计算机控制技术指导书.doc

I 机电一体化专业机械设计制造及其自动化专业计算机控制技术实验指导书机电教研室机械与材料工程学院 II 目录实验一信号的采样与保持............................................................................ 1 实验二机械手综合编程控制实验................................................................ 5 实验三 PID 控制算法在 MATLAB 中的仿真.............................................. 9 实验四采样控制系统分析.......................................................................... 13 1 实验一信号的采样与保持一、实验目的 (采样)定理 、实验设备 PC机一台, TD-ACC+ 实验系统一套, i386EX 系统板一块三、实验内容 ,实现信号通过 A/D 转换器转换成数字量送到控制计算机, 计算机再把数字量送到 D/A 转换器输出。 ,分别用直线插值法和二次曲线插值法还原信号。四、实验原理 1 .采样与保持香农(采样)定理:若对于一个具有有限频谱|ω|<ωmax 的连续信号 f(t) 进行采样,当采样频率满足ωs≥2ωmax 时,则采样函数 f*(t) 能无失真地恢复到原来的连续信号 f(t) 。ωmax 为信号的最高频率,ωs为采样频率。实验线路图:本实验中,我们将具体来验证香农定理。可设计如下的实验线路图,图中画“○”的线需用户在实验中自行接好,其它线系统已连好。 2 图2-1 上图中,控制计算机的“OUT1 ”表示 386EX 内部 1#定时器的输出端, 定时器输出的方波周期=定时器时常, “IRQ7 ”表示 386EX 内部主片 8259 的“7”号中断,用作采样中断。这里,正弦波单元的“OUT ”端输出周期性的正弦波信号,通过模数转换单元的“IN7 ”端输入,系统用定时器作为基准时钟(初始化为 10ms) ,定时采集“IN7 ”端的信号,转换结束产生采样中断,在中断服务程序中读入转换完的数字量,送到数模转换单元,在“OUT1 ”端输出相应的模拟信号。由于数模转换器有输出锁存能力,所以它具有零阶保持器的作用。采样周期 T=TK×10ms ,TK的范围为 01~ FFH ,通过修改 TK就可以灵活地改变采样周期,后面实验的采样周期设置也是如此。参考程序流程: 基于上面的实验线路,可以设计如下的参考程序流程。 3 2 .信号的还原(1) 实验原理从香农定理可知,对于信号的采集,只要选择恰当的采样周期,就不会失去信号的主要特征。在实际应用中,一般总是取实际采样频率ωs比2 ωmax 大,如: ωs≥10ωmax 。但是如果采用插值法恢复信号,就可以降低对采样频率的要求,香农定理给出了采样频率的下限,但是用不同的插值方法恢复信号需要的采样频率也不相同。直线插值法: (取ωs≥5ωmax) 利用式在点(X0,Y0) 和(X1,Y1) 之间插入点(X,Y) ,X1―X0为采样间隔,Y1―Y0分别为 X1和X0采样时刻的 AD 采样值。)( 00XXKYY???其中: 01 01XX YYK???二次曲线插值法: (取ωs≥3ωmax) : )]( )[( 12100XXKKXXYY????? 12 01 0102 02201 011,XX XX YYXX YYKXX YYK??????????????????(2) 实验线路图设计为了验证上面的原理,可以设计如下的实验线路图,图中画“○”的线需用户在实验中自行接好,其它线系统已连好。图 2-1 中,控制计算机“OUT1 ”表示 386EX 内部 1#定时器的输出端,定时器输出的方周期= 定时器时常, “IRQ7 ”表示 386EX 内部主片 8259 的7号中断,用作采样中断。里,正弦波单元的“OUT ”端输出周期性正弦波信号,通过模数单元的“IN7 ”端输入,系统用定时器作为基准时钟(初始化为 10ms) , 定时采集“IN7 ”端的信号,并通过控制机算计读取转换完后的数字量, 4 再送到数模转换单元,由“OUT1 ”端输出相应的模拟信号。采样周期 T=TK×10ms ,TK的范围为 01~FFH 。图2-3 五、实验步骤及结果 1. 采样与保持(1) 参考流程图 2-2 编写零阶保持程序,编译、链接。(2) 按照实验线路图 2-1 接线,检查无误后开启设备电源。(3) 用示波器的表