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《计算机控制技术》实验指导书
《计算机控制技术》实验指导书
(能源与动力学院用)
南京航空航天大学能源与动力学院
二○○四年七月
目录
实验一A/D转换实验设计(设计性实验)
(2)
实验二D/A转换实验设计(设计性实验)(5)
实验三PID控制及参数整定实验(演示实验)(8)
实验一A/D转换实验设计(设计性实验)
一.实验目的
(1)了解模/数的转换的基本原理。
(2)掌握ADC0809的使用方法,掌握8086汇编语言的编程方法。
二.实验设备
(1)DICE-8086H增强型微机原理接口实验仪一台,IBMPC机一台,8086汇编语言编译软件。
(2)导线,数据接线若干。
(3)万用表一块。
三.实验内容
利用实验板上的ADC0809做A/D转换器及电位器W1提供模拟量输入,编制程序,将模拟量转换成二进制数字量,通过系统显示板观察结果。
(1)硬件原理图如下
(2)硬件线路连接
将ADC0809的CS4连到译码电路8000H插孔;
将ADC0809通道0模拟输入端IN0连电位器W1的中心插头0-5V插孔AIN1;
将ADC0809输出端JX6与总线接口JX0相连。
(2)软件设计框图
●
编程提示
1)ADC0809的START端为A/D转换启动信号,ALE端为通道选择地址的锁存信号,实验电路中将其相连,以便同时锁存通道地址并开始A/D采样转换,其输入控制信号为CS和WR,故启动A/D转换只需如下两条指令:
MOVDX,ADPORT;ADC0809端地址
OUTDX,AL;发CS和WR信号并送通道地址
2)用沿时方式等待A/D转换结果,使用下述指令读取A/D转换结果。
MOVDX,ADPORT
INAL,DX
3)循环不断采样A/D转换结果,边采样边显示A/D转换后的数字量。
四.实验步骤
1)按原理图连好实验线路。
2)编制、输入并运行实验程序。
如在连机情况下,可将编制好的程序输入,编译,运行,即可进行实验。
计算机系统内有编制好的程序,可直接编译运行。
如在无PC机时,可在8088系统显示监控提示符“P.”时,输入起始段地址F000后按F1键,再输入起始偏移地址9000,按EXEC键,在系统上显示“0809XX”,“XX”表示输入的模拟量转换后的数字量。
3)调节电位器W1,显示器上会不断显示新的转换结果。
模拟量和数字量对应关系的典型值为:
0V——00H,+2.5V——80H,+5V——FFH。
4)用万用表测出W1输出电压,并记录显示屏上的相应数据。
作出转换图,即V…D。
5)RESET键退出或按STOP键后按MON键。
6)打印程序清单。
7)求ADC0809芯片的整量化误差。
五、思考题:
1)若改用EOC信号来申请中断读A/D值、程序如何设计?
2)若输入模拟电压为2.4V,理论上转换值为多少?
实际为多少?
分析原因。
实验二D/A转换实验设计(设计性实验)
一、实验目的
1.了解D/A转换的基本原理。
2.了解D/A转换芯片0832的性能、使用方法、对应硬件电路及编程方法。
二、实验仪器
1.IEC-8086H微机原理增强实验系统一套,IBMPC机一台。
2.导线一根,数据接线一根。
3.示波器一台。
4.万用表一块。
三、实验内容
编写实验程序,用DAC0832产生方波,锯齿波,用示波器观察波形。
1.硬件原理图如下
将DAC0832片选信号插孔CS5和译码器输出8000H插孔相连。
将DAC0832芯片D0—D7孔用数据线与系统总线相连。
将示波器与DAC0832芯片左侧AOUT孔相连。
2.
软件设计框图
产生方波软件框图产生锯齿波软件框图
3.编程提示
(1)产生方波程序编程提示:
首先由CS片选信号确定DAC寄存器的端口地址,然后锁存一个数据通过DAC0832输出,产生方波信号的周期由沿时常数决定。
典型程序如下:
MOVDX,DAPORT;DAC0832口地址
MOVAL,DATA;输出数据到0832
OUTDC,AL
产生方波信号的周期由延时常数确定。
(2)产生锯齿波程序:
0832芯片输出产生锯齿波,只须由AL中存放数据的增减来控制。
当AL中数据从00逐渐增加到FF产生溢出,延时后,再从00增大到FF,不断循环,从而产生连续不断的锯齿波。
四、实验步骤
1.按图连好实验线路。
2.按软件设计框图及实验原理编制程序。
3.编译运行实验程序。
4.用示波器测量0832左侧AOUT插孔,观察输出波形。
5.打印程序清单。
五、思考题
1.如何改变输出波形的频率?
2.实验中的电位器作用是什么?
实验三PID控制及参数整定实验(演示实验)
一.实验目的
1.了解PID控制的基本工作原理。
2.掌握PID控制参数的整定方法。
二.实验设备
PCS工业过程控制实验台。
PCS工业过程控制实验台由四个控制回路构成,即流量控制回路;液面控制回路;温度控制回路和压力控制回路。
微机一台。
三.实验内容及步骤
在工业生产过程中,对于流量、液面、温度和压力动态过程测量和控制,希望误差小,响应快和稳定性好,根据不同系统及品质要求,通常对系数采用P、PI、PID各种组成方式对系统进行控制,为求得给定最佳P、I、D三种参数有多种方法整定PID参数,“凑试法”为其中一种有效的整定方法,对PID的三个参数Kp、Ti、TD运用凑试法可求得满足各回路动态过程控制的最佳值。
本实验主要以液面高度过程控制为对象进行PID参数整定过程的演示。
1.液面控制系统组成
液面高度控制回路由供水箱、水泵、被控液位水箱和液位传感器及管路阀门组成。
2.演示步聚:
1)PID控制比例环节的作用,即Kp的大小对系统的影响。
比例调节系统的静态和动态特性都取决于比例系数Kp的大小、增大比例系数Kp,一般将加快系统的响应,有利减少静差,但Kp过大会使系统有较大的超调,并产生振荡,使系统稳定性变坏。
(a)设定Ti=9999TD=0Kp=20
液位设定值SP=25→29
静查△X=2.00
(b)改变Kp=100Ti、TD不变
液位设定值SP=25→29
静压△X=0.50
(c)Kp=999X=19.83
液位设定值SP=25→29
静压△X=0.18
但水泵断续供水,工作不平稳
2)PID控制积分环节的作用,即Ti的大小对系统的影响
比例调节的主要缺点是有静差,而在比例调节作用的基础上加上积分作用,就可以消除静差,但积分时间常数Ti选得很大,则积分作用较弱,过液过程没有振荡,但消除偏差需要的时间较长,如果Ti选择得过太小,就能计起持续的振荡,甚至发生危险。
(a)Kp=20Ti=40TD=0
液位设定值SP=25→29
静压△X=0.10
系统调节时间增长,振荡消除,静差减小。
(b)Kp=20Ti=0.5TD=0
液位设定值SP=25→29
系统振荡。
3)PID控制微分环节的作用,即Td的大小对系统的影响
(a)Kp=20Ti=0.5TD=5
液位设定值SP=25→29
系统逐渐消除振荡。
(b)Kp=20Ti=0.5TD=20
液位设定值SP=25→29
系统响应明显得到改善。
4)“凑试法”PID参数整定
设Ti=999TD=0
用凑试法求Kp临界值
Kp=100液位设定值SP=20→22
Kp=200液位设定值SP=20→22
Kp=300液位设定值SP=20→22
Kp=400液位设定值SP=20→22
此时系统出现临振荡
加积分,Kp=450Ti=5
液位设定值SP=20→22
Ti=3
Ti=2液位设定值SP=20→22
Ti=1液位设定值SP=20→22
Ti=0.5液位设定值SP=20→22
Tr=2时,系统响应波形最好
参数整定为Kp=450Ti=2
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