K 1 = 0 有车)
K 2
正常
紧急车
8031
(红灯)
(红灯)
(绿灯)
(黄灯)
(绿灯)
(黄灯)
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4









开 始
允许I N T 0 中断
置 A 道放行标志
0 F0
A 道放行时间送R 4
延时0, 5 秒
A 道亮绿灯
B 道亮红灯
R 4 - 1 = 0 否?
A 道有车否?
B 道有车否?
A 道亮黄灯
B 道仍亮红灯
延时1 秒
延时0, 5 秒
置 B 道放行标志
0 F0
B 道放行时间送
计数器 R 4
B 道亮绿灯
A 道亮红灯
R 5 - 1 = 0 否?
B 道有车否?
A 道有车否?
B 道亮黄灯
A 道仍亮红灯
延时1 秒












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5











开 始
A 道放行否?
(F 0 = 0 )

A 道亮黄灯
B 道仍亮红灯

B 道亮黄灯
A 道仍亮红灯
延时1 秒
A 道亮红灯
B 道亮红灯
紧急 车否?
原A 道 放行否?
(F 0 = 0 )


A 道亮绿灯
B 道仍亮红灯
B 道亮绿灯
A 道仍亮红灯
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4 常规控制算法设计实验
4.1 实验目的
在常规控制算法教学基础上,通过对
PID及其变形算法的选取,利用 Matlabl软件
进行仿真实验,加深对该类控制算法的掌握
和理解。
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4.2 实验内容
( 1)选择 PID及其变形算法,以及 Smith
预估算法等。
( 2)考虑两类对象,即不含大迟延对象
和大迟延对象。
( 3)作给定值扰动和外部扰动响应实验。
( 4)绘制控制输出和对象输出响应曲线。
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4.3 实验要求
( 1)分别给出各系统所选算法类型与对
象模型。
( 2)说明输入条件和扰动类型。
( 3)标明各响应曲线横纵坐标单位量纲。
( 4)分析各算法控制效果。
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4.4 思考和讨论
( 1)分析 PID算法几种变形的控制效果如
何,为什么?
( 2)根据实验分析 Smith算法的优点是什
么,若采用 PID算法解决同类问题效果如
何?
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5 非最少有限拍算法设计实验
5.1 实验目的
掌握离散系统与对象有关和于对象无关
的控制器设计方法,加深对离散系统直接数
字算法设计中最少拍与非最少拍的理解和掌
握,非最少拍设计解决了最少拍算法中存在
的局限性等问题。
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5.2 实验内容
( 1)利用 Matlabl软件设计一个最少拍控
制系统。
( 2)利用 Matlabl软件设计一个带惯性因
子的有限拍控制系统。
( 3)对上述两种系统在给定输入情况下
做仿真实验。
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5.3 实验要求
( 1)通过仿真分析最少拍控制算法存在
的局限性。
( 2)针对惯性因子法考虑单位阶跃、单
位速度两种典型输入进行仿真。
( 3)标明各响应曲线横纵坐标单位量纲。
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5.4 思考和讨论
( 1)最少拍控制算法的局限性主要体现
在哪几点。
( 2)非最少有限拍控制解决了哪些问题
付出了哪些代价?
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6 达林算法设计实验
6.1 实验目的
掌握达林算法设计离散系统控制器的基本
思想和方法,进一步理解最少拍与非最少
有限拍设计中存在的局限性。
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6.2 实验内容
( 1)根据给定对象模型,设计达林算法
期望闭环传递函数 M(z)。
( 2)设计达林算法控制器。
( 3)利用 Matlabl软件仿真。
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6.3 实验要求
( 1)求出消除振铃后的等效控制算法。
( 2)分析离散系统稳定性,由仿真进行
验证。
( 3)标明响应曲线横纵坐标单位量纲。
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6.4 思考和讨论
( 1)达林算法解决了离散系统控制器设
计中的哪些问题?
( 2)对于一阶或二阶对象达林算法控制
器经消振后可等效为什么形式?
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7 状态观测器跟踪系统设计实验
7.1 实验目的
掌握基于状态空间描述的离散系统带
状态观测器控制器的设计,对于非零输入
或常值扰动情况,应考虑系统跟踪问题,
进一步加深对所学内容的理解。
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7.2 实验内容
( 1)利用 Matlabl软件设计预报观测器。
( 2)利用 Matlabl软件设计现时观测器。
( 3)利用 Matlabl软件设计降阶观测器。
( 4)利用 Matlabl软件设计跟踪系统。
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7.3 实验要求
( 1)给定系统性能指标和要求,确定控
制极点和观测器极点。
( 2)按照分离性原理分别设计控制规律 L
和观测器增益矩阵 K。
( 3)考虑非零输入时零静差要求,设计
PI控制器。
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7.4 思考和讨论
( 1)引入状态观测器后系统性能由什么
来决定?
( 2)观测器极点的配置原则与系统性能
间有什么关系?
( 3)观测器类型的选取原则是什么?
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THANK YOU VERY MUCH !
谢谢您的光临!
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