计算机控制实验指导书模板

实验一 采样控制系统的分析

一、 实验目的

2. 熟悉用LF398组成的采样控制系统;

3. 经过本实验进一步理解香农定理和零阶保持器ZOH 的原理及其实现方法;

3. 研究采样周期T 的变化对系统采样效果的影响; 二、 实验设备

1．THBDC-1型 控制理论·计算机控制技术实验平台

2．THBXD 数据采集卡一块(含37芯通信线、 16芯排线和USB 电缆线各1根)

3．PC 机1台(含软件”THBDC-1”) 三、 实验原理

1. 采样定理

图1-1为信号的采样与恢复的方框图, 图中X(t)是t 的连续信号, 经采样开关采样后, 变为离散信号)(*t x 。

图1-1 连续信号的采样与恢复

香农采样定理证明要使被采样后的离散信号X *(t)能不失真地恢复原有的连续信号X(t), 其充分条件为:

max 2ωω≥S (1-1) 式中S ω为采样的角频率, max ω为连续信号的最高角频率。由于

T

S πω2=

, 因而式(1-1)可写为

m ax

ωπ

≤T (1-2) T 为采样周期。 四、 实验步骤

1. 零阶保持器

本实验采用”采样-保持器”组件LF398, 它具有将连续信号离散后的零阶保持器输出信号的功能。图1-2为采样-保持电路( 模块U3) 。图中MC14538为单稳态电路, 改变输入方波信号的周期, 即改变采样周期T 。

图1-2 采样保持电路

图中方波信号由实验台的低频信号发生器提供。

接好”采样保持电路”的电源。用上位软件的”信号发生器”输出一个频率为5Hz 、 幅值为2V 的正弦信号输入到”采样保持电路”的信号输入端。在下列几种情况下用示波器观察”采样保持电路”的信号输出端信号波形的变化。

1.1 当方波(采样产生)信号为100 Hz 时; 1.2 当方波(采样产生)信号为50 Hz 时; 1.3 当方波(采样产生)信号为10Hz 时; 注: 方波的幅值要尽可能大。

六、实验报告要求

1. 按图1-2所示的方框图画出相应的模拟电路图;

2. 研究采样周期T的变化对采样结果的响应。

实验二A/D与D/A转换( 选作)

一、实验目的

1．经过实验了解实验系统的结构与使用方法;

2．经过实验了解模拟量通道中模数转换与数模转换的实现方法。

二、实验设备

同前。

三、实验内容

1．输入一定值的电压, 测取模数转换的特性, 并分析之;

2．在上位机输入一十进制代码, 完成通道的数模转换实验。

四、实验步骤

1. 启动实验台的”电源总开关”, 打开±5、±15V电源。将”阶跃信号发生器”单元输出端连接到”数据采集接口单元”的”AD1”通道,同时将采集接口单元的”DA1”输出端连接到接口单元的”AD2”输入端;

2、将”阶跃信号发生器”的输入电压调节为1V;

3. 启动计算机, 在桌面双击图标”THBDC-1”软件, 在打开的软件界面上点击”开始采集”按钮;

4. 点击软件”系统”菜单下的”AD/DA实验”, 在AD/DA实验界面上点击”开始”按钮, 观测采集卡上AD转换器的转换结果, 在输入电压为1V(能够使用面板上的直流数字电压表进行测量)时应为01(共14位, 其中后几位将处于实时刷新状态)。调节阶跃信号的大小, 然后继续观察AD转换器的转换结果, 并与理论值(详见本实验附录)进行比较;

5. 根据DA转换器的转换规律(详见实验附录), 在DA部分的编辑框中输入一个十进制数据( 如2457, 其范围为0～4095) , 然后虚拟示波器上观测DA转换值的大小;

6 实验结束后, 关闭脚本编辑器窗口, 退出实验软件。

五、附录

1．数据采集卡

本实验台采用了THBXD数据采集卡。它是一种基于USB总线的数据采集卡, 卡上装有14Bit分辨率的A/D转换器和12Bit分辨率的D/A转换器, 其转换器的输入量程均为±10V、输出量程均为±5V。该采集卡为用户提供4路模拟量输入通道和2路模拟量输出通道。其主要特点有:

1) 支持USB1.1协议, 真正实现即插即用

2) 400KHz14位A/D转换器, 经过率为350K, 12位D/A转换器, 建立时间10μs

3) 4通道模拟量输入和2通道模拟量输出

4) 8k深度的FIFO保证数据的完整性

5) 8路开关量输入, 8路开关量输出 2. AD/DA 转换原理

数据采集卡采用”THBXD ”USB 卡, 该卡在进行A/D 转换实验时, 输入电压与二进制的对应关系为: -10～10V 对应为0～16383(A/D 转换为14位)。其中0V 为8192。其主要数据格式如下表所示(采用双极性模拟输入):

而DA 转换时的数据转换关系为: -5～5V 对应为0～4095(D/A 转换为12位), 其数据格式(双极性电压输出时)为:

3．编程实现测试信号的产生

利用上位机的”脚本编程器”可编程实现各种典型信号的产生, 如正弦信号, 方波信号, 斜坡信号, 抛物线信号等。其函数表示式分别为:

1) 正弦信号

)sin(ϕω+=t A y , ω

π

2=T

2) 方波