计算机控制系统指导书.doc

前言
数字计算机由于其具有强大的算术运算、逻辑判断、记忆等信息加工能力，使得它一诞生就被应用到控制领域。随着计算机科学技术的发展，使60年代控制理论得到应用，而现代控制理论的发展，又为计算机控制的发展奠定了广阔的理论基础。特别是微电子技术的发展给计算机控制提供了物质基础。现在在工业生产等领域中，计算机控制正广泛深入地的得到应用，并取得了可喜的经济效益和社会效益。
为适应当前科学技术的发展，在自动控制系统专业中开设了《计算机控制系统》这门课程，作为大学生的必修课。本套“计算机控制实验系统”就是为这门课程的教学和实验而设计的。系统采用AD/DA卡通过USB接口与计算机连接实现信号源信号的输出和系统响应信号的采集，采集后信号通过计算机显示屏显示，省去了外接信号源和示波器测量响应信号的麻烦。EL-CAT-III/IV型自动控制实验系统支持计算机控制理论课的所有实验，通过这套实验仪器可使学生进一步了解和掌握计算机控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设计方法以及控制算法的编程实现，学习和掌握系统模拟电路的构成和测试技术，提高应用计算机的能力及水平。另外，与本套实验箱配备的还有三个实际的控制对象：温控炉、直流电机、步进电机，通过对这三个对象的控制可以提高学生对实际控制对象的感性认识。
本书分为四章，第一章为EL-CAT-III/IV型实验箱硬件资源，主要介绍实验箱的硬件组成和系统单元电路。第二章为系统集成操作软件，主要介绍系统软件的安装，操作以及计算机和实验箱的通讯设置。第三章为计算机算法编程指导，主要介绍软件算法的实现方法。第四章为实验系统部分，主要介绍各个实验的电路组成，实验原理和实验步骤。另外，在附录部分有部分实验的说明和参考结果以及控制对象的原理电路图。

目录

硬件资源…………………………………………………………………………2
软软件安装及使用………………………………………………………………7
第三章实验系统部分……………………………………………………………………13
实验一D/A数模转换实验………………………………………………………………14
实验二A/D模数转换实验………………………………………………………………16
实验三数字PID控制实验………………………………………………………………18
实验四状态反馈与状态观测器实验……………………………………………………23
实验五数字滤波器实验…………………………………………………………………28
实验六大林算法实验……………………………………………………………………34
实验七炉温控制实验……………………………………………………………………38
实验八电机调速实验……………………………………………………………………43
实验九步进电机控制实验………………………………………………………………48
实验十数据采集…………………………………………………………………………50
附录一直流电机控制对象原理图…………………………………………………………51
附录二温控炉控制对象原理图……………………………………………………………52
附录三实验结果参考………………………………………………………………………53
附录四AD/DA卡调试说明…………………………………………………………………63

硬件资源

EL-CAT-III/IV型实验系统主要由计算机、AD/DA采集卡、自动控制原理实验箱、打印机（可选）组成如图1，其中计算机根据不同的实验分别起信号产生、测量、显示、系统控制和数据处理的作用，打印机主要记录各种实验数据和结果，实验箱主要构造被控模拟对象。
显示器
计算机
打印机
实验箱电路
AD/DA卡

图1实验系统构成
实验箱面板如下图：

图2EL-CAT-III型实验箱面板

图EL-CAT-IV型实验箱面板
下面主要介绍实验箱的构成：
系统电源
EL-CAT-III/IV系统采用本公司生产的高性能开关电源作为系统的工作电源，其主要技术性能指标为：
输入电压：AC220V
输出电压/电流：＋12V/0.5A,-12V/0.5A,+5V/2A
输出功率：22W
工作环境：－5℃～＋40℃。

AD/DA采集卡
AD/DA采集卡如图3采用C8051F410芯片做为主控芯片，负责数据采集和USB通信，AD采样位数为12位，采样率为100KHz。DA转换位数为12位，转换速率为10K。AD/DA采集卡有两路输出（DA1、DA2）和两路输入（AD1、AD2），其输入和输出电压均为－5V～+5V。

图3AD/DA采集卡
另外在AD/DA卡上有一个10针插座用来连接AD/DA