湖南工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告.

1、<p><b>　　《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)報(bào)告</b></p><p><b>　　電氣與信息工程學(xué)院</b></p><p>　　2013年 4 月 20 日</p><p>　　實(shí)驗(yàn)一 A/D、D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)</p&g

2、t;<p>　　實(shí)驗(yàn)1.1 A/D、D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)（1）</p><p>　　1．實(shí)驗(yàn)線路原理圖：見圖1—1</p><p><b>　　圖1－1</b></p><p>　　CPU的DPCLK信號(hào)與ADC0809單元電路的CLOCK相連作為ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809芯片輸入選通地址碼A、B、C為“1”狀態(tài)，選通輸

3、入通道IN7。通過電位器W41給A/D變換器輸入-5V～+5V的模擬電壓。8253的2#口用于5ms定時(shí)輸出OUT2信號(hào)啟動(dòng)A/D變換器。由8255口A為輸入方式。A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)通過A口采入計(jì)算機(jī)，送到顯示器上顯示，并由數(shù)據(jù)總線送到D/A變換器0832的輸入端。選用CPU的地址輸入信號(hào)IOY0為片選信號(hào)()，XIOW信號(hào)為寫入信號(hào)()，D/A變換器的口地址為00H。</p><p>　　調(diào)節(jié)W41即可改變輸入電

4、壓，可從顯示器上看A/D變換器對應(yīng)輸出的數(shù)碼，同時(shí)這個(gè)數(shù)碼也是D/A變換器的輸入數(shù)碼。</p><p>　　2．A/D、D/A轉(zhuǎn)換程序流程：（見圖1—2）</p><p>　　對應(yīng)下面的流程，我們已編好了程序放在CPU的監(jiān)控中，可用U(反匯編)命令查看。而且已將所有控制程序放在光盤中，供教師參考，當(dāng)然對于學(xué)生來說，應(yīng)讓其自己編寫調(diào)試。</p><p><b&g

5、t;　　圖1－2</b></p><p><b>　　3．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟</b></p><p>　　(1)按圖1—1接線。用“短路塊”分別將U1單元中的ST與+5V短接，U4單元中的X與+5V，Z與-5V短接。其它畫“●”的線需自行連接。示波器的CH1通道接U15單元的OUT端，連接好后，接通電源。</p><p>　　(2)對U

6、15 D/A轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行調(diào)零。</p><p>　　按下實(shí)驗(yàn)箱上的復(fù)位鍵，在調(diào)試窗口中出現(xiàn)“WELCOME TO YOU”后，輸入如下（參照圖1－3）：</p><p>　　A2000 按“Enter”鍵</p><p>　　0000：2000 MOV AL，80 按“Enter”鍵</p><p>　

7、　0000：2002 OUT 00，AL 按“Enter”鍵</p><p>　　0000：2004 INT 按“Enter”鍵</p><p>　　0000：2005 按“Enter”鍵</p><p>　　G=0000：2000 按“Enter”鍵</p><p>　　

8、待輸入完成后，用U16單元電壓表毫伏檔監(jiān)測U15 D/A轉(zhuǎn)換單元OUT端電壓，調(diào)節(jié)U15單元103電位器使電壓表顯示“00”。</p><p><b>　　圖1－3</b></p><p>　　(3)將U4單元中W41輸出調(diào)至-5V，執(zhí)行監(jiān)控中的程序(G=F000：1100按“Enter”鍵)。如果程序正確執(zhí)行，將在顯示器上顯示“00”。參見圖1－4。</p&g

9、t;<p><b>　　圖1－4</b></p><p>　　(3)將W41依次調(diào)節(jié)，用U16 交/直流數(shù)字電壓表分別檢測A/D的輸入電壓和D/A的輸出電壓。觀察顯示器，記下相應(yīng)的數(shù)碼及D/A的輸出模擬電壓，填入下表1—1。</p><p>　　4．按圖1—5改接U4輸出Y至U15A/D轉(zhuǎn)換單元輸入IN7的連接，即添加一個(gè)反向放大器，其它線路同圖1—1。

10、</p><p><b>　　圖1-5</b></p><p>　　5．用U16 交/直流數(shù)字電壓表監(jiān)測A/D的輸入電壓，在OV附近連續(xù)調(diào)節(jié)A/D的輸入電壓，觀察整理化誤差和量化單位。</p><p>　　6．測出A/D輸入電壓在OV附近±5個(gè)量化單位的數(shù)值，記錄與之相對應(yīng)的數(shù)字量，如表1—2所示：</p><p&

11、gt;<b>　　表1—2</b></p><p>　　AD轉(zhuǎn)換的量化特性圖，如圖1—6所示：</p><p><b>　　圖1-6</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)1.2 A/D、D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)(2)</p><p>　　1.實(shí)驗(yàn)線路原理圖：見圖1—7</p><p>&

12、lt;b>　　圖1-7</b></p><p>　　設(shè)置8255為定時(shí)方式，OUT2信號(hào)為采樣脈沖，采樣周期5ms。8255的A口為輸入方式，用于采入數(shù)據(jù)。8255的B口為輸出方式，用于選擇控制雙路輸入輸出通道。A/D轉(zhuǎn)換單元可對多路模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這里用6、7兩路分別接入圖1—8所示信號(hào)。</p><p><b>　　圖1-8</b></p&

13、gt;<p>　　計(jì)算機(jī)控制A/D變換器分時(shí)對這兩路模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量送至D/A變換器還原成模擬量，并送至兩個(gè)采樣保持器。由8255B口分別控制兩個(gè)采樣保持器的采樣開關(guān)，以保證采樣保持器單元電路中的OUT1輸出信號(hào)與A/D轉(zhuǎn)換單元U13的IN6輸入信號(hào)一致；采樣保持器單元電路的OUT2輸出信號(hào)與A/D轉(zhuǎn)換換單元U13的IN7輸入信號(hào)一致。</p><p>　　2．程序流程：見圖1

14、—9</p><p><b>　　圖1－9</b></p><p><b>　　3．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟</b></p><p>　　(1)按圖1—7接線，其中畫“●”的線需自行連接。將U1的信號(hào)選擇開關(guān)S11放到斜波位置。用短路塊將U1的S與ST短接。置S12為T3檔，實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)W11電位器，改變信號(hào)周期。調(diào)W12使輸出信號(hào)不

15、大于5V。</p><p>　　(2)執(zhí)行程序(G=F000：1151按“Enter”鍵)。</p><p>　　(3)本實(shí)驗(yàn)選擇普通示波器，用示波器同時(shí)觀察輸入與輸出信號(hào)。如果程序正確執(zhí)行，A/D轉(zhuǎn)換單元U13的IN6輸入信號(hào)應(yīng)與U15 DA/C單元中的采樣保持輸出OUT1信號(hào)一致，參見圖1-8左圖。U13的IN7輸入信號(hào)與U15單元中的采保持輸出OUT2信號(hào)一致，參見圖1-8右圖。&l

16、t;/p><p>　　(4)在U15 DA/C轉(zhuǎn)換單元的OUT端用示波器觀察計(jì)算機(jī)分時(shí)控制的輸出波形。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)二 采樣與保持</p><p>　　實(shí)驗(yàn)2.1 采樣實(shí)驗(yàn)</p><p><b>　　1.實(shí)驗(yàn)線路原理圖</b></p><p><b>　　(1)原理：<

17、/b></p><p>　　信號(hào)發(fā)生器U1 單元的OUT端輸出拋物線信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換單元U13的IN7端輸入。計(jì)算機(jī)在采樣時(shí)刻啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換得到數(shù)字量送至教學(xué)機(jī)8255口A，口A設(shè)成輸入方式。CPU將輸入的數(shù)字量直接送到D/A轉(zhuǎn)換單元U15，在U15單元的OUT端則輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)。</p><p>　　如圖2.1—1所示，在時(shí)間τ以外，計(jì)算機(jī)輸出零至D/A并使其轉(zhuǎn)換，

18、所以τ以外輸出為零。τ的時(shí)間：10ms</p><p><b>　　圖2.1－1</b></p><p>　?。?）接線圖：見圖2.1—2。</p><p><b>　　圖2.1－2</b></p><p>　?。?）采樣周期T的設(shè)置</p><p>　　計(jì)算機(jī)用8253產(chǎn)生

19、定時(shí)中斷信號(hào)，定時(shí)10ms，并在2F60H單元存放倍數(shù)Tk可取01H～FFH，采樣周期T=Tk×10ms，所以T的范圍為10ms～2550ms，改變Tk即可以確定T。</p><p>　　2．實(shí)驗(yàn)程序流程圖：見圖2.1—3</p><p><b>　　圖2.1－3</b></p><p><b>　　3．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟<

20、;/b></p><p>　?。?）按圖2.1—2連線，其中畫“●”的線需自行連接。首先將U1 信號(hào)發(fā)生器單元中的S11置拋物線檔，S12置T3檔。用短路塊短接S與ST。</p><p>　?。?）用示波器觀察U1單元的OUT端的波形，調(diào)W12使其不高于5V，調(diào)W11使T1周期約2s。</p><p>　?。?）選定Tk=04H，將2F60H單元存入Tk值。在

21、調(diào)試窗口輸入：E2F60，按“Enter”鍵，待調(diào)試窗口顯示“0000：2F60=CC—”從鍵盤輸入04后，按“Enter”，即將Tk=04H存入2F60H單元。見下圖。</p><p>　?。?）啟動(dòng)采樣程序(在調(diào)試窗口輸入G=F000：11A2按“Enter”鍵)。</p><p>　?。?）本實(shí)驗(yàn)選用普通示波器，用示波器對照觀察U1單元的OUT端與U15單元的OUT端波形，觀察完停機(jī)

22、。</p><p>　　（6）選擇若干Tk值（可取01H～FFH），重復(fù)（3）、（4）、（5），觀察不同采樣周期T時(shí)的輸出波形。</p><p>　　（7）調(diào)節(jié)U1信號(hào)發(fā)生器單元的W11，使T1約0.3s，調(diào)W12使其不高于5V，重復(fù)步驟（3）、（4）、（5）。</p><p>　　上機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示：</p><p><b>

23、;　　周期約等于兩秒</b></p><p>　　T=04H時(shí)的采樣波形如下：</p><p>　　T=07H時(shí)的采樣波形如下：</p><p>　　T=FFH時(shí)的采樣波形如下：</p><p>　　調(diào)節(jié)U1信號(hào)發(fā)生器單元的W11，使T1約0.3s，調(diào)W12使其不高于5V的輸出波形如下所示：</p><p>

24、;　　T=04H時(shí)的輸出波形如下：</p><p>　　T=70H時(shí)的輸出波形如下：</p><p>　　T=FFH時(shí)的輸出波形如下：</p><p><b>　　4．實(shí)驗(yàn)說明</b></p><p>　　通過3中的一些實(shí)驗(yàn)步驟，大家可明顯地觀察到，當(dāng)Tk=01H～26H時(shí)，U15單元的OUT端的輸出波形為IN7的采樣波

25、形，但當(dāng)Tk再增大時(shí)，U15單元的OUT端的輸出波形將采樣失真。從這看出，似乎采樣周期T取得越小，對信號(hào)恢復(fù)越有利，一般來說，T必須滿足tA/D+t處理≤T≤T香農(nóng)/2，在此前提下，T越小越好（tA/D為A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間，t處理為計(jì)算機(jī)對信息進(jìn)行處理所用的時(shí)間）。</p><p>　　有人又問，既然A/D采樣本身具有保持功能，那是不是不管模擬量在A/D轉(zhuǎn)換時(shí)變化多大，都可不加保持器呢？不一定，因?yàn)锳/D在采樣時(shí)，對

26、模擬量的變化頻率有限制。一般在十幾Hz左右，如果信號(hào)變化太快，就會(huì)使采樣信號(hào)失真，所以必須加采樣保持器。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)2.2 保持實(shí)驗(yàn)</p><p><b>　　1．實(shí)驗(yàn)原理與線路</b></p><p><b>　　（1）原理</b></p><p>　　計(jì)算機(jī)(CPU)用8253定

27、時(shí)，在采樣時(shí)刻計(jì)算機(jī)給A/D器件啟動(dòng)信號(hào)，這時(shí)A/D器件(ADC0809)將模擬器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并通過口A輸入，計(jì)算機(jī)直接把這些數(shù)字量輸出給D/A器件，D/A器件(DAC0832)則輸出相應(yīng)的模擬量，并且一直保持到輸入新值。原理如圖2.2—1，采樣周期設(shè)置同實(shí)驗(yàn)2.1。</p><p><b>　　圖2.2－1</b></p><p>　　無零階保持器的模擬原理圖見圖2

28、.2—2。開關(guān)τ合上的時(shí)間為10ms。采樣周期同實(shí)驗(yàn)2.1。</p><p><b>　　圖2.2－2</b></p><p>　　（2）實(shí)驗(yàn)接線圖：見圖2.2—3</p><p>　　R為輸入，C為輸出。U15單元的OUT端為IN7端的離散化信號(hào)。</p><p><b>　　圖2.2－3</b>

29、</p><p>　　2．實(shí)驗(yàn)程序流程：見圖2.1—3</p><p><b>　　3．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟</b></p><p>　?。?）按圖2.2—3接線，S11置方波檔，S12置T3檔，調(diào)W12使U1單元的OUT端輸出為1V方波，調(diào)W11使輸出信號(hào)周期為5S。</p><p>　?。?）選Tk為02H，將2F60H單

30、元存入Tk值，見下圖。</p><p>　?。?）在調(diào)試窗口，啟動(dòng)采樣保持程序（G=F000：11E5按“Enter”鍵）。本實(shí)驗(yàn)選用普通示波器，用示波器對照觀察U13單元的IN7與U15單元OUT端波形，停機(jī)。</p><p>　?。?）更換Tk，重復(fù)（2）、（3）步驟。</p><p>　?。?）增大Tk，存入2F60H單元，啟動(dòng)采樣保持程序，觀察輸出C點(diǎn)波形，

31、停機(jī)。重復(fù)幾次，直至系統(tǒng)不穩(wěn)定，記下Tk值，并換算出相應(yīng)的采樣周期T，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表2.2—1中。</p><p>　　表2.2—1（T=Tk×10ms）</p><p>　　說明：當(dāng)Tk=02H時(shí)，啟動(dòng)采樣程序，此時(shí)無零階保持器，系統(tǒng)的輸出波形將失真，因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中若無零階保持器將導(dǎo)致控制不穩(wěn)定，即在采樣點(diǎn)間短暫失控，系統(tǒng)輸出波形將失真。</p><

32、;p>　?。?）在已填入表2.2—1中選取一個(gè)Tk值（不要選為01H），Tk存入2F60H單元，啟動(dòng)采樣程序（G=F000：11A2），觀察無零階保持器系統(tǒng)C點(diǎn)的輸出波形。</p><p>　?。?）減小輸入信號(hào)幅度，增大采樣周期，重復(fù)（2）、（3）步驟，觀察離散化噪音及系統(tǒng)的輸出。再將S11拔至斜波，拋物線檔，作進(jìn)一步觀察。</p><p>　　上機(jī)實(shí)驗(yàn)演示如下圖所示：</p

33、><p>　　T=02H時(shí)輸出波形如下（發(fā)生失真）：</p><p>　　將T調(diào)節(jié)為70H時(shí)的輸出波形如下：</p><p>　　實(shí)驗(yàn)三 積分分離PID控制實(shí)驗(yàn)</p><p>　　1.實(shí)驗(yàn)原理及線路簡介</p><p><b>　　(1)原理</b></p><p>　　如

34、圖4—1，R為輸入，C為輸出，計(jì)算機(jī)不斷采入誤差E，進(jìn)行積分判別與PID運(yùn)算，然后判結(jié)果是否溢出(若溢出則取最大或最小值)，最后將控制量輸送給系統(tǒng)。</p><p><b>　　圖3－1</b></p><p><b>　　(2)運(yùn)算原理</b></p><p><b>　　PID控制規(guī)律為：</b>

35、</p><p>　　U(t)=Kp[e(t)+ ]。</p><p>　　e(t)控制器輸入；U(t)為控制器輸出。用矩陣法算積分，用向后差分代替微分，采樣周期為T，算法為：</p><p>　　U(K)=Kp{E(K)+[E(K)-E(K-1)]}</p><p>　　=Kp·E(K)+[E(K)-E(K-1)]</p&g

36、t;<p><b>　　簡記為：</b></p><p>　　Uκ=P·Eκ+I+D·(Eκ-Eκ-1)</p><p>　　P、I、D范圍為：-0.9999～+0.9999，計(jì)算機(jī)分別用相鄰三個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)其BCD碼。最低字節(jié)存符號(hào)，00H為正，01H為負(fù)。中間字節(jié)存前2位小數(shù)，最高字節(jié)存末2位小數(shù)。例有系數(shù)P為0.1234，I為0.0

37、4秒，D為0，則內(nèi)存為表4-1所示。</p><p>　　地址 內(nèi)容</p><p>　　低字節(jié) 0002H 00H</p><p>　　中間字節(jié) P 0003H 12H</p><p>　　

38、高字節(jié) 0004H 34H</p><p>　　0005H 00H</p><p>　　I 0006H 04H</p><p>　　0007H 00H</p><p>

39、;　　0008H 00H</p><p>　　D 0009H 00H</p><p>　　000AH 00H</p><p><b>　　表3—1</b></p><p>　　計(jì)算機(jī)存有初始化程序，把十進(jìn)

40、制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)，每個(gè)小數(shù)用兩個(gè)字節(jié)表示。在控制計(jì)算程序中按定點(diǎn)小數(shù)進(jìn)行補(bǔ)碼運(yùn)算，對運(yùn)算結(jié)果設(shè)有溢出處理。當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出00H或FFH時(shí)則用極值00H或FFH作為計(jì)算機(jī)控制輸出，在相應(yīng)的內(nèi)存中也存入極值00H與FFH。</p><p>　　積分項(xiàng)運(yùn)算也設(shè)有溢出處理，當(dāng)積分運(yùn)算溢出時(shí)控制量輸出取極值，相應(yīng)內(nèi)存中也存入極值。計(jì)算機(jī)還用2F00H內(nèi)存單元所存的值數(shù)作為積分運(yùn)算判定值EI，誤差E有絕對值小于EI時(shí)積

41、分，大時(shí)不積分。EI的取值范圍：00H～7FH。</p><p>　　控制量Uκ輸出至D/A，范圍：00H～FFH，對應(yīng)—5V～+4.96V，誤差EI模入范圍與此相同。</p><p>　　(3)整定調(diào)節(jié)參數(shù)與系統(tǒng)開環(huán)增益</p><p>　　可用臨界比例法整定參數(shù)。設(shè)采樣周期為50ms，先去掉微分與積分作用，只保留比例控制，增大Kp，直至系統(tǒng)等幅振，記者證下振蕩周

42、期Tu和振蕩時(shí)所用比例值Kpu，按以下公式整定參數(shù)。</p><p><b>　?、僦挥帽壤{(diào)節(jié)</b></p><p>　　Kp=0.5Kpu(P=Kp=0.5Kpu)</p><p>　　②用比例、積分調(diào)節(jié)(T取Tu)</p><p>　　比例Kp=0.36Kpu(即P=Kp=0.36Kpu)</p>

43、<p>　　積分時(shí)間TI=1.05Tu(即I==0.07Kpu)</p><p>　?、塾帽壤⒎e分、微分調(diào)節(jié)(T取Tu)</p><p>　　比例Kp=0.27Kpu(即P=Kp=0.27Kpu)</p><p>　　積分時(shí)間TI=0.4Tu(即I==0.11Kpu)</p><p>　　微分時(shí)間TD=0.22Tu(即D==0.3

44、6Kpu)</p><p>　　PID系數(shù)不可過小，因?yàn)檫@會(huì)使計(jì)算機(jī)控制輸出也較小，從而使系統(tǒng)量化誤差變大，甚至有時(shí)控制器根本無輸出而形成死區(qū)。這時(shí)可將模擬電路開環(huán)增益適當(dāng)減小，而使PID系數(shù)變大。例：PID三個(gè)系數(shù)都小于0.2，模擬電路開環(huán)增益可變?yōu)镵/5，PID系數(shù)則都相應(yīng)增大5倍。另一方面PID系數(shù)不可等于1，所以整個(gè)系統(tǒng)功率增益補(bǔ)償是由模擬電路實(shí)現(xiàn)。例如若想取P=5.3，可取0.5300送入，模擬電路開環(huán)

45、增益亦相應(yīng)增大10倍。</p><p>　　(4)接線與線路原理</p><p>　　8253的OUT2定時(shí)輸出OUT2信號(hào)，經(jīng)單穩(wěn)整形，正脈沖打開采樣保持器的采樣開關(guān)，負(fù)脈沖啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　系統(tǒng)誤差信號(hào)E→U14、IN；U14、OUT→U13、IN7：采樣保持器對系統(tǒng)誤差信號(hào)進(jìn)行采樣，將采樣信號(hào)保持并輸出給A/D第7路輸入端IN7。<

46、/p><p>　　計(jì)算溢出顯示部分：圖4—2虛框內(nèi)。當(dāng)計(jì)算控制量的結(jié)果溢出時(shí)，計(jì)算機(jī)并口B的PB17輸出高電平，只要有一次以上溢出便顯示。這部分線路只為觀察溢出而設(shè)，可以不接，對于控制沒有影響。</p><p><b>　　(5)采樣周期T</b></p><p>　　計(jì)算機(jī)8253產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)，定時(shí)10ms，采樣周期T為：T=Tκ×10

47、ms</p><p>　　Tκ事先送入2F60H單元，范圍是01H～FFH，則采樣周期T的范圍為10ms～2550ms。按Tu計(jì)算出的T如果不是10ms的整數(shù)倍，可以取相近的Tκ。</p><p>　　2．實(shí)驗(yàn)程序流程：見圖4—3 主 程 序 </p><p>　　PID位置算法A口中斷程序 </p><p><b&g

48、t;　　3．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟</b></p><p>　　(1)按圖4-2接線，用短路塊將S與ST短接，S11置方波檔，S12置T3檔，調(diào)W11使信號(hào)周期為5S，調(diào)W12使信號(hào)約為3 V。</p><p>　?、?按下實(shí)驗(yàn)箱CPU單元的復(fù)位鍵，從菜單欄選擇“裝入程序”，程序存放路徑為：安裝目錄盤（如C盤）：\Teamkit\TKKL\TH4-1.EXE，如下圖</p>

49、<p>　　選擇指定程序后，會(huì)提示裝入程序地址的段地址、偏移量。</p><p>　　確定裝入程序的段地址和偏移量后，會(huì)顯示裝入程序的進(jìn)度，直到出現(xiàn)“完成”提示，即程序裝載完成。</p><p>　　②可用U命令查看反匯編程序與數(shù)據(jù),在調(diào)試窗口鍵入(U0000: 2000按“Enter”鍵)。用D命令查看程序數(shù)據(jù)段段地址為0240后的數(shù)據(jù)，在調(diào)試窗口鍵入(D0240:0000

50、按“Enter”鍵)。如下圖</p><p>　　③ 在TK（0240：0000）、EI（0240：0001）、KP、KI、KD(其中取KI=KD=0)的相應(yīng)地址中存入表4-2中的數(shù)據(jù)，P、I、D系數(shù)的內(nèi)存地址和存入方法參見表4-1的舉例。</p><p>　　注：用E命令編輯指定單元中的數(shù)據(jù)，在調(diào)試窗口輸入E0240：0000按“Enter”鍵，進(jìn)入修改數(shù)據(jù)狀態(tài)。輸入數(shù)據(jù)后可通過“空格”

51、鍵使地址向高地址方向移動(dòng)，而“-”鍵使地址向低地址方向移動(dòng)。修改完后直接按“Enter”鍵退出E命令狀態(tài)。</p><p>　?、?選用普通示波器，在調(diào)試窗口啟動(dòng)程序（G=0000:2000按“Enter”鍵），啟動(dòng)PID位置式算法程序，調(diào)電位器R可改變輸出波形,用示波器觀察輸出。</p><p>　　(2)選不同的KP，直到等幅振蕩，記下TU和KPU，TU填入表4—2上部。(或KP取0.

52、99仍不振蕩則應(yīng)增大采樣周期或增大模擬電路增益，增大增益可調(diào)整圖4—2中電位器R)</p><p>　　(3)根據(jù)臨界比例法計(jì)算P、I、D三參數(shù)，修改KP、KI、KD (若系數(shù)過大過小可配合改變模擬電路增益)，積分分離值EI取7FH存入2F00H單元，啟動(dòng)程序（G=0000:2000），用示波器測出MP、tS。</p><p>　　(4)改變積分分離值EI，啟動(dòng)程序（G=0000:2000

53、），對照輸入觀察輸出C，看MP、tS有無改善，并記錄MP、tS。</p><p>　　(5)根據(jù)P、I、D三個(gè)系數(shù)的不同的控制作用，適當(dāng)加以調(diào)整，同時(shí)可配合改變EI值，重新存入，啟動(dòng)程序（G=0000:2000），對照輸入觀察輸出，記錄MP、tS。</p><p>　　按上述方法重復(fù)做幾次，直到使MP＜20%，tS＜1S，在表3—2中填入此時(shí)的各參數(shù)和結(jié)果。</p><

54、p>　　(6)用表3—2中的最佳PID參數(shù)，但積分分離值改為7FH并存入，在輸入信號(hào)R為零時(shí)啟動(dòng)程序，將參數(shù)和結(jié)果填入表4—2中。</p><p>　　TK= 05H KPU= 0.905 TU= 0.5S </p><p><b>　　表3—2</b></p><p>　　依照實(shí)驗(yàn)示波器的輸出如下圖所示：<

55、/p><p><b>　　圖1、</b></p><p><b>　　圖2、</b></p><p><b>　　圖3、</b></p><p><b>　　圖4、</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)四 最小拍控制系統(tǒng)</p>

56、;<p>　　1.實(shí)驗(yàn)原理與線路圖</p><p><b>　　(1)原理</b></p><p>　　見圖5.1—1。R為輸入，C為輸出，計(jì)算機(jī)對誤差E定時(shí)采樣按D(Z)計(jì)算輸出控制量U(Z)。圖中K=5。</p><p><b>　　圖4.1－1</b></p><p>　　針對階

57、躍輸入進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制算法D(Z)設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　(2)D(Z)算法</b></p><p>　　采樣周期T=1S，E(Z)為計(jì)算機(jī)輸入，U(Z)為輸出，有：</p><p><b>　　D(Z)=</b></p><p><b>　　=</b></p&

58、gt;<p>　　式中Ki與Pi取值范圍：-0.9999～0.9999，計(jì)算機(jī)分別用相鄰三個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)其BCD碼。最低字節(jié)符號(hào)，00H為正，01H為負(fù)。中間字節(jié)存前2位小數(shù)，最高字節(jié)存末2位小數(shù)。例有系數(shù)0.1234，則內(nèi)存為：</p><p>　　地址 內(nèi)容</p><p>　　2F00H 00H</p><p&

59、gt;　　2F01H 12H</p><p>　　2F02H 34H</p><p>　　系數(shù)存儲(chǔ)安排如表5.1—1。</p><p><b>　　表5.1—1</b></p><p>　　0101H 010DH</p><

60、p>　　0102H K0 010EH P1</p><p>　　0103H 010FH</p><p>　　0104H 0110H</p><p>　　0105H K1 0111H P2</p><p>

61、;　　0106H 0112H</p><p>　　0107H 0113H</p><p>　　0108H K2 0114H P3</p><p>　　0109H 0115H</p><p><b>

62、　　010AH</b></p><p>　　010BH K3</p><p><b>　　010CH</b></p><p>　　將D(Z)式寫成差分方程，則有：</p><p>　　UK=K0EK+K1EK-1+K2EK-2+K3EK-3-P1UK-1-P2UK-2-P3UK-3</p>

63、<p>　　式中EK～EK-3，誤差輸入；UK～UK-3，計(jì)算機(jī)輸出。</p><p>　　計(jì)算機(jī)運(yùn)算溢出處理，當(dāng)計(jì)算機(jī)控制輸出超過00H～FFH時(shí)(對應(yīng)于模擬量-5V～+5V)，則計(jì)算機(jī)輸出相應(yīng)的極值00H或FFH，同時(shí)在相應(yīng)的內(nèi)存單元也存入極值。</p><p>　　(3)模擬電路的參數(shù)整定</p><p>　　被控對象有模擬電路，電路中所接電阻、電

64、容參數(shù)有一定誤差，所以應(yīng)加以整定，可先整定慣性環(huán)節(jié)，再整定積分環(huán)節(jié)，應(yīng)使二者串聯(lián)時(shí)盡量接近所給傳遞函數(shù)。整定方法參見注1。</p><p>　　(4)接線(如圖5.1—2所示)</p><p>　　8253 2#輸出OUT2信號(hào)，經(jīng)單穩(wěn)整形，正脈沖打開采樣保持器的采樣開關(guān)，負(fù)脈沖啟動(dòng)A/D變換器。</p><p>　　系統(tǒng)誤差信號(hào)E→U4、IN2、U14、OUT2→

65、U15、IN7：采樣保持器對系統(tǒng)誤差信號(hào)進(jìn)行采樣，將采樣信號(hào)保持并輸出給A/D第7路輸入端。</p><p>　　計(jì)算溢出顯示部分：圖5.1—2虛框內(nèi)。當(dāng)計(jì)算控制量的結(jié)果溢出時(shí)，計(jì)算機(jī)給口B的PB17輸出高電平，只要有一次以上溢出便顯示。這部分線路只為觀察溢出而設(shè)，可以不接，對于控制沒有影響。</p><p><b>　　圖4.1-2</b></p>&

66、lt;p><b>　　(5)采樣周期T</b></p><p>　　CPU的8253產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)，定時(shí)10ms，采樣周期T為：</p><p><b>　　T=TK×10ms</b></p><p>　　TK需事先送入2F60H單元，取值范圍：01H～FFH，對應(yīng)的范圍：10ms～2550ms。例如當(dāng)T=1

67、S，有：</p><p>　　TK==100=64H</p><p>　　實(shí)驗(yàn)程序流程見圖5.1—3</p><p><b>　　A口中斷程序 </b></p><p><b>　　圖4.1—3</b></p><p><b>　　3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟</b&g

68、t;</p><p>　　(1)按圖5.1—2連線，S11置方波檔，S12置下檔，調(diào)W12使U1單元的OUT端輸出為2.5V的方波，調(diào)W11約為6S。</p><p>　　裝入程序TH5-1.EXE后，可分別用U命令、D命令查看反匯編程序與數(shù)據(jù)。用E命令編輯、修改指定單元中的數(shù)據(jù)，0100F單元存入64H。具體過程可參照實(shí)驗(yàn)四的修改方法。</p><p>　　(2)

69、按要求計(jì)算D(E)各系數(shù)，送入內(nèi)存0101H～0115H單元，見上圖。具體推導(dǎo)過程見有關(guān)計(jì)算控制技術(shù)教材。（其中，K0＝0.5434、K1＝-0.7434、K2＝0.2000、K3＝0、P1＝-0.2826、P2＝-0.7174、P3＝0），Ki與Pi系數(shù)存儲(chǔ)地址參見表5.1—1。</p><p>　　(3)選用普通示波器，用示波器觀察輸入R波形，在輸入R為零時(shí)啟動(dòng)最小拍程序(G=F000:15E6按“Enter

70、”鍵)，對照階躍輸出R觀察輸出C，應(yīng)有以下波形(見圖5.1—4)，輸出經(jīng)過一拍后，在采樣點(diǎn)上跟蹤輸入誤差輸出為：</p><p>　　E(Z)=Φe(Z)R(Z)=(1-Z-1)·</p><p>　　即一拍后進(jìn)行跟蹤，偏差保持為零。</p><p><b>　　而從控制量的輸出</b></p><p>　　Y

71、(Z)=D(Z)E(Z)</p><p><b>　　=2.5×</b></p><p>　　=1.3590-1.4744Z-1+1.0571Z-2-0.7580Z-3+0.5435Z-4-0.3897Z-5</p><p>　　可見，控制量在一拍后并未進(jìn)入穩(wěn)態(tài)(常數(shù)為零)，而是在不停地波動(dòng)，從而使連續(xù)部分的輸出在采樣點(diǎn)之間存在紋波。

72、</p><p><b>　　圖4.1-4</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)5.2 最小拍無紋波設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1．實(shí)驗(yàn)原理與線路</b></p><p>　　只是D(Z)應(yīng)按無波紋設(shè)計(jì)，其余同實(shí)驗(yàn)5.1 </p><p>　　2．實(shí)驗(yàn)流程圖：見圖5.1—

73、3</p><p><b>　　3．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟</b></p><p>　　對象改為G0(S)=1/S(S+1)，所以將實(shí)驗(yàn)5.1圖5.1—2中R1改為250K。</p><p>　?、籴槍﹄A躍輸入按無紋波設(shè)計(jì)

74、 </p><p><b>　　D(Z)=<

75、;/b></p><p>　　U(Z)=D(Z)E(Z)R(Z)=(1.583-0.5824)Z-1×2.5=3.9575-1.4560Z-1</p><p>　　K0=0.9999 P1=-0.4176</p><p>　　K1=-0.3679 P2=0</p>

76、;<p>　　K2=0 P3=0</p><p><b>　　K3=0</b></p><p>　?、谡{(diào)W11使U1信號(hào)發(fā)生器單元的OUT端的方波信號(hào)輸出幅值不超過2.5V，調(diào)W12使周期為6S。</p><p>　?、蹖K=64H送入2F60H單元中，0101H～0115H單元

77、分別存入K0～K3，P1～P3。參見上面實(shí)驗(yàn)步驟。</p><p>　?、苡檬静ㄆ饔^察輸入R波形，在輸入R為零時(shí)啟動(dòng)最小拍程序(G=F000:15E6)，對照方波輸入R，觀察輸出C點(diǎn)波形，應(yīng)觀察到，系統(tǒng)從第二拍起，U(Z)恒為零。因此輸出量穩(wěn)定在穩(wěn)態(tài)值，而不余有波紋了。從控制量輸出U(Z)的表達(dá)式可看出此時(shí)前一拍的值均為＞1，所以輸出飽和，可用示波器觀察U15單元的OUT端輸出。最小拍無波紋設(shè)計(jì)，除了消除采樣點(diǎn)之