DA数模转换实验.docx

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1、实验一D/A数模转换实验一、实验目的U掌握数模转换的基本原理。2、熟悉12位D/A转换的方法。二、实验内容通过A/D&D/A卡完成12位D/A转换的实验，转换公式如下：Uo=Vrcf(2,K12+2,0K11+.+2oKo)212Vref=5.OV例如:数字量二O1o0,0000,0000K11=0,K1o=1,K9=O,K8=O,K7=O,K6=O,K5=O,K4=OK3=O,K2=O,K1=O,Ko=O模拟量Uo=Vref(4096-211K7+21oK+.+20K0)21.5三、实验方法(1)硬件连接：将数据采样卡上标有AD1IN的插孔与DA1OUT的插孔相连。(2)实验硬件原理示意图：

2、数字量一DA转换一AD采集计算机显示结果四、软件使用1、打开软件，在实验课题菜单中选中D/A数模转换实验；或者在左栏快捷区选中D/A数模转换实验项目条，双击即可。2、在相应弹出的对话框中填写参数,在数字量对应区填写目标数字量。注意：数字量的范围从0-40963、点击变换按钮，转换出对应的模拟量，如果点击运行，则执行采样数据，等待数据传输完成后，在测量图形中观测对应的数据；点击取消，则取消当前实验。4、实验完成后起用测量标尺，观测图形并测量数据；在主窗口中单击MeaSUre键，使用弹出标尺，进行单值测量；选择SingIe项，进行单测量；DoUb1e项，进行双测量，测量标尺可以拖动使用5、退出实验

3、，在实验课题菜单中选择退出即可。五.实验报告1 .画出数字量与模拟量的对应曲线。2 .计算出理论值，将其与实验结果比较，分析产生误差的原因。实验二A/D模数转换实验一、实验目的1 .掌握模数转换的基本原理。2 .熟悉12位A/D转换的方法。二、实验内容通过A/D&D/A卡完成12位A/D转换的实验，转换公式如下：数字量二模拟量/Vex2,其中N是A/D的位数，VE是基准电压。例如：N=12Vref=5.O模拟量=2.5则数字量二(5-2.5/5.O)X212=1024(十进制)三、实验步骤(1)硬件连接：将自控实验箱上标有AD1IN的插孔与D1OUT的插孔相连。(2)实验硬件原理示意图：由A/

4、D&D/A卡输出模拟量D转换计算机显示结果四、软件使用1、打开软件，在实验课题菜单中选中A/D数模转换实验；或者在左栏快捷区选中A/D数模转换实验项目条，双击即可。2、在相应弹出的对话框中填写参数；在模拟量对应区填写模拟量注意：模拟量范围从-5+5V3、点击变换按钮，响应的模拟量转换成数字量。完成填写参数后，如果点击运行后，则执行采样数据，等待数据传输完成；点击取消，则取消当前实验。注意：实验1,实验2共用相同的测量图。在实验1中，数字量为X轴，电压量为Y轴在实验2中，仍用数字量为X轴，电压量为Y轴4、完成后起用测量标尺，观测图形并测量数据；在主窗口中单击MeaSUre键，使用弹出标尺，进行单

5、值测量；选择Sing1e项，进行单测量；Doub1e项，进行双测量，测量标尺可以拖动使用退出实验，在实验课题菜单中选择退出即可。五.实验报告1 .画出模拟量与数字量的对应曲线。2 .计算出理论值，将其与实验结果比较，分析产生误差的原因。实验三数字PID控制一、实验目的1 .研究P1D控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。2 .研究采样周期T对系统特性的影响。3 .研究1型系统及其2型系统的稳定误差。二、实验内容1 .系统结构图示于图3.1。图3.1图中Gc(s)=Kp(1+Ki/s+Kds)Gh(s)=(1-es)/sGp1(s)=5/(0.5s+1)(0.1s+1)Gp2(s)=1/(s

6、(0.1s+1)2 .开环系统(被控制对象)的模拟电路图分别示图3.2.1和图3 .2.2,其中图3.2.1对应GP1(s),图3.2.2对应Gp2(s)o图3.2.111图3.2.24 .被控对象GP1(s)为“0型”系统，采用P1控制或P1D控制，可使系统变为“1型”系统，被控对象Gp2(s)为“1型”系统,采用P1控制或PID控制可使系统变成“2型”系统。5 .当r(t)刁(t)时(实际是方波)，研究其过渡过程。6 P1调节器及PiI)调节器的增益Gc(s)=Kp(1+K1s)=KpK1(1k1)s+1)s=K(Tis+1)s式中K=KpKiTi=(1/K1)不难看出P1调结器的增益K=

7、KPKi,因此在改变Ki时，同时改变了闭环增益K,如果不想改变K,则应相应改变Kp。采用PID调节器相同。7 .P1D递推算法如果P1D调节器输入信号为e(t),其输送信号为U(t),则离散的递推算法如下：Uk=KPek+Kiek2+Kd(eYk-1)其ek2是误差累积和。四、软件使用U打开软件，在实验课题菜单中选中数字PID控制实验；或者在左栏快捷区选中数字PID控制实验项目条，双击即可。2、相应弹出的对话框中填写参数，在AD1标签填写AD采样参数A、打开AD启用标志，操作：点击即可；Bs填写采样周期（001100s）,操作：填写参数；C、填写采样电数（50999）,操作：填写参数；D、打开

8、AD显示标志，操作：点击即可；E、选择AD采样数据显示颜色，信源颜色按钮；注意：AD启用是AD采样通道开启标志；采样周期最小为0.O1s；F、AD显示是AD采样通道显示颜色；（不能使用与系统背景相同的颜色）填写相关参数V,KP,KI,KD注意：电压给定不要超过范围限制；3、完成填写参数后，如果点击确认，则执行采样数据，等待数据传输完成；点击取消，则取消当前实验。4、完成后起用测量标尺，观测图形并测量数据；在主窗口中单击MeaSUre键，使用弹出标尺，进行单值测量；选择Sing1e项，进行单测量；DOUbIe项，进行双测量，测量标尺可以拖动使用退出实验，在实验课题菜单中选择退出即可。五、实验步骤

9、1 .连续GPI（s）为对象的模拟电路图I1T及A/D&D/A信号线。检查无误后，接通12V电源。2 .输入采样周期T,（参考值T=O.02）3 .输入参数Kp,KI,Kd（参考值Kp=I,Ki=2,kd=O）4 .观察响应曲线。若不满意，改变Kp,Ki,Kd的数值和与其相对、应的性能指标OP、ts的数值。5 .取满意的Kp,Ki,Kd值，观查有无稳态误差。6 .断开电源，连接模拟电路图1卜2,并接上A/D,D/A信号线。7 .接通电源，重复2-8步骤。六、实验报告1 .画出所做实验的模拟电路图。2 .当被控对象为Gp1(s时)取过渡过程为最满意时的Kp,Ki,Kd,画出校正后的Bode图，查

10、出相稳定裕量和穿越频率c3 .比较对象为GP1(s)和对象为Gp2(s)时三角波输入情况下的稳态误差。4 .总结一种有效的选择Kp,Ki,Kd方法，以最快的速度获得满意的参数。七、P1D软件流程图(ek为误差，ek1为上一次的误差，ek2为误差的累积和，uk是控制量)实验四状态反馈与状态观测器一、实验目的1 .研究现代控制理论中用状态反馈配置极点的方法。2 .研究状态观测器的设计方法。二、实验内容1 ,被控对象模拟电路图示于图4.Io23 .系统数学模型(1)被控对象传递函数为Gp(s)=Y(s)/U(s)=100(s2+3.928s+103.57)(2)被控对象状态方程X=Ax+BuY=Cx

11、式中oA=-103.5713928_J0I1C=IOO03.带有状态观测器的状况反馈系统方框图示于图4.2图4.2图中G=eH=o(t)dtB9(t)=eAt11X2维状态反馈系统矩阵，由计算机算出。12x1维观测器的反馈矩阵，由计算机算出。Ki为使y(t)跟踪r(t)乘的比例系数，它由计算机自动地递推算出。由图4.2可得Xk=GXk/+HUk-+1(Yk-I-CXk/)Uk=-KXk+KrRk4 .希望的系数极点（参考值）：s1,2=-7.35j7.5,它对应在Z平面上应为Z1,2=0.712j0.225 .观测器极点参考值：Z1,2=0.1j0三、软件使用1打开软件，在实验课题菜单中选中状

12、态反馈与状态观测器中的阶跃响应；或者在左栏快捷区选中状态反馈与状态观测器中的阶跃响应实验项目条，双击即可。6 .在弹出的对话框中填写参数，在AD1标签填写AD采样参数A、打开AD启用标志，操作：点击即可；B、填写采样周期（0.01100s）,操作：填写参数；C、填写采样电数（50999）,操作：填写参数；D、打开AD显示标志，操作：点击即可；E、选择AD采样数据显示颜色，信源颜色按钮；注意：AD启用是AD采样通道开启标志；采样周期最小为0.O1s；AD显示是AD采样通道显示颜色；（不能使用与系统背景相同的颜色）在相关参数区中填写参数注意：阶跃给定不要超过给定范围-557 .完成填写参数后，如果

13、点击确认，则执行采样数据，等待数据传输完成；点击取消，则取消当前实验。8 .实验完成后起用测量标尺，观测图形并测量数据；在主窗口中单击MeaSUrC键，使用弹出标尺，进行单值测量；选择SingIC项，进行单测量；DoUbIe项，进行双测量，测量标尺可以拖动使用。9 .要退出实验，在实验课题菜单中选择退出即可。跟踪响应1、打开软件，在实验课题菜单中选中状态反馈与状态观测器中的跟踪响应；或者在左栏快捷区选中状态反馈与状态观测器中的跟踪响应实验项目条，双击即可。2、在弹出的对话框中填写相关参数：在AD1标签填写AD采样参数，参数的填写与阶跃响应相同；在相关参数区中填写参数V1阶数，希望极点，观测极点

14、，矩阵A,BtC注意：阶跃给定不要超过给定范围-5+53、其它实验操作与阶跃响应实验相同四、实验步骤1 .连接图12所示被控对象模拟电路图，并连接A/D&D/A信号线。2 .执行程序,修正Kr参数，使y(t)=r(t).五、实验报告U画出被控对象模拟电路图。2、计算GP(S),A1BtCo3、计算离散化模拟参数G,H,并与计算机结果比较。4、计算希望的系统单位阶跃响应指标中的超调量Gp和调节时间Ts并与实时控制结果比较。六、状态观测器软件流程图(yk为当前输出，yk1为上一次系统输出，XkI为上一次的观测阵)(Xk是当前观测阵，u1是当前控制量)实验五数字滤波器实验一、实验目的1 .研究数字滤波器对系统稳定性及过渡过程的影响。2 .熟悉和掌握系统过渡过程的测量方法。3 .掌握数字滤波器的设计方法。4 .了解数字滤波器的通带对系统性能的影响。二、实验内容1 ,需加入串联超前校正的开环系统电路及传递函数(1)实验电路(2)系统开环传递函数(4)数字滤波器的递推公式模拟滤波器的传函：T1s1T2S+1利用双线性变换得数字滤波器的递推公式：Uk=qOxUk-1+q1xek+q2xek.qO=(T-2T2)(T+2T2)q1=(T+2T1)(T+2T2)q2=(T-2T)(T+2T2)T二采样周期T尸超前时间常数Tk滞后时间常数2 .需加入串联滞后校正的开环系统电路及传递函数(1)