部分A系统篇第一章ATC2007系统系统|第二章

目录A部分系统第1章系统概述第2章部分控制技术———–实验1模数/数，数/模拟转换实验——— ———实验模拟/数字，数/模转换实验——– ———— ————-实验平滑和数字滤波实验——– ———— —实验积分分离PID控制实验————– ——-实验大林算法—— ———– ——–实验直流电机闭环调速实验———– ———-实验电烤箱闭环控制实验—— —————– Part 1 ATC2007系统第一章ATC2007系统概述一、简介《自动控制原理》是自动化教学中重要的专业基础课，自动控制、电子技术、电气技术、精密仪器意见等。

为满足高校教学需要，我公司精心设计制造了ATC2007实验系统，具有很强的开放性能和可扩展性；有实验所需的电阻、电容等元件，通过短接块和导线可以灵活方便地组合系统单元电路，可以构建各种类型和顺序的模拟环节和控制系统；独立于运算和模拟单元 可变电阻组单元具有连续齿轮，调节精度高，接线灵活，完全满足自动控制原理实验教学的要求。使用系统提供的集成操作软件ATC2007，通过PC示波器功能，可以实时、清晰地观察控制系统的各种静态和动态特性，便于对模拟控制系统特性的研究。我们用微型温控单元代替烘箱进行温控实验，通过系统中配置的直流电机、步进电机等控制对象，可以设置控制系统课程的实验。该系统还可扩展支持线性系统、最优控制、系统辨识和计算机控制等现代控制理论的仿真实验。 二、系统构成 ATC2007系统由各单元电路、8088_CPU单元和与PC机通讯的串口组成。信号源产生单元电路：U1 信号源SG 正弦波单元：U2 正弦波SIN 运算模拟单元电路：U3~U8 变频器单元：U9 状态指示单元：U10 指示灯D 电位器单元：U11P 单拍脉冲产生单元：U12 Single-脉冲 SP 非线性单元 电路：U13NC 特殊运算单元：U14-5V 发电单元：U15A 驱动单元：U16DRIVER 微型温度控制单元：U17TC 电机单元：U18MOTOR 样品架和单稳态单元 电路：U19SH 模数转换单元电路：U20ADC 数字/模拟转换单元电路：U21DAC 示波器单元：U22 可变电阻组单元：U238088_CPU 单元：U24RS485 通讯单元：U25 控制信号单元U26 第二章ATC2007 集成操作软件说明一、软件安装ATC2007 实验系统配合集成操作软件ATC2007，方便进行各种实验。

软件可以在Windows98和Windows2K下运行。 二、进入系统，打开PC微机和实验平台的电源开关，启动实验系统，双击“ATC2007计算机控制实验软件”图标进入集成环境。根据您使用的通讯端口设置“选择串行端口” – COM1 或 COM2。图3.1 集成软件操作界面三.，文件操作（File） 在图3.1所示的操作界面中，选择File菜单新建文件或打开已有文件，编辑源文件（图3.2 文件编辑操作界面）。屏幕显示： 图3.2 文件编辑操作界面 打开源文件编辑窗口（菜单会随之变化）后，可以使用菜单中提供的功能输入、修改和保存源程序。 在修改源程序的过程中，用户应先定义要修改的程序块，然后在“编辑”中使用复制（C）、剪切（T）、粘贴（P）和撤消（U）命令菜单。和其他功能。对源程序进行编辑和修改时，可以使用默认扩展名“.ASM”保存文件。 四、Assembler (Masm) 在图3.2所示界面中，选择“编译”菜单中的“Assembly”项对源文件进行汇编，系统会自动完成汇编并生成“*.OBJ”文件。并在屏幕上显示错误和警告等组装信息： 图3.3 组装信息窗口 如果组装过程中出现错误，错误信息将出现在图3.3 组装信息窗口中，用户可以对比错误信息，修改程序。

五、链接 在图3.2所示的操作界面中，选择“编译”菜单中的“链接”项连接源文件，系统会自动连接生成“* .EXE”文件。并在屏幕上显示错误、警告等连接信息：六、程序加载（Load） 程序加载需要在调试窗口的界面进行，如图3.1 集成软件操作界面或如图在3.2所示的文件编辑操作界面中，选择“窗口”-“调试”，会出现如下调试窗口： 此时会增加几个与程序调试相关的菜单项到菜单栏。选择“加载程序”，出现打开文件对话框，进入安装目录，选择刚刚连接的可执行文件，点击打开，出现地址对话框，点击确定，可执行文件通过以下方式加载到系统中由段地址和偏移量指定的位置。如下图： 七、运行程序，进入调试窗口。可以通过“Single Step”菜单项单步执行程序，也可以在调试窗口输入“G=0000:2000”全速执行程序。 0000：2000是程序加载时的段地址和偏移量。 八、程序保存 选择“程序保存”将系统内存中的程序保存到磁盘。 九.Debug（调试）电脑控制实验调试界面下的主命令A启动小汇编程序。格式为：A[segment address:][offset] 即：一个段地址，offset——由段地址组成的实际地址单元：offset填写汇编器的目标码。

Aoffset – 从由默认段地址：offset 形成的实际地址单元填充汇编程序的目标代码。 A——汇编器的目标码由默认段地址形成的实际地址单元填充：默认偏移量。需要注意的是，输入汇编语句有如下规定：(1)数字都是十六进制数字，不带H后缀。(2)[m]运算必须用W(word)或B（字节），如 MOV B[2010], AL; MOV W[2010], AX B 断点设置 Type B 在“>”提示符下，系统会提示：“[i]:” 等待你给断点地址并回车，系统会继续提示“[i+1]:”，直接回车则命令结束，系统最多允许设置10个断点，清除断点的方法只有它可以通过键入复位开关或重新上电来实现 D 显示地址单元的段中的数据，格式为 D：[[段地址：]起始地址，[结束地址]] E 编辑指定地址单元中的数据 格式为：E [段地址：偏移] 一次只能显示或修改一个字节的数据，一旦进入E命令状态，就可以移动地址o 按“空格”键的高地址方向。 “-”链将地址移动到低位地址，也可以直接填写新数据来修改地址单元的内容。如果直接使用回车键响应，会退出E命令。 G 连续运行程序。即：G[=[segment address:]offset]GB[=[segment address:]offset] 其中，G 格式表示入口由段地址:offset: 指定的程序的连续运行，无断点，GB 格式表示段地址指定入口的程序：offset 连续运行断点。

注意：断点由 B 命令设置。我从I/O口读取数据并显示其格式：I[I/O接口地址] 如：>I 0042 显示地址为0042的接口单元的内容。M个数据块移动的格式为：M 【段地址：】源起始地址、结束地址【目的段地址：】目的起始地址 执行该命令可以实现整个数据区的移动。 O 数据被发送并存储在指定的 I/O 接口地址单元中。格式为：O I/O 端口地址，数据如：>O 0098, 10 完成发送10 到地址为98 的I/O 端口。R 寄存器显示和修改格式为：R 寄存器名称可以显示和修改特定寄存器的内容。例如：>RAX 将显示 AX=XXXX。这时候，你输入回车键结束R命令。如果输入一个四位十六进制数并回车，四位数字将填入相应的寄存器。并结束 R 命令。 T单步运行指定的程序格式为：T=[[段地址：]offset] 单步运行程序的入口地址由段地址：offset指定。每次执行后，系统都会在显示屏上显示 CS、DS、IP、AX 内容。例如，T=0000:2000 表示从地址 0000:2000 单步执行命令。 U反汇编命令格式为：U[[段地址:]起始地址[,结束地址]]或者U系统提供反汇编能力，上面第一种格式可以实现从某个地址到另一个高端地址代码反汇编的连续显示介于两者之间，而后一种格式一次只能显示当前行。

十、示波器功能（Wave）进入ATC2007系统集成操作软件界面。选择“窗口”-“示波器”后，屏幕显示：用户可以根据需要选择不同的示波器功能，进入相应界面。下面介绍示波器的4个功能： a) 示波器（在时域测量信号，类似于普通示波器的功能） l．性能1) 实时显示时带宽为50HZ：显示冻结时带宽可达200​​Hz。 2)实时采样频率：10KHZ3)测量范围：±5v for ×1, ±l2v for ×5, ±2.5v<@ for ×54)通道数： 双通道。 2、界面及操作界面如图3.4。图3.4 示波器功能界面 示波器窗口由四部分组成：功能键工具栏、波形显示窗口、数据显示窗口和命令/提示栏（状态栏）。 （见图3.4）功能键工具栏显示功能键提示，当前可用的功能键以彩色显示，不可用的以灰色显示。数据显示窗口显示当前电压两个信号的值，CH1显示第一个通道，CH2显示第二个通道，第一个通道的电压值和波形显示为黄色，第二个通道显示为绿色。显示的数据乘以0.l为实际电压值（注意这里是实际电压值）×1档，拨到×5档时，实际电压要乘5，拨到×0.@ >5档，实际电压乘以0.@>5），单位为伏特。波形显示窗口显示波形曲线。命令/提示栏接收用户命令并显示提示信息.

示波器工具栏的功能（从左到右一一介绍）1、不运行程序启动示波器。适用于只需要观察波形时使用，如做自控实验时。 2、启动示波器并运行程序。适用于需要用示波器观察程序运行效果时使用，如做计算机控制实验。根据提示输入用户程序的段地址（CS）和偏移量（IP:），按OK后程序开始运行。这时可以将示波器探头连接到用户需要测量的地方，就可以观察到那个地方的波形了。 3、停止测量。示波器的采样停止，如果运行计算机控制程序，程序将终止。建议在其他窗口处于活动状态时停止示波器测量。注意：波形在终止后不保留。如果您需要将波形保留在屏幕上，您可以暂停显示。 4、暂停显示。将当前波形保留在屏幕上，便于详细观察波形。使用“←”和“→”键移动光标测量波形数据（光标显示为白线）。 CH1和CH2数据显示窗口会分别显示光标所在位置两个信号的电压值。同时，波形显示窗口左下方显示光标位置与窗口最左侧之间的时间值，单位为毫秒。如果要继续显示波形，可以使用“继续显示”功能键。暂停后，您可以使用光标测量波形，细分显示和打印波形。如果计算机控制程序运行，程序仍在运行，不会终止（与停止功能不同），示波器仍在采样，但数据不显示在屏幕上。

注意：当您选择暂停显示时，工具栏中的“Fine”功能键将被激活。如果再次点击“Fine”功能键，屏幕上的波形会重新冻结显示，可以得到更详细的波形图（实时显示无法识别的波形将通过该功能，此时AD已经停止采样，用户暂停时只能显示本屏波形），冻结显示结束后，可以用“ ”键控制光标测量波形数据，5、继续显示。用于在暂停显示后恢复示波器显示。 6、水平增加示波器的显示比例。 7、水平减小示波器显示比例。 8、垂直增加示波器的显示比例。 9、垂直减小示波器显示比例。 10、示波器显示恢复。将垂直拉伸的图形恢复为其原始显示尺寸。 11、 快速向左移动光标。暂停或细分显示时，用于移动测量光标，12、每10个单元格向左移动光标。暂停或细分时，用于将测量巡视一次移动一格。 13、向右移动光标。 14、将光标快速向右移动。 15、 详细显示波形。暂停后可用。在执行过程中，示波器窗口的标题栏会闪烁。正在接收数据，请稍候。接收到数据后，会显示波形，可以使用光标进行测量。 16、将波形左移。进行分段显示后，即可使用。 17、向右移动波形。进行分段显示后，即可使用。 18、切换波形显示和保存波形界面 19、保存CH1某一时刻的波形显示。

将弹出一个对话框，询问要保存到哪个图像。有三个选项。选择后，系统会将用户需要保存的图片保存到用户指定的图库中。 20、保存CH2某一时刻的波形，显示在用户指定的库中。 21、同时将两个波形保存到图库。 22、波形打印。暂停或分段时可用。 b) 非线性测量（电压电压关系测量功能） 三个工具按钮分别是：开始测量、清屏功能和停止测量。下面以一个典型的非线性链路为例来说明这个功能。实验内容请参考《ATC2007实验指南》中的实验5（P25）。将测量单元的CH1探头连接到Ui，CH2连接到UO。，调整U11单元的RW电位器（注意X和+5V，Z和-5V分别用短路块短接）使Y在±5V变化，Ui会在±2.55×5V之间变化，这个如果选择本实验中的一个5.1V稳压二极管（两个稳压二极管正负极串联组成双向稳压二极管）调节RW，一旦Ui超过±5.时为lV，双向稳压二极管将被限制在±5.lV。注：图中CH1和CH2显示的值×0.@>l为电压值。如果CH1和CH2在测量单元 乘以 5 时，一格代表 5V，乘以 1 时，一格代表 1V。 c) 频率特性分析 本实验中，我们使用 ATC2007 中的 U21 DAC 单元系统提供频率和幅度均可调参考正弦信号源作为被测对象的输入信号，ATC2007系统中测量单元的CH1通道用于观察被测对象的输出，正弦选择具有不同角频率和幅度的信号源作为对象的输入。可以测量对象的相应输出并在PC屏幕上显示。我们可以根据实测数据正确地描述物体的幅频和相频特性图。

具体实验步骤如下： (1) 将U21 DAC单元的OUT端连接到物体的输入端。 （2)将测量单元的CH1（必须设置为乘法）连接到物体的输出端子。（3)断开U1 SG单元的ST和S端子，连接ST端子用扁平电缆将其连接到8088_CPU单元中的PB0。（因为每次测量前都要将物体归零，所以ST是物体锁零控制端。这里我们使用8255的PB0端口来控制ST程序。 ) ( 4)在PC上输入相应的角频率，用“+”和“-”键选择合适的幅度。按ENTER键后，输入的角频率开始闪烁，并且测量完成会停止计算机控制系统z变换，屏幕会显示 显示被测物体的输出和信号源，移动光标得到对应的幅值和相位。（5)如果需要重新测试，按“N”键，系统将清除当前测试结果，等待输入新的角频率并准备开始下一次调试。 (6)根据在不同频率和幅度的信号源作用下，系统误差e(t)和反馈c(t)的测量幅度，相对于信号源的相位角差，用户可以自己画出闭环系统的开环幅频和相频曲线，在烘箱温控实验中，需要显示反馈和给定值，为了使显示值与界面匹配，请进入86示波器界面，使用该界面下的“启动示波器并运行程序”功能。

在86示波器界面中，除了示波器功能中显示的刻度值与示波器界面中显示的刻度值不同外，其他功能和使用方法完全相同。对于时间刻度值，由于采样周期不同，存在如下关系：实际时间（秒）=（采样周期×实际刻度值）/20 烘箱温度控制范围为室温∽250℃，不宜过大高的。即SPEC的给定值范围约为l4H（20℃）-FAH（250℃）。在示例程序中，SPEC=64H 为 100°C。 TS=64H，由于8253 OUT2连接IRQ6为10ms，采样周期=64H×10=1s；如果实际刻度值=5400，则实际响应时间（秒）=(1×5400）/20=270s。温控响应时间长，一屏无法完整观察整个响应过程。每增加一屏，实际刻度值要累加6000，电机转速范围在6转66转之间，转速太低受阻力影响，比较不稳定，最高转速不超过4300转即给定值（SPEC）的范围大约是06H-42H，在示例程序中，给定的SPEC=30H为48转，TS=l4H，因为8253的OUT2接IRQ6，中断为1ms，采样周期=14H×1=0.@>02s 如果实际刻度值=900，则实际响应时间（秒）=(0.@>02×900）/20= 0.@>9s.第二部分计算机控制技术实验实验一模/数、数/模转换实验（1)1.实验电路原理图：se e 图1-1 图1-1 A/D、D/A转换实验（1）电路图 8088CPU的OPCLK信号接ADC0809单元电路的CLOCK作为ADC0809的时钟信号。

ADC0809芯片输入选通地址码A、B、C为“1”状态，选通输入通道IN7。通过电位器RW1将-5V到+5V的模拟电压输入A/D转换器。 8253的2#端口用于5ms定时输出OUT2信号，启动A/D转换器。 8255端口A为输入法。 A/D转换后的数据通过A口采集到计算机，送显示器显示，通过数据总线送到D/A转换器0832的输入端。 8088CPU的地址输入信号IOY0被选为片选信号（CS），XIOW信号为写信号（WR），D/A转换器的端口地址为00H。通过调节RW1可以改变输入电压，从显示屏上可以看到对应的A/D转换器的输出编号，这个数字也是D/A转换器的输入编号。 2.A/D、D/A转换程序流程：（见图1-2）对应如下流程，程序已经编译保存在8088的监控中，U（反汇编）可以用命令检查。 图1-2 A/D转换主程序流程图3.实验内容及步骤（1)按图1-1接线。用“短接块”接ST in U1 SG单元分别与+5V引脚短接；U11 P单元中的X与+5V短接，Z与-5V短接，其他标有“●”的线需要自己接.连接完成后，请仔细检查，然后打开电源。（2）每次实验前必须调零。操作步骤如下：打开实验软件ATC2007，进入调试窗口，在“>”提示符下，输入 A2000，启动小程序集，然后输入以下语句： > 0000:2000 MOV AL, 80> 0000:2002 OUT 00, AL> 0000:2004 INT> 0000:2005 > G=0000:2000 此时，调试窗口中会显示各个寄存器的当前状态（2004, 0000, …）。

将万用表转到毫伏级，测量U21单元OUT端电压，调节DAC0832芯片右侧蓝色微调电阻，直到电压显示0mv。 （如果不能调到绝对0mv计算机控制系统z变换，可以调到0.@>5mv以下的正电压，但一定不能是负电压）（3)把RW1的输出调到-5V，和在调试窗口执行程序：> G=F000: 1100 观察调试窗口是否显示数字“00”（或略大于00），如果没有，从以下几个方面检查：输入是否为-5V；是否电路是否正确；调零是否准确；程序是否执行。（4)依次调整RW1电位器，用数字电压表检测A/D的输入电压和输出电压D/A 分别，观察调试窗口显示的数字，记下对应的转换值和 D/A 的输出模拟电压，填写下表 1-1. 表中的模拟输入电压以实际输入电压为准 表 1-1 A/D、D/A 实验（1）模拟输入电压结果（V）D isplay digital(H) 模拟输出电压(V)-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5 实验二模/数，数/模转换实验(2） 1.实验电路原理图：见图2-1 图2-1 A/D、D/A转换实验（2）电路图设置8255为时序模式，OUT2信号为采样脉冲，采样周期5ms。 8255的A口为输入方式，用于采集数据。 8255的B口为输出模式，用于选择和控制双输入输出通道。

A/D转换单元可以转换多路模拟量。这里，6、7 的两个通道用于访问图 2-2 所示的信号。图 2-2 输入信号 计算机控制 A/D 转换器对两个模拟信号分时进行 A/D 转换。将转换后的数字量送至D/A转换器恢复模拟量，并送至两个样品架。 8255 B口分别控制两个采样器的采样开关，保证U21单元采样器电路中的OUT1输出信号与A/D转换单元U20的IN6输入信号一致；采样保持器电路的OUT2输出信号与A/D转换单元U20的IN7输入信号相同。 2.程序流程：见图2-3和图2-3主程序及中断处理程序流程图3.实验中及步骤（1)按图2-1接线. 连接信号源单元（U1 SG）的信号选择开关S11置于斜坡位置，信号源（U1 SG）的微型引脚S与ST短接（ST应与+断开5V) 短接块。将S12设置为down ，调整W11和W12，使IN6、IN7的输入波形接近图2-2的要求。(2)执行程序： G=F000:1151.(3)用示波器观察并记录以下三组波形：U21单元的IN6输入与OUT1输出的比较波形；IN7输入与U21单元的比较波形U21单元中OUT2输出；滤波实验1.实验原理及电路（1)原理①图3-1 图3-1数字滤波原理图）通过U20输入，然后进行数字滤波，保留正弦信号，去除干扰，最后送到U21成为模拟C输出。

(2)模拟带尖脉冲干扰的正弦信号，用RC电路对U1单元的555输出方波（S端）进行微分，将此差分信号视为干扰，再用U2的SIN单元产生两个信号叠加，如图3-2。注意R点的波形不要超过±5V，避免数字溢出。（3)滤波器的计算需要设计一个等效数字滤波器，由a组成 近似公式可以通过阶差法得到（注1）其中，Xk：输入，Yk输出。上式中a的取值范围：0.@> 00～0.@>99. 1-a、a的值分别存放在地址2F00H和2F03H中。存放方法：在调试窗口中使用E[address]命令修改指定的内容地址。假设a=0.@>95，这个值应该保存在2F03H地址中。> E 2F03↙> 0000:2F03 = CC_95↙ 启动后对应onding 程序，将 BCD 码“95”转换为二进制十进制，然后按公式进行定点十进制运算。 8253获取采样信号，8253定时5ms，采样周期T为：msTk需要存放在2F60H地址，取值范围：01H~FFH，T对应范围：5ms~1275ms。 1-a,a,Tk的存储区域如表3-1所示。表 3 -1 变量 1-aaTk 的值存放在地址 2F00H2F03H2F60H 注 1：理论推导公式为，与实验所用公式近似。 （5)接线图如图3-2所示，图中1点接的是正弦波信号，2点是干扰信号。

图3-2数字滤波器电路图2.实验程序流程：见图3-3 图3-3一阶惯性数字滤波器程序流程图3.实验内容及步骤（一）按照图3-2接线，调整U1信号源单元中的W11，使S端方波周期约为0.@>2s；调节U2单元的电位器输出一个周期为1s、幅度为3V的正弦信号；调整图3-2电路图中1、2端对应的电位器，使R端的波形满足图3-1所示输入信号的要求。 (2) The values ​​of 1-a, a, and Tk are stored in 2F00H, 2F03H, and 2F60H. (3) Start the first-order inertial digital filtering program G=F000:1411 Use an oscilloscope to observe the waveforms of the input end R and the output end C, analyze the filtering effect and write down the sine attenuation ratio and the interference attenuation ratio. (4) Change l-a, a, Tk, repeat the steps (3), and fill in the experimental results in Table 3-2. Table 3-2 The experimental results of the first-order inertial filter TkT(ms)1-aa sine amplitude before and after filtering Value ratio before and after filtering Interference amplitude ratio waveform comparison diagram before and after filtering ①0159505②0150595③06300595 Experiment 4 Integral separation PID control experiment For output, the computer continuously takes in the error E, performs integral judgment and PID operation, and then judges whether the result overflows (if it overflows, take the maximum or minimum value), and finally sends the control amount to the system. Figure 4-1 Integral separation PID control principle Figure (2)Operation principle The PID control law is:.

e(t) is the controller input: U(t) is the controller output. Use the matrix method to calculate the integral, use the backward difference to replace the differential, the sampling period is T, the algorithm is: abbreviated as: P, I, D The range is: -0.@>9999～＋0.@>9999, computer The BCD codes are stored in three adjacent bytes respectively. The lowest byte stores the sign, 00H is positive, 01H is negative. The middle byte stores the first 2 decimal places, and the highest byte stores the last 2 decimal places. If the proportional coefficient P is 0.@>9050, I is 0, and D is 0, the memory is shown in Table 4-1.表4-1 PID实验各参变量地址分配表参变量地址内容Tk0240：000005HEI0240：00017FHP0240：000200H0240：000390H0240：000450HI0240：000500H0240：000600H0240：000700HD0240：000800H0240：000900H0240：000A00H计算机存有初始化程序，把十进制小数转换成Binary decimal, each decimal is represented by two bytes. In the control calculation program, the complement operation is performed according to fixed-point decimals, and overflow processing is performed on the operation result. When the operation result exceeds 00H or FFH, the extreme value 00H or FFH is used as the computer control output, and the extreme value 00H and FFH are also stored in the corresponding memory. The integral term operation is also provided with overflow processing. When the integral operation overflows, the output of the control quantity takes the extreme value, and the extreme value is also stored in the corresponding memory.

The computer also uses the value stored in the 0240:0001H memory unit as the integral operation judgment value EI. When the absolute value of the error E is less than EI, it is integrated, and it is not integrated when it is larger. The value range of EI: 00H to 7FH. The control value Uk is output to D/A, the range: 00H~FFH, corresponding to -5V~+4.96V, the error E mode input range is the same. (3)The tuning parameters and the system open-loop gain can be tuned by the critical proportional band method. Set the sampling period to 50ms, first remove the differential and integral effects, only keep the proportional control, increase Kp until the system vibrates with equal amplitude, record For the lower oscillation period Tu and the proportional value Kpu used in oscillation, adjust the parameters according to the following formulas. ①Adjust the proportional Kp=0.@>5Kpu only by proportional (P=Kp=0.@>5Kpu) ②Adjust by proportional and integral (T takes TU) Proportion Kp=0.@>36Kpu (ie P=Kp=0.@>36Kpu) Integration time TI=1.05TU (ie I==0.@>07Kpu) ③ Use proportional integral and differential adjustment (T takes TU) Proportional Kp=0.@>27Kpu (ie P=Kp=0.@>27Kpu) Integral time TI=0.@>4Tu (ie I==0.11KPU) Differential time TD=0.@>22TU (ie D==0.@>36KPU) The PID coefficient should not be too small, because it will make the computer control output smaller, so that the system quantization error will change In this case, the open-loop gain of the analog circuit can be appropriately reduced to make the PID coefficient larger.

Example: The three coefficients of PID are all less than 0.@>2, the open-loop gain of the analog circuit can be changed to K/5, and the PID coefficients are increased by 5 times accordingly. On the other hand, the PID coefficient cannot be equal to 1, so the whole system power gain compensation is realized by the analog circuit. For example, if you want to take P=5.3, you can take 0.@>5300 and input it, and the open-loop gain of the analog circuit will be increased by 10 times accordingly. (4)Wiring and circuit principle. Figure 4-2 Integral separation PID control experimental circuit diagram OUT2 of 8253 outputs the OUT2 signal regularly, after monostable shaping, the positive pulse turns on the sampling switch of the sample holder, and the negative pulse starts the A/ D converter. System error signal E→U19 unit IN2; U19 unit OUT2→U20 unit IN7; the sample holder samples the system error signal, holds and outputs the sampled signal to the seventh input terminal IN7 of the A/D. Calculation overflow Display part: in the virtual box in Figure 4-2. When the result of calculating the control value overflows, the PB7 of the parallel port B of the computer outputs a high level, and it will be displayed as long as there is more than one overflow. This part of the circuit is only set up to observe the overflow. It has no effect on control. (5)Sampling period T The computer 8253 generates a timing signal, the timing is 10ms, the sampling period T is: T=Tk×10msTk is sent to the 0240:0000H unit in advance, and the range is 01H~FFH, then The sampling period T ranges from 10ms to 2550ms. If T calculated by TU is not an integer multiple of 10ms, a similar Tk can be taken. 2.Experimental program flow: see Figure 4-3 Figure 4-3 PID control experiment Main program and interrupt program flow3.Experiment content and steps (1) Wiring as shown in Figure 4-2, use a short-circuit block to short-circuit S and ST in the U1 unit (ST should be disconnected from +5V), and S11 is set For square wave, set S12 to 200ms-14s, adjust W11 to make the square wave signal period 6S, and adjust W12 to make the square wave amplitude about 3V.

(2)Use the “Load Program” command in the menu to load ATC4-l.EXE in the debug window, and use the “E[address]” command to start from 0240:0000 to store TK, EI, KP , KI, KD, refer to Table 4-1 for the initial value and address assignment of each parameter. After all are stored, you can use the following code to display the stored data in the debug window for checking: > D0240:0000 After the data is checked correctly, Start the PID position algorithm program and observe the output with an oscilloscope. > G=0000:2000(3) Observe whether the response output at this time is equal amplitude oscillation, if not, adjust the potentiometer R in Figure 4-2, Make the output oscillating with constant amplitude. Tk=05H during constant amplitude oscillation, sampling period T=5X10ms=50ms, the P coefficient value at this time is recorded as KPU=0.@>9050. (4)According to the critical ratio The three parameters P, I and D are calculated by the band method. After the calculation, the P, I and D parameters in the “I” row in Table 4-2 can be obtained. Use the E command to store the three parameter values ​​in the corresponding address and start the PID position. Enter the formula algorithm program, observe the input R and output signal C waveforms, measure MP and ts, and record the results in Table 4-2. (5) Modify the integral separation value EI (7FH) to 30H, restart the algorithm program, and observe the input R and output signal C waveform to see if MP and ts are improved, and record MP and ts. (6)According to the different control functions of the three PID coefficients, adjust them appropriately to get the better PID in Table 4-2 Parameter values, re-store, start the algorithm program, observe the input R and output signal C waveforms, record MP, ts.

(7)Use the best PID parameters in Table 4-2, but change the integral separation value to 7FH and save it, start the algorithm program, observe the input R and output signal C waveforms, and record MP and ts. Table 4-2 Experimental Results EIPIDMpTs(s) Waveform Proportional Control 7F0.@>905000 Constant Amplitude Oscillation I Setting Parameters by Critical Proportional Method 7F0.@>24430.@>09960.@>3240II Use I column PID parameters, but modify EI 300.@>24430.@>09960.@>3240III Better PID parameters 300.@>22430.@>04960.@ >4240IV uses better PID parameters, but EI is 7F7F0.@>22430.@>04960.@>4240 Experiment Wudalin algorithm experiment5.1 Dalin algorithm1. experiment Circuit principle (1)As shown in Figure5.1-1, the pure lag link is realized by controlling the sample-and-hold so that the output of the sample-and-hold lags the D/A output by one beat. Figure5.1-1 sampling period T=0.@>2S, Dalin’s design goal is set as: where τ=0.@>1S. (2)D(Z) algorithm computer input is E( Z), the output is U(Z), there are: the value range of K1 and P1 in the formula: -0.@>9999～＋0.@>9999, the computer stores its BCD code with an adjacent byte respectively.最低字节存符号，00H为正，01H负。中间字节存前2位小数，最高字节存末2位小数。例有一系数－0.@>4321，则内存为：地址内容2F00H01H2F01H43H2F02H21H程序运行时转换为二进制模2定点小数。

注意D(Z)中缺项相当于系数为零，应在相应内存三字节全存入00H。系数存储安排如表5.1-1。表5.1-1K0P1K1P2K2P3K3 将D(Z)式写成差分方程，则有：Uk＝K0Ek＋K1Ek－l＋K2Ek－2＋K2Ek－2－P1Uk－1－P2Uk－2－P3Uk－3式中:Ek～Ek－3误差输入，Uk～Uk－3计算机输出。计算机运算没有溢出处理，当计算机控制输出超过00H～FFH时（对应于模拟量－5V～＋5V），则计算机输出相应的极值00H或FFH，同时在相应的内存单元存入极值。(3)采样周期T计算机用8253产生定时信号，定时10ms，采样周期T为：T＝Tk×10ms Tk需事先送入2F60H单元。范围：01H～FFH，对应T的范围：10ms～2550ms，实验取T＝0.@>2×10，Tk＝20＝14H。(4)接线：见图5.1-2U19 SH：采样保持单元。U21、OUT→U19、IN2：D/A输出接至第二路采样保持器输入。U26单元PB14→U19的PU2：计算机给采样保持器的控制信号，使采样保持器的输出滞后一拍。 图5.1-22.程序流程：见图5.1-3图5.1-33.实验内容及步骤(1)根据设计要求，确定计算机的D(Z)各个系数。

D(Z)＝(0.@>48－0.@>3936Z－l)/(l－0.@>1350Z－1－0.@>8650Z－2 ) K0＝0.@>4800，Kl＝0.@>3936，K2＝0，K3＝0，P1＝0.@>1350，P2＝0.@>8650，P3＝0 S11置阶跃档，S12置下档，调W11使U1单元的OUT端的输出波形为2.5V方波，调W12为6S。装入程序，用U2000查看数据段段地址为0243，由于程序中前256个数据为存数缓冲，修改数据时应从0243：0100地址开始，在此地址下依次存入Tk值(14H)和K0～K3、P1～P3运行程序G＝0000：2000，对照输入R观察输出C的波形。 S12置斜坡档，调W12使U1单元的OUT端不高于5V，运行程序观察输入C，了解大林算法对斜坡输入的响应特性。从示波器上观察到系统输出不能完全跟踪输入，产生了稳态误差。因此实验中D(Z)设计是针对阶跃输入信号的，当改变输入信号为斜坡，而D(Z)的设计方法仍按阶跃设计，那么系统将不能完全跟踪输入，以致产生稳态误差。也就是说，针对一种典型输入函数设计的闭环脉冲传函，用于次数较低的输入函数时，系统将会出现较大的超调，响应时间也会增加，用于次数较高的输入函数时，系统将不能完立跟踪输入，以至产生稳态误差。

实验六 直流电机闭环调速实验 l.实验原理及接线 图6-1 直流电机闭环调速实验原理图 图6-2 直流电机闭环调速实验接线图ATC2007系统的8255 PB0 脉冲信号为控制量，经驱动电路驱动电机运转。霍尔测速元件输出的脉冲信号记录电机转速构成反馈量，在参数给定情况下，经PID运算，电机可在控制量作用下，按给定转速闭环运转。其中OPCLK为1.1625MHz时钟信号，经8253的2号通道分频输出lms的方波，接入8259产生IRQ6中断，作为系统采样时钟；PB0产生PMW脉冲计时及转速累加，8259的IRQ7中断用于测量电机转速。 ⒉、流程图图6-3 电机闭环调速实验主程序流程图图6-4 电机闭环调速中断程序流程图3.实验内容及步骤(l)按图6-2接线；(2)在调试窗口装入EXP1.EXE文件。可用D0259：0000命令可查看到数据段中所放TS、SPEC、IBAND、KPP等参数值（对于双字节DW，低位在前）已按顺序排好。用E0259：0000命令可从TS第一个数据开始修改这些值，按空格继续修改下一个值，按减号修改上一个值，按回车确认并停止修改。例:D0239：0000（回车）可看到：0259：0000 l4 30 00 60 00 60 10 100259：0008 00 20 00 XX XX XX XX XX上例中各参数值分别为：TS＝14H，SPEC＝0030H，IBAND＝0060HKPP＝1060H，KII＝0010H，KDD＝0020H(3)打开“86专用示波器”功能，启动示波器，按默认的段地址和偏移量运行程序。

(4)观察示波器上给定转速与反馈转速的波形，分析其响应特性，改变参数Iband、KPP、KII、KDD的值后再观察其响应特性，选择一组较好的控制参数并记录下来。 表6-2 直流电机闭环控制实验结果IBANDKPPKIIKDDMpTs(s)波形1 例程中的参数0060H1060H0010H0020H2 去掉IBAND0000H1060H0010H0020H3 自测一组较好参数4.实验程序参数（部分）表6-2 实验程序参数（部分）表14 参 数 项 目