计算机控制系统实验报告
计算机控制工程实验报告
计算机控制工程实验一 实验目的 试验目的：1了解计算机控制系统的基本构成结构和掌握计算机控制系统的原理；熟悉计算机控制系统的设计过程。
2掌握控制器的设计方法；能够利用最小拍有纹波，最小拍无纹波，大林算法，数字PID 四种方法设计数字控制器。
并体会四种算法设计的不同。
比较不同控制器的设计方法的区别，在编程和仿真的过程中，学习MATLAB 软件的使用，通过Matlab 工具仿真控制效果，掌握不同控制器的特点；3 通过本实验积累在具体控制工程中分析与解决具体问题的能力，并熟悉设计控制系统的过程。
4 对仿真结果进行分析，体会不同的设计思想，加深对计算机控制系统设计的理解 二 实验任务 实验对象结构：D(z)是待设计的数字控制器，G(s)是被控对象的连续传递函数，G h (s)是零阶保持器，T 为采样周期G(s)有两种：传函G 1：()Se s G S S s G Tsh --=+=1)(,)2(2传函G 2：()Se s G S e s G Tsh S ---=+=1)(,22 T=0.5 试分别设计控制算法(D(z))使输出Y(t)能够跟踪v(t)参考输入，v （t ）有三种：1单位阶跃 2单位速度3随动信号：设输入信号包含上升、平顶和下降阶段或改用加速度信号设计4种控制器：1数字PID2大林算法3最小拍（最速跟踪） 4最小拍无纹波三 数字控制器的设计、实验设计与仿真结果 1 有纹波的最小拍控制器（1）传函G 1的最小有纹波控制器设计广义对象的Z 传递函数为：故输入阶跃信号时被控对象为G 1(s)的控制器设计对单位阶跃信号，1=q 所以，因为， 且)('1z F 的首项为1，所以有，)('1z F =1， 即则数字控制器为： 输入阶跃信号时被控对象为G 1(s)的控制器设计：)368.01)(1()717.01(184.0)2(21)(1111-------+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⋅-=z z z z s s s e Z z G Ts 11111=-===---j z N M d ，，，)()('1z F z z -=φ)()1()('11z F z z e --=φ01)(deg '1=-+=-m d z F )1()(1--=z z e φ1)(1)(-=-=z z z e φφ)717.01()368.01(43.5)()()(1)(11--+-=⋅=z z z z z G z D eφφ输入阶跃信号时被控对象为G 1(s)的仿真结果：输入速度信号时被控对象为G 1(s)的控制器设计对单位速度信号，2=q 所以，因为， 且)('1z F 的首项为1，所以有，)('1z F =1， 即则数字控制器为：输入速度信号时被控对象为G 1(s)的控制器设计:)()('1z F z z -=φ)()1()('121z F z z e --=φ01)(deg '1=-+=-m d z F 21)1()(--=z z e φ212)(1)(---=-=z z z z e φφ)717.01)(1()368.01)(5.01(86.10)()()(1)(1111----+---=⋅=z z z z z z z G z D e φφ输入速度信号时被控对象为G 1(s)的仿真结果：输入随动信号时被控对象为G 1(s)的控制器设计设计的随动信号是有单位速度信号叠加而成的，最高阶次为2，设计的控制器与单位速度信号相同。
计算机控制综合实验报告
计算机控制综合实验报告题目：双容水箱液位控制实验专业班级：电气（3）班学生姓名：方小星学生学号：20091340082指导教师：宋莹成绩：二○一二年六月十八日双容水箱液位控制实验方小星20091340082一、实验目的双容水箱液位控制的实验目的主要包括：1）掌握多容系统单回路控制的特点；2）深入了解PID 控制特点；3）深入研究P、PI 和PID 调节器的参数对系统性能的影响。
二、被控对象装置说明1整体说明计算机控制综合实验是对水箱液位进行控制的实验，其通过水箱中的压力传感器将水位的高低转换为电量的大小，再连接到西门子可编程控制器输入端，用PLC 进行控制，控制是通过组态王软件完成的，利用的是PID 算法。
2双容水箱数学建模水流入量Qi 由调节阀u 控制，流出量Qo 则由用户通过闸板开度来改变。
被调量为下水箱水位H。
分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。
直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。
(可以通过智能调节仪手动给定，或者AO 模块直接输出电流。
)调整水箱出口到一定的开度。
突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。
逻辑结构如图1所示。
图1双容水箱液位数学建模通过物料平衡推导出的公式：0,122111=−+=+rH H dtdHT R k H dt dH T u µ(1)其中R1、R2为线性化水阻。
212212122111,,R R R r R R R R F T R F T +=+==(2)那么：µµ122212221)(R rk H T dtdHT T dt H d T T =+++(3)双容水箱水位阶跃响应曲线，如图2所示：图2双容水箱液位飞升特性平衡时液位测量高度215mm，实际高度215mm -3.5mm =211.5mm。
对比单容实验，双容系统上升时间长，明显慢多了。
但是在上升末端，还是具有近似于指数上升的特点。
计算机控制系统实验报告2
江南大学物联网工程学院《计算机控制系统》实验报告实验名称实验二微分与平滑仿真实验实验时间2017.10.31专业班级姓名学号指导教师陈珺实验成绩一、实验目的与要求1、了解微分对采样噪音的灵敏响应。
2、了解平滑算法抑制噪音的作用。
3、进一步学习MATLAB 及其仿真环境SIMULINK 的使用。
二、仿真软硬件环境PC 机，MATLAB R2012b 。
三、实验原理如图微分加在正反馈输入端，计算机用D(Z)式进行微分运算。
R 为阶跃输入信号，C 为系统输出。
由于微分是正反馈，当取合适的微分时间常数时，会使系统响应加快。
若微分时间常数过大，则会影响系统稳定性。
四、D(Z)设计1、未平滑时的D(Z)用一阶差分代替微分运算：)1()()()(1--==Z TT Z X Z Y Z D D 式中T Ｄ为微分时间常数，T 为计算机采样周期。
2、平滑后的D(Z)微分平滑运算原理如图：取Y ＊(k)为四个点的微分均值，有)331(6)()()( )33(6 )5.15.05.05.1(4)( 321321221*-----------+==∴--+=-+-+-+-=Z Z Z T T Z X Z Y Z D X X X X TT X X X X X X X X T T K Y D K K K K D K K K K Dx t + ○R五、SIMULINK仿真结构图七、思考题1、微分噪音与采样噪音和采样周期T有什么关系?与微分时间常数有什么关系?2、平滑后系统输出有无改善?是否一定需要平滑?。
计算机控制技术实训报告
一、实训背景随着科学技术的不断发展，计算机技术在各个领域的应用日益广泛。
计算机控制技术作为自动化领域的重要组成部分，其研究与应用对于提高生产效率、降低成本、改善产品品质等方面具有重要意义。
为了使学生深入了解计算机控制技术，提高动手能力，本实训课程以计算机控制技术为核心，通过实际操作，使学生掌握计算机控制系统的设计、调试和实施方法。
二、实训目的1. 理解计算机控制系统的基本原理和组成；2. 掌握计算机控制系统的设计方法；3. 熟悉计算机控制系统的调试与实施；4. 培养学生团队合作精神和创新意识。
三、实训内容1. 计算机控制系统的基本组成计算机控制系统主要由以下几个部分组成：（1）被控对象：被控对象是指需要通过计算机控制系统进行控制的设备或过程。
（2）传感器：传感器用于将物理量转换为电信号，以便计算机控制系统进行处理。
（3）控制器：控制器是计算机控制系统的核心，负责接收传感器输入信号，根据预设的控制策略进行计算，并输出控制信号。
（4）执行器：执行器根据控制器输出的控制信号，实现对被控对象的调节。
（5）人机界面：人机界面用于人与计算机控制系统之间的交互，包括操作面板、显示器等。
2. 计算机控制系统的设计方法计算机控制系统的设计主要包括以下几个步骤：（1）系统分析：分析被控对象的特点和需求，确定控制目标。
（2）系统建模：根据被控对象的特点，建立数学模型。
（3）控制器设计：根据数学模型和控制目标，选择合适的控制器类型，并进行参数整定。
（4）系统仿真：在计算机上对控制系统进行仿真，验证系统性能。
（5）系统实施：根据仿真结果，对实际控制系统进行调整和优化。
3. 计算机控制系统的调试与实施计算机控制系统的调试主要包括以下几个方面：（1）硬件调试：检查硬件设备是否正常，包括传感器、控制器、执行器等。
（2）软件调试：检查控制算法是否正确，参数是否合理。
（3）系统联调：将硬件和软件结合起来，进行系统联调，验证系统性能。
计算机控制实验报告
计算机控制实验报告实验二数字PID 控制一、实验原理及算法说明：计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。
因此连续PID 控制算法不能直接使用，需要采用离散化方法。
在计算机PID 控制中，使用的是数字PID 控制器。
按模拟PID 控制算法，以一系列的采样时刻点kT 代表连续时间t ，以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，可得离散PID 位置式表达式：∑∑==--++=??--++=kj di p kj DI p Tk e k e k T j e k k e k k e k e T T j e T Tk e k k u 0)1()()()())1()(()()()(式中，D p d Ip i T k k T k k ==,，e 为误差信号，u 为控制信号。
二、实验内容：1、连续系统的数字PID 控制仿真连续系统的数字PID 控制可实现D/A 及A/D 的功能，符合数字实时控制的真实情况，计算机及DSP 的实时PID 控制都属于这种情况。
设被控对象为一个电机模型传递函数BsJss G +=21)(，式中J=0.0067,B=0.1。
输入信号为)2sin(5.0t π，采用PD 控制，其中5.0,20==d p k k 。
采用ODE45方法求解连续被控对象方程。
因为BsJss U s Y s G +==21)()()(，所以u dtdy Bdty d J=+22，另yy y y ==2,1，则??+-==/J )*u ((B /J )y y y y 12221经过编程实现的结果如下：00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82-0.8-0.6-0.4-0.20.20.40.6time(s)r i n ,y o u t00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82 -0.02-0.010.010.020.030.04time(s)e r r o r2、被控对象是一个三阶传递函数ss s 1047035.8752350023++，采用Simulink 与m 文件相结合的形式，利用ODE45方法求解连续对象方程，主程序由Simulink 模块实现，控制器由m 文件实现。
控制系统计算机辅助设计实验报告
控制系统计算机辅助设计实验报告姓名：学号：学院：自动化学院专业：自动化2013-11实验一一、实验要求：1、用matlab语言求下列系统的状态方程、传递函数、零极点增益、和部分分式形式的模型参数，并分别写出其相应的数学模型表达式：(1)(2)2、用欧拉法求下面系统的输出响应 y(t)在0≤t≤1 上，h=0.1时的数值。
y ' = -y, y(0) =1要求保留4 位小数，并将结果与真解 y(t) = e-t比较。
3、用二阶龙格库塔法求解 2 的数值解，并于欧拉法求得的结果比较。
二、实验步骤：1、求（1）的M文件如下：clear;num=[1 7 24 24];den=[1 10 35 50 24];sys=tf(num,den)[A,B,C,D]=tf2ss(num,den)[Z,P,K]=tf2zp(num,den)[R,P,H]=residue(num,den)1.1系统系数矩阵A，系统输入矩阵B，系统输出矩阵C，直接传输矩阵D分别为:所以系统的状态方程为: x(t)=A x（t）+B u（t）；y（t）=C x（t）1.2零极点增益模型：G（s）=【（s+2.7306-2.8531i）（s+2.7306+2.8531i）（s+1.5388）】/【（s+4）（s+3）（s+2）（s+1）】1.3系统零点向量Z, 极点向量P,系数H分别为：部分分式形式：G(s)=4/（s+4）-6/（s+3）+2/（s+2）+1/（s+1）2.求（2）的M文件如下：clear;a=[2.25,-5,-1.25,-0.5;2.25,-4.25,-1.25,-0.25;0.25,-0.5,-1.25,-1;1.25,-1.75,-0.25,-0.75];b=[4;2;2;0];c=[0,2,0,2];d=0;sys=ss(a,b,c,d)[num,den]=ss2tf(a,b,c,d)[Z,P,K]=ss2zp(a,b,c,d)[R,P,H]=residue(num,den)2.1传递函数模型参数：G(S)=(4 s^3 + 14 s ^2+ 22 s + 15)/(s^4 + 4 s^3 + 6.25 s ^2+ 5.25 s + 2.25)2.2 系统零点向量Z, 极点向量P,系数K分别为：零极点增益模型参数：G(s)= 【4（s+1-1.2247i ）（s+1+1.2247i）】/【(s+0.5-0.866i)( s+0.5+0.866i s+1.5)】2.3部分分式形式的模型参数：：G （s）=4/（s+1.5）-2.3094i/(s+0.5-0.866i)+2.3094i/(s+0.5+0.866i)3原理：把 f(t,y)在[tk ，yk]区间内的曲边面积用矩形面积近似代替M文件如下：cleary=1;h=0.1;j=0;for i=1:11j=j+1;a(j)=yy=y+h*(-y); endj=0;for i=0:0.1:1f=exp(-i); j=j+1;b(j)=f;endfigure(1)x=0:0.1:1;abplot(x,a,'y-*') hold onplot(x,b,'--ro')得到图形：欧拉10.90000.81000.72900.65610.59050.53140.47830.43050.38740.3487真10.0.0.0.0.0.0.0.0.0.简单。
计算机控制实验报告
实验一D/A数模转换实验一、实验目的1．掌握数模转换的基本原理。
2．熟悉12位D/A转换的方法。
二、实验仪器1．EL-AT-II型计算机控制系统实验箱一台2．PC计算机一台三、实验预习<1>、数模转换的原理：①、D/A转换器是将输入的二进制数字量转换成模拟量，以电压或电流的形式输出。
②、D/A转换器实质上是一个译码器（解码器）。
一般常用的线性D/A转换器，其输出模拟电压uo和输入数字量Dn之间成正比关系。
U REF为参考电压。
则有：u o＝DnU REF③、将输入的每一位二进制代码按其权值大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，则所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。
<2>、数模转换的转换方法：数模转换方法有多种：其中一种是对输入的数据进行补偿滤波，经补偿滤波后的数据率与补偿滤波前的数据率相同，补偿滤波后的输出信号；对该输出信号进行内插滤波及数据率上升，最后进行Ｄｅlｔａ－Ｓｉｇｍａ调制，输出单比特的数据流，对单比特的数据流进行半数字滤波，输出模拟信号；对模拟信号进行模拟低通五、实验分析从实验得出数据可以看出理论值与实测值明显有误差，其中原因主要有：量化误差，计算机本身的误差，实验箱电路产生的误差，电网电压波动，外界干扰，转换误差。
实验二A/D模数转换实验一、实验目的1．掌握模数转换的基本原理。
2．熟悉10位A/D转换的方法。
二、实验仪器1．EL-AT-II计算机控制系统实验箱一台。
2．PC计算机一台。
三、实验预习<1>、数模转换的原理：①、A/D转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通过取样、保持、量化和编码四个步骤完成。
②、模数转换(ADC)亦称模拟一数字转换，与数/模(D/A)转换相反，是将连续的模拟量（如象元的灰阶、电压、电流等）通过取样转换成离散的数字量。
<2>、模数转换方法：A/D转换器有直接转换法和间接转换法两大类。
计算机控制技术实践报告(2篇)
第1篇一、引言随着科学技术的飞速发展，计算机控制技术在各个领域得到了广泛的应用。
为了深入了解计算机控制技术的原理和应用，我们小组开展了计算机控制技术的实践研究。
本文将详细阐述实践过程中的理论分析、实验设计、结果分析及结论等内容。
二、实践目的1. 掌握计算机控制技术的原理和方法；2. 熟悉计算机控制系统的设计与实现；3. 提高动手能力和实际操作技能；4. 培养团队合作精神。
三、实践内容1. 计算机控制技术基本原理（1）计算机控制系统的组成：传感器、控制器、执行器、被控对象；（2）控制算法：PID控制、模糊控制、神经网络控制等；（3）计算机控制系统的稳定性分析：劳斯-赫尔维茨判据、奈奎斯特判据等。
2. 计算机控制系统设计与实现（1）选择合适的控制器：根据被控对象的特性，选择合适的控制算法和控制器；（2）设计控制系统：根据控制算法，设计控制系统的结构；（3）编写控制程序：使用编程语言（如C/C++、Python等）编写控制程序；（4）硬件搭建：搭建控制系统所需的硬件平台，如单片机、PLC、PLC编程软件等。
3. 实验设计与实施（1）实验目的：验证所设计的计算机控制系统的性能；（2）实验方案：根据被控对象的特点，设计实验方案，包括实验内容、实验步骤、实验数据采集等；（3）实验实施：按照实验方案进行实验，记录实验数据；（4）数据分析：对实验数据进行分析，评估控制系统的性能。
四、实践过程1. 理论学习小组成员共同学习了计算机控制技术的基本原理、控制算法、稳定性分析等相关理论知识，为后续的实践奠定了基础。
2. 系统设计与实现根据被控对象的特性，我们选择了PID控制算法作为控制策略。
在硬件平台上，我们选择了单片机作为控制器，传感器采集被控对象的信号，执行器根据控制器的指令进行动作。
编写了控制程序，实现了计算机控制系统的基本功能。
3. 实验设计与实施（1）实验内容：测试计算机控制系统的响应速度、稳定性、抗干扰能力等性能指标；（2）实验步骤：搭建实验平台，连接传感器、控制器、执行器，编写控制程序，运行实验；（3）实验数据采集：记录实验过程中的各项性能指标，如系统响应时间、稳态误差、超调量等；（4）数据分析：对实验数据进行处理和分析，评估控制系统的性能。
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南 京 理 工 大 学
动 力 工 程 学 院
实 验 报 告
实验名称
最少拍
课程名称
计算机控制技术及系统
专 业
热能与动力工程
姓名 学号
成绩 教师
任登凤
计算机控制技术及系统
一、 实验目的及内容
通过对最少拍数字控制器的设计与仿真，让自己对最少拍数字控制器有更好
的理解与认识，分清最少拍有纹波与无纹波控制系统的优缺点，熟练掌握最少拍
数字控制器的设计方法、步骤，并能灵巧地应用MATLAB平台对最少拍控制器
进行系统仿真。
（1） 设计数字调节器D(Z)，构成最少拍随动控制系统，并观察系统
的输出响应曲线；
（2） 学习最少拍有纹波系统和无纹波系统，比较两系统的控制品质。
二、实验方案
最少拍控制器的设计理论
r(t)
c(t)
e*(t)D(z)E(z)u*(t)
U(z)
H0(s)
C(z)
Gc(s)
(z)
G(z)
R(z)
图1 数字控制系统原理图
如图1 的数字离散控制系统中，GC(S)为被控对象，其中 H(S)= (1-e-TS)/S 代
表零阶保持器，D(Z)代表被设计的数字控制器，D(Z)的输入输出均为离散信号。
设计步骤:根据以上分析
1）求出广义被控对象的脉冲传递函数G(z)
2）根据输入信号类型以及被控对象G(z)特点确定参数q, d, u, v, j, m, n
3）根据2）求得参数确定)(ze和)(z
4）根据)(1)()(1)(zzzGzD求控制器D(z)
对于给定一阶惯性加积分环节，时间常数为1S，增益为10，采样周期T
为1S的对象，其传递函数为：GC(S) =10/S(S+1)。
广义传递函数：
G(z)=Z)()(sGsHc=Z)(1sGsecTs=10(1-z-1)Z)1(12ss
=3.68×)368.01)(1()717.01(1111zzzz
针对单位速度信号输入，设计
最少拍有波纹系统如下：
jv
iqiezFzzazz1
1
11
)()1)](1([)(1)(
21)1(
z
uiidzFzbzz1
2
1
)()]1([)(
222121
zfzf
结合)(1)(zze
得 21222121)1(1zzfzf
根据多项式相等，其系数相等的的性质，有1,22221ff
所以，
212)(
zzz
)(1)()(1)(zzzGzD
)1)(718.01(68.3)2)(368.01(111211zzz
zzz
)1)(718.01()368.01)(5.01(543.01111zz
zz
最少拍无波纹系统如下：
jqzFzzazzjviqie,)()1)](1([)(1)(
1
1
11
)1()1(11121zfz
wiidzFzbzz1
2
1
)()]1([)(
))(718.01(2221211zfzfz
由)(1)(zze 得 )1()1(11121zfz))(718.01(12221211zfzfz
展开有 ：
311211111)21()2(1zfzfzf32222122121718.0)718.0(1
zfzffzf
对应系数相等，得：592.011f，408.121f， 825.022f
故有 )592.01()1()(121zzze
)825.0408.1)(718.01()(211zzzz
得 )(1)()(1)(zzzGzD)1)(592.01()368.01)(5859.01(383.01111zzzz