《计算机控制》

实验讲义

中国石油大学(华东)信息与控制工程学院

2012年9月

实验目录

实验一 基于研华ADAM模块的数据采集

实验二 数字PID控制器的设计与调试

实验三 最小拍控制器的设计

实验四 组态软件学习与系统设计

实验一 基于研华ADAM模块的数据采集

一、实验目的

掌握研华ADAM4117和ADAM4024数据采集模块的使用方法

使用Matlab 软件编制数据采集程序

二、实验设备

研华数据采集模块ADAM4117， ADAM4024，Matlab软件，计算机控制实验箱，计算机，信号线

三、实验内容

在计算机控制实验箱上搭建二阶电路，模拟双容水箱系统，使用研华ADAM模块完成输入输出数据的采集。

选择合适的电阻电容，参考如下电路结构图，在计算机控制实验箱上搭建二阶被控对象，使得其被控对象传递函数为

建议数值：R1=200kΩ，R2=200kΩ,C1=1μＦ，R4=300kΩ, R5=500kΩ，C2=1μＦ.

在Matlab软件下编程，完成基于研华ADAM4117的数据采集，读取放大器的输出信号。

在Matlab软件下编程，完成基于研华ADAM4024的数据通讯，实现控制信号的输出。

使用Matlab软件中的Timer控件实现数据的实时采集和显示

四、实验要求

1、了解数据采集模块中A/D、D/A转换的原理

2、分析ADAM4117、ADAM4024模块的结构和性能指标，并掌握该模块与PC机的硬件连接方式，能够使用测试软件ADAM- Utility测试模块的通讯性能。

3、掌握Matlab软件平台下的串口通讯编程方法

五、参考资料

1. 《ADAM-4117 快速入门指南.pdf 》

2. 《ADAM-4204 快速入门手册.pdf 》

3．《Matlab串口通讯简介.pdf 》

实验二 数字PID控制器的设计与调试

一、实验目的

1.熟悉数字PID控制器的实现算法

2.深入了解PID参数对系统控制效果的影响

二、实验设备

计算机控制实验箱、研华数据采集卡、Matlab软件、计算机

三、实验内容：

1. 在实验一基础上编制PID数字控制器， 实现闭环控制。

进行PID参数的整定分析：

取消积分和微分作用，分析比例系数数对系统控制性能的影响

保持比例系数不变，分析积分作用对系统控制性能的影响

保持比例系数和积分时间不变，分析微分作用对控制系统性能的影响

运用所学的PID参数整定方法，确定一组控制性能良好的PID参数

四、实验要求

1. 实验过程中要记录实验曲线，标注控制系统输出的性能指标

2. 总结PID参数对控制系统性能的影响

3. 分析理论结果与实验结果的差异，如有误差分析原因。

实验三 最小拍控制器的设计

一.实验目的：

1. 熟悉最小拍控制器原理，理解最小拍控制器的设计方法，

2.了解史密斯预估控制器的设计方法

二.实验设备：

Matlab软件、计算机

三.实验内容：

内容1：某二阶采样系统结构图如图所示

(1)当T=2，τ=0时，通过SIMULINK仿真分析K和采样周期Ts对系统性能的影响。

(2)当T=2，Ts=1，K=10，τ=0时，求取单位速度输入时的最小拍控制器，并使用SIMULINK进行仿真，说明最小拍控制的结果。

(3)当T=2，Ts=1，K=10，τ=2，对象输出存在纯滞后环节时，求取单位速度输入时的最小拍控制器，并使用SIMULINK进行仿真。

(4)当T=2，Ts=1，K=10, τ=2时，求取单位速度输入时的无纹波最小拍控制器，并使用SIMULINK进行仿真，说明最小拍控制的结果。

内容2：

某一阶控制系统被控对象传递函数为，设计史密斯预估控制器，并分析与常规PID控制效果有何不同。

四．实验要求

1.掌握最少拍控制器的设计原理

2.通过实验曲线分析最小拍控制器的特点。

实验四、组态软件学习与系统设计

一、实验目的

1.了解国内外组态软件的发展情况

2. 以国内组态软件组态王为例，熟悉组态软件的操作过程和使用方法。

3. 以二阶电路(双容水箱)作为被控对象，KingView软件作为上位机监控软件，完成一个简单计算机控制系统

二、实验设备

组态王6.53软件(试用版)，计算机，研华ADAM4117,4024智能模块，计算机控制实验箱

三、实验内容

1.学习使用组态王6.53，掌握基本的组态方法。

组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。它基于Microsoft Windows XP/NT/2000 操