西安交大自动化专业XXXX计算机控制专题实验

计算机控制专题实验一、实验目的掌握计算机控制系统各个环节的设计以及系统的组成。通过实验使学生能够较熟练地设计计算机控制系统的各个环节和完整的系统，熟练掌握系统的调试和控制器参数的整定方法。巩固和深化理论教学内容，培养学生的工程实践技能，综合运用所学专业知识解决实际问题的能力。二、实验设备1．计算机一台2．数据采集卡PCI-9112卡一块，端子板LD-9188一块及电缆3．温度控制箱一套4．WindowsXP系统，Matlab软件，ADLINK软件包。(Labview软件)三、实验内容与要求1．了解温度控制系统的构成，熟悉各环节的工作原理。掌握MatlabGUI设计系统监控画面及编程方法。2．熟练应用MatlabGUI设计系统监控画面，要求监控画面中有：1）控制系统名称“温度监控系统”与“设计人：×××”，2）显示实时温度控制曲线，横坐标为时间单位秒，纵坐标为温度，范围为0~100C°，加网格，3）数字显示实时温度，与控制输出，4）显示控制棒图，标记温度设定值，实时温度，控制输出，5）设定值温度与PID三个参数，并可以实时修改，6）可选的优化方法，7）有运行，停止，保存，结束等按钮功能。3．设计编写采样、滤波、PID控制及优化算法等相关程序。4．完成PID参数整定，调试出稳定的温度控制系统，观察并分析过程控制的PID整定规律。保存最佳的整定参数与控制曲线图。四、实验硬件与软件说明1．数字采集卡：数据采集卡PCI-9112插在主板上的PCI插槽中，包含数字信号与模拟信号两种。模拟信号有两种模拟输入：16路单端模拟输入（A0~A15）和8路差分模拟输入（AL0~AL7/AH0~AH7），2路模拟量输出（AO1和AO2）。引脚图见图1。图116路单端模拟输入和8路差分模拟输入引脚图引脚说明：（模拟输入/输出与定时计数器）AIn—―AnalogInputChanneln(single-ended)AIHn—―AnalogHighInputChanneln(differential)AILn—―AnalogLowInputChanneln(differential)ExtRefn—―ExternalReferenceVoltageforD/ACHnAOn—―AnalogOutputChannelnExtCLK—―ExternalClockInputExtTrig——ExternalTriggerSignalCLK——Clockinputfor8254GATE——Gateinputfor8254COUTn——SignaloutputofCounternV.ERF——VoltageReferenceA.GND——AnalogGroundGND——Ground实验中采用单端输入与输出，模数转换通道选用A/D的0号通道和数模转换通道选用D/A的0号通道。图2数据采集卡与端子板联接图系统中数据采集卡PCI-9112与端子板PCLD-9188连接示意图如图2所示：CN3为PCI-9112的模拟量通道连接端口，CN1和CN2为数字量通道连接端口，实验中只连接模拟量通道CN3。初次安装按照系统提示对数据采集卡进行初始化设置，ADLINK软件包中含有硬件驱动的软件，实验中需要安装PCI-9112的驱动程序。2．ADLINK软件包说明：ADLINK软件包包含了数据采集卡的软硬件驱动程序和用户手册，首先阅读SoftwareInstallationGuide手册，掌握数据采集卡的设备驱动与软件驱动的安装。开始设计时可以通过用户手册NuDAQ/NuIPC9112Series掌握数据采集卡PCI9112及编程的有用信息，但其后面的例程主要针对C语言，编程可参阅ADLINK软件包中的PCI-DASK的用户手册。通过NuDAQACLDSeriesTerminationBoardsUser’sManual端子板用户手册，查看ACLD-9188的资料。针对Matlab的驱动需要了解安装ADLINK软件包中的DAQ-MTLB应有软件，通过阅读该软件的用户手册DAQ-MTLBManual掌握Matlab对数据采卡进行输入输出的方法。通过DAQ-MTLB-Utilities-PCIConfigureUtility对数据采集卡进行设置。五、实验报告要求1．分组与验收实验按小组进行，每组不超过2人，实验经指导老师验收合格方可通过，每组提交一份实验报告。2．实验报告封面要求：1）专题实验名称2）姓名，学号，班级，手机号3）实验指导老师4）实验地点5）提交报告时间内容要求：1）硬件系统构成。2）软件系统安装方法。3）应用MatlabGUI进行监控画面的设计过程。2）程序的设计过程，PID算法及优化算法、滤波、采样频率、数字采集卡的读写等关键部分要做重点说明。3）PID参数的整定规律与结果分析。4）保存最佳的时实控制画面。5）设计与调试过程中遇到的问题与解决方法。6）程序清单（必须加注中文注释）。7）实验总结。六、实验评分标准实验成绩根据每组同学的基本概念掌握，实验动手参与，实验完成情况，实验报告4部分综合评定。七、实验安排第7周布置实验任务，第7~9周编程调试，第11~12周验收。提早完成的同学可以提前验收。八、实验指导老师：景洲，王永昌办公室：西一楼313、315室联系电话：景洲13720424008（手），82664112（办）王永昌15902993402（手），82660248（办）2011年10月PCI-9112凌华PCI采集卡特性32位PCI总线（带有总线主控DMA功能）12位模拟量输入分辨率16路单端或8路差动模拟量输入卡上带有A/DFIFO通道自动扫描功能选择最高110KHzA/D采样频率增益可编程：x0.5,x1,x2,x4,x8双极性或单极性输入信号三种A/D触发模式：软件触发、可编程定时器触发与外部触发16位数字量输入与16位数字量输出两个12位模拟量输出通道3个独立可编程16位计数器紧凑的半长卡结构37-pinD型连接器规格模拟量输入（A/D）转换器：B.B.ADS774或其它等效的转换器，逐次逼近型分辨率：12位输入通道：16路单端或8路差动输入范围：（可编程）双极性：+10V,+5V,+2.5V,+1.25V,+0.625V单极性：0~10V,0~5V,0~2.5V,0~1.25V转换时间：8μsec采样频率：最大110KS/s最大输入过载电压：±35V精度：GAIN=0.5,10.01%ofFSR±1LSBGAIN=2,40.02%ofFSR±1LSBGAIN=80.04%ofFSR±1LSB输入阻抗：10MΩ触发模式：软件、可编程定时器与外部触发数据传输方式：软件控制、中断、总线主控DMA模拟量输出（D/A）通道数：2分辨率：12位输出范围：内部参考电压：（单极性）0~5V或0~10V外部参考电压：（单极性）0~10V或0~-10V转换器：DAC7541或其它等效转换器建立时间：30μsec线性度：+1/2LSB输出驱动能力：最大+5mA数字量I/O（DIO）通道数：16DI/16DO信号类型：TTL兼容可编程计数器器件：8254A/D触发定速：带有2MHz时间基准的32位定时器（两个16位定时器级联）计数器：一个16位计数器一般特点连接器：37-pinD型连接器操作温度：0°~60°C存储温度：-20°~80°C湿度：5~95%，无凝结电源功耗：典型+5V@460mA典型+12V@110mA尺寸：173mmx102mm端子板ACLD-9137ACLD-8125ACLD-9138ACLD-9188DIN-37D