精密测控技术与系统 实验指导书(最后版)

《精密测控技术与系统》

实验指导书

靳斌编

西华大学

电气信息学院测控系

二00五年八月编

前言

《精密测控技术与系统》是测控专业本科生的一门专业课，学习本课程的目的在于地将前3年多所学知识，如数电、模电、c语言、单片机、传感器、自动控制等门知识系统化的总结和应用，目的是使本科生学会系统化地学会应用这些知识，并且学会设计测控系统，尤其是精密测控系统。由于各行各业自动化程度提高对测控技术工程师的需求不断增加，同时对测控工程师的设计能力、分析能力、实际动手能力要求越来越高。

《精密测控技术与系统》作为微机系统系列课程的总结性课程，其实验教学尤为重要，针对本学院的实际情况和教学目的，编写了本课程的实验指导书。

由于这门课程是第一次开设，实验项目选取包括硬件、软件、数据分析，因为测控专业的本科生在学习本课程时，也在学习《智能仪器》课程，因此软件仿真平台采用《智能仪器》采用的KEIL C。

实验中分别介绍了分立式FV变换，噪声滤除，回归分析，自动控制算法仿真，RS232

在实验中，要求学生在读懂电路、参考程序的前提下，动脑动手，编写程序，在原硬件线路基础上实现新的功能。学生在完成每个实验中，要求记录实验过程。在完成每个实验后，要求分析实验方法和结果，并要求总结出实验的心得体会。

在编写本书的过程中得到了电气信息学院领导的大力支持，同时也得到了测控系同事们的帮助和关心，在此表示衷心地感谢!

编者

2005.8.2

目录

第一部分精密测控技术与系统实验指导书 (4)

实验一：分立式VF变换器建立和数据记录 (4)

实验二：分立元件VF变换器数据处理实验 (6)

实验三：PID算法作用于一阶惯性对象的数值仿真实验 (9)

实验四：分立式VF变换器的电路模拟 (12)

第二部分实验报告 (14)

实验报告(实验 1 ) (15)

实验报告(实验 2 ) (21)

实验报告(实验 3 ) (24)

实验报告(实验 4 ) (29)

第一部分“精密测控技术与系统”

实验指导书

实验一：分立式VF变换器建立和数据记录

一、实验目的：

1、明白为什么用VF变换器。

2、掌握用实验板搭建实验单元电路的方法。

3、明白分立式VF变换器的原理。

4、采用不同频率的输入信号，记录分立式VF变换器的电压输出。

二、实验仪器设备：

使用万用表，YB1624功率信浩发生器，示波器，电阻，电容，三极管等。

三、实验内容及步骤：

1、按照图1.1在插线板上建立分立式FV变换器。

2、对照图仔细1.1插线板插线是否正确，在老师确定后才可接通电源。

3、把输入端信号发生器，选用TTL档，可调节信号频率输出，并用示波器

观察波形。

4、电源电压选在5V，用万用表测量电压。

5、改变频率输入（从50Hz开始，每次增加20Hz），用万用表测量电压并

记录。

四、电路原理图：

图1.1 分立式VF变换器原理图

五、实验结果（实验数据）：

1、电路连接成功，向老师显示电路。

2、改变输入的信号频率，测量输出端电压，并记录，至少30组数据。

3、在坐标纸绘制输入信号频率和输出电压的的关系曲线。

思考题：

1、测量二极管的导通压降，三极管CE之间的饱和压降，分析它们对频率-电压

特性的影响，用什么型号的二极管、三极管FV变换特性最好？

2、C1、C2、R1的取值，对FV变换特性有什么影响？

实验报告：

参见实验报告内容进行。

实验二：分立元件VF 变换器数据处理实验

一、实验目的：

掌握VF 变换器的实验数据的处理方法，用线性回归法，判断其线性度。

掌握KEIL C 编程和uV ersion 的调试技术，掌握线性回归的编程方法。

二、实验原理：

设定线形方程为：x b b y 10+= (1)

0次系数 11

1

0)/()/(b N x N y b N

i i N

i i ∑∑==-= (2)

1次系数 N

x x N

x y y x

b N

i i N

i i N i N

i i N

i i y i

/)()(/))((2

1

12

1

1

1

1∑∑∑∑∑=====--=

(3)

线性相关系数 ∑∑∑===----=

N

i N

i i

i

N

i i i

y y

x x

y y x x

1

1

2

2

1)

()

()

)((γ (4)

三、实验仪器设备：

KAIL C 软件 和 PC 机。

四、实验内容及步骤：

1、打开uVersin 2开发编程环境和调试环境，COPY HELLO 目录进行修改程序。

2、按照(2),(3),(4)式，编制程序，计算b0，b1，r 。

3、并且把计算的b0，b1代入(1)式，计算测量的输出电压与计算的输出电压的误差。

五、示例源程序

#include /* special function register declarations */

/* for the intended 8051 derivative */

#include /* prototype declarations for I/O functions */ #include "math.h"

#ifdef MONITOR51 /* Debugging with Monitor-51 needs */

char code reserve [3] _at_ 0x23; /* space for serial interrupt if */

#endif /* Stop Exection with Serial Intr. */

/* is enabled */

/*------------------------------------------------

The main C function. Program execution starts

here after stack initialization.

------------------------------------------------*/

float b0,b1,Gama,ThiGema;

void main (void)

{

float X[32],Y[32],Error[32];

int i,j;

float xmean=0,ymean=0; //x输入数据频率均值,y 电压输出均值

float x2mean=0,y2mean=0; //平方的均值

float xy_sum=0;

int N=9;

float temp1=0,temp2=0,temp3=0;