东华大学计算机控制系统实验指导书

实验要求：1按实验指导书的连线示意图完成接线。检查无误后再开启电源。2如果开启实验箱电源后，出现发现新硬件的提示，可参考教学视频，安装虚拟示波器的驱动程序。3复制范例程序到E:盘自己的文件夹中，启动Keil程序，参照教学视频，打开范例程序文件，编译并运行，然后利用示波器虚拟仪器软件，查看并记录实验波形。4完成一次波形测定后，按单片机系统板上的“复位”键，停止程序运行，然后参考教学视频，在Keil软件中，修改程序的相关参数（采样周期），重新编译运行，并观察和记录波形变化。5实验要求分别利用零阶保持器、线性插值、二次曲线插值三种方法对采样数据进行还原，（范例程序ACC1-2-1、ACC1-2-2、ACC1-2-3）每种方法的实验中分别以采样周期（10ms、50ms、200ms）对信号频率为1Hz、5Hz的正弦波信号采样。观察和比较不同的采样还原效果。6根据采样定理的知识，根据实验数据和波形，对采样信号的还原效果进行分析和说明实验波形及分析说明：0阶采样法10MS采样周期(1hz)：0阶采样法10MS采样周期(5hz)：0阶采样法50MS采样周期(1hz)：0阶采样法50MS采样周期(5hz)：0阶采样法200MS采样周期(1hz)：0阶采样法200MS采样周期(5hz)：直线插值法10MS采样周期(1hz)：直线插值法10MS采样周期(5hz)：直线插值法50MS采样周期(1hz)：直线插值法50MS采样周期(5hz)：直线插值法200MS采样周期(1hz)：直线插值法200MS采样周期(5hz)：二次曲线差值10MS采样周期(1hz)：二次曲线差值10MS采样周期(5hz)：二次曲线差值50MS采样周期(1hz)：二次曲线差值50MS采样周期(5hz)：二次曲线差值200MS采样周期(1hz)：二次曲线差值200MS采样周期(5hz)：分析：从波形图可以看出，对于零阶保持，在TK为10ms和50ms时信号还原效果较好，当为200ms时信号还原效果较差。当正弦波频率为1hz信号还原效果又比5hz的要好对于直线插值和二次曲线插值，10ms采样周期5hz的信号还原效果较好，且当采样周期大于200ms时信号失真。验证了采样定理的正确性，当Ws比2Wmax大，信号能更好的恢复，同时，采用插值法恢复信号，就可以降低对采样频率的要求。实验要求:参考实验指导书进行系统连线。运行Keil程序，调用ACC3-2-1范例程序，实现对运放单元构建的对象的控制，并完成相关实验数据和曲线的测试和记录。实验内容：连线构建系统，采用方波信号作为系统的设定值输入（方波信号周期10s）,观察系统作为随动控制系统的输出响应，了解控制器参数对控制效果的影响。（1）采用默认参数运行程序，进行控制，记录曲线及数据。（注意阅读程序源代码，找到控制器参数赋值命令）。默认参数比例系数kp=0.2，积分系数Ti=30微分系数Td=1，积分分离值Iband=32（2）取消积分分离效果（设置Iband=0x7f），进行控制，记录曲线及数据。（3）改变PID控制参数参数，进行控制，记录曲线及数据。了解PID参数变化对控制的影响a)Ti、Td取默认值，分别设置Kp=0.4，Kp=0.8，Kp=0.05，Kp=0.02。记录不同Kp值的调节效果曲线。b)Kp、Td取默认值，分别设置Ti=15，Ti=90记录不同Ti值的调节效果曲线。c)Kp、Ti取默认值，Td=5，记录调节效果曲线。实验报告内容：(1)比较有无积分分离效果时的控制效果（输出响应曲线），说明积分分离对控制效果的影响。(2)比较默认PID参数和改动的PID参数的控制效果，说明PID参数变化对系统性能的影响(3)选作部分：找到源代码中PID控制算法的部分，了解算法命令，并将算法改为增量式。实验波形及分析说明：（1）采用默认参数运行程序，进行控制，记录曲线及数据。（2）取消积分分离效果（设置Iband=0x7f），进行控制，记录曲线及数据。（3）改变参数a)Ti、Td取默认值，分别设置Kp=0.4，Kp=0.8，Kp=0.05，Kp=0.02。记录不同Kp值的调节效果曲线。Kp=0.4Kp=0.8Kp=0.05Kp=0.02b)Kp、Td取默认值，分别设置Ti=15，Ti=90记录不同Ti值的调节效果曲线。Ti=15Ti=90c）Kp、Ti取默认值，Td=5，记录调节效果曲线。分析：1)很明显，当取消积分分离效果时，超调，过度时间增大，所以积分分离将会使积分项对系统超调变大，过度时间变长的作用减轻。当误差较大时，取消积分作用，当误差较小才将积分加入。2)观察波形可知。当增大Kp时，加快了系统的响应，但过大的比例系数又会使系统有较大的超调，产生震荡。增大Ti有利于消除静差，减小超调，减小震荡，是系统更稳定。但会使系统静差消除减慢增大微分时间参数Td有利于加快系统响应，使超调减小，系统稳定性增加。同时，增大Td对扰动敏感。