计算机控制实验指导书模板.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
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。

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:
(1-1)
式中为采样的角频率, 为连续信号的最高角频率。由于, 因而式(1-1)可写为
(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):
输入
AD原始码(二进制)
AD原始码(十六进制)
求补后的码(十进制)
正满度
01 1111 1111 1111
1FFF
16383
正满度－1LSB
01 1111 1111 1110
1FFE
16382
中间值( 零点)
00 0000 0000 0000
0000
8192
负满度+1LSB
10 0000 0000 0001

1
负满度
10 0000 0000 0000

0
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:
输入
D/A数据编码
正满度
1111 1111 1111
正满度－1LSB
1111 1111 1110
中间值( 零点)
1000 0000 0000
负满度+1LSB
0000 0000 0001
负满度
0000 0000 0000
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
,
2) 方波

3) 斜坡信号
, a为常量

4) 抛物线信号
, a为常量
这里以抛物线信号为例进行编程, 其具体程序如下:
dim tx,op,a ‘初始化函数
sub Initialize(arg) ‘初始化函数
WriteData 0 ,1 ‘对采集卡的输出端口DA1进行初始化
tx=0 ‘对变量初始化
end sub
sub TakeOneStep (arg) ‘算法运行函数
a=1
op=0.5*a*tx*tx ‘0.1为时间步长
tx=tx+0.1
if op>3 then ‘波形限幅
tx=0
end if
WriteData op ,1 ‘数据从采集卡的DA1端口输出
end sub
sub Finalize (arg) ‘退出函数
WriteData 0 ,1
end sub
经过改变变量tx、 a的值可改变抛物线的上升斜率。
其它典型信号的编程请参考”THBDC-1”安装目录下的”计算机控制算法VBS\基本波形”目录内参考示例程序。

实验三 数字滤波器
一、 实验目的
1．经过实验熟悉数字滤波器的实现方法;
2．研究滤波器参数的变化对滤波性能的影响。
二、 实验设备
同前。
三、 实验内容
1．设计一个带尖脉冲( 频率可变) 干扰信号和正弦信号输入的模拟加法电路;
2．设计并调试一阶数字滤波器;
3．设计并调试高阶数字滤波器。
四、 实验原理
1．在许多信息处理过程中, 如对信号的滤波, 检测, 预测等都要广泛地用到滤波器。数字滤波器是数字信号处理中广泛使用的一种线性环节, 它从本质上说是将一组输入的数字序列经过一定规则的运算后转变为另一组希望输出的数字序列。一般能够用两种方法来实现: 一种是用数字硬件来实现; 另一种是用计算机的软件编程来实现。
一个数字滤波器, 它所表示的运算可用差分方程来表示:

2．一阶数字滤波器及其数字化
一阶数字滤波器的传递函数为
利用一阶差分法离散化, 能够得到一阶数字滤波器的算法:

其中TS为采样周期, 为滤波器的时间常数。TS和应根据信号的频谱来选择。
3．高阶数字滤波器
高阶数字滤波器算法很多, 这里只给出一种加权平均算法:

其中权系数满足: 。同样, 也根据信号的频谱来选择。
五、 实验步骤
1、 实验接线及准备
1.1启动计算机, 在桌面双击图标THBDC-1, 运行实验软件;
1.2启动实验台的”电源总开关”, 打开±5、 ±15V电源。将低频函数信号发生器单元输出端连接到采集卡的”AD1”通道,并选择方波输出。在虚拟示波器观测方波信号的频率和幅值, 然后调节信号发生器中的”频率调节”和”幅度调节”电位器, 使方波信号的频率和幅值分别为4Hz, 2V。然后断开与采集卡的连接, 将低频函数信号发生器单元输出端连接到”脉冲产生电路”单元输入端, 产生一个尖脉冲信号Uo;
1.3按图2-2连接电路, 其中正弦信号来自数据采集卡的”DA1”输出端, 尖脉冲信号来自U1单元的输出端。图2-2的输出端与数据采集卡的”AD1”输入端相连, 同时将数据采集卡的”DA2”输出端与”AD2”输入端相连;
2、 脚本程序运行
2.1点击软件工具栏上的 ”” 按钮(脚本编程器), 打开脚本编辑器窗口;
2.2在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击”打开”按钮, 并在”计算机控制算法VBS\计算机控制技术基础算法”文件夹下选中”数字滤波”脚本程序并打开, 阅读、 理解该程序, 然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下”步长设置”, 将脚本算法的运行步长设为10ms;
2.3点击脚本编辑器窗口的调试菜单下”启动”, 用双踪示波器分别观察图2-2的输出端和数据采集卡输出端”DA2”的波形。调节信号发生器中的”频率调节”电位器, 改变方波信号的频率(即尖脉冲干扰信号的频率)。观察数据滤波器的滤波效果;
2.4点击脚本编辑器的调试菜单下”停止”, 修改算法程序中的参数Ts(注: 修改Ts时要同步修改算法的运行步长)、 Ti两个参数, 然后再运行该程序, 在示波器上再次观察参数变化对滤波效果的影响;
2.5对于高阶数字滤波器的算法编程实验, 请参考本实验步骤2.2、 2.3和2.4。不同的是打开的脚本程序文件名为”数字滤波( 高阶) ”, 实验时程序可修改的参数为a1、 a2、 a3和采样时间Ts。
2.6 实验结束后, 关闭脚本编辑器窗口, 退出实验软件
六、 实验报告要求
1．画出尖脉冲干扰信号的产生电路图。
2．编写一阶数字滤波器的脚本程序。
3．绘制加数字滤波器前、 后的输出波形, 并分析程序中参数的变化对其滤波效果的影响。
七、 附 录
1．尖脉冲干扰信号产生的模拟电路图

图3-1 尖脉冲产生电路
经过改变方波信号的频率, 即可改变尖脉冲的频率。
2．实验电路的信号的产生
把图3-1产生的尖脉冲信号视为干扰信号, 与一低频正弦信号( 由上位机的”脚本编辑器”编程输出) 输入到图2-2所示的两个输入端。

图3-2 测试信号的产生电路图
3．一阶数字滤波器的程序编写与调试示例
dim pv,op1,op2,Ts,t,opx,x,Ti ‘变量定义
sub Initialize(arg) ‘初始化函数
WriteData 0 ,1
opx=0
end sub
sub TakeOneStep (arg) ‘算法运行函数
pv = ReadData(1) ‘采集卡通道1的测量值
op1=2*sin(x) ‘正弦信号的产生
x=x+0.1
Ti=0.02
Ts=0.01 ‘采样时间10ms
op2=Ts/Ti*pv+(1-Ts/Ti)*opx ‘一阶数字滤波器的输出
opx=op2
if op2>=4.9 then
op2=4.9
end if
if op2<=-4.9 then
op2=-4.9
end if
WriteData op1 ,1 ‘正弦信号从DA1端口输出
WriteData op2 ,2 ‘滤波后的信号从DA2端口输出
end sub
sub Finalize (arg) ‘退出函数
WriteData 0 ,1
WriteData 0 ,2
end sub
高阶数字滤波器的编程请参考”THBDC-1”安装目录下的”计算机控制算法VBS\计算机控制技术基础算法”目录内参考示例程序。

实验四 离散化方法研究( 设计型)
一、 实验目的
1．学习并掌握数字控制器的设计方法; 熟悉模拟控制器D(S)离散为数字控制器的原理与方法;
2．经过数模混合实验, 对D(S)的多种离散化方法作比较研究, 并对D(S)离散化前后闭环系统的性能进行比较, 以加深对计算机控制系统的理解。
二、 实验设备
同前
三、 实验内容
1．按连续系统的要求, 照图4-1的方案设计一个与被控对象串联的模拟控制器D(S), 并用示波器观测系统的动态特性。
2．利用实验平台, 设计一个数－模混合仿真的计算机控制系统, 并利用D(S)离散化后所编写的程序对系统进行控制。
3．研究采样周期TS变化时, 不同离散化的方法对闭环控制系统性能的影响。
4．对上述连续系统和计算机控制系统的动态性能作比较研究。

图4-1 二阶对象的方框图
四、 实验步骤
自定

实验五 数字PID调节器算法的研究( 综合型)
一、 实验目的
1．学习并熟悉常规的数字PID控制算法的原理;
2．学习并熟悉积分分离PID控制算法的原理;
3．掌握具有数字PID调节器控制系统的实验和调节器参数的整定方法。
二、 实验设备
同前
三、 实验内容
1．利用本实验平台, 设计并构成一个用于混合仿真实验的计算机闭环实时控制系统;
2．采用常规的PI和PID调节器, 构成计算机闭环系统, 并对调节器的参数进行整定, 使之具有满意的动态性能;
3．对系统采用积分分离PID控制, 并整定调节器的参数。
四、 实验步骤
1、 实验接线
1.1按图5-1和图5-2连接一个二阶被控对象闭环控制系统的电路;
1.2该电路的输出与数据采集卡的输入端AD1相连, 电路的输入与数据采集卡的输出端DA1相连;
1.3待检查电路接线无误后, 打开实验平台的电源总开关, 并将锁零单元的锁零按钮处于”解锁”状态。
2、 脚本程序运行
2.1启动计算机, 在桌面双击图标”THBDC-1”, 运行实验软件;
2.2顺序点击虚拟示波器界面上的””按钮和工具栏上的 ”” 按钮(脚本编程器);
2.3在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击”打开”按钮, 并在”计算机控制算法VBS\计算机控制技术基础算法\数字PID调器算法”文件夹下选中”位置式PID”脚本程序并打开, 阅读、 理解该程序, 然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下”步长设置”, 将脚本算法的运行步长设为100ms;
2.4点击脚本编辑器窗口的调试菜单下”启动”; 用虚拟示波器观察图4-2输出端的响应曲线;
2.5点击脚本编辑器的调试菜单下”停止”, 利用扩充响应曲线法( 参考本实验附录4) 整定PID控制器的P、 I、 D及系统采样时间Ts等参数, 然后再运行。在整定过程中注意观察参数的变化对系统动态性能的影响;
2.6 参考步骤2.4、 2.4和2.5, 用同样的方法分别运行增量式PID和积分分离PID脚本程序, 并整定PID控制器的P、 I、 D及系统采样时间Ts等参数, 然后观察参数的变化对系统动态性能的影响。另外在积分分离PID程序运行过程中, 注意不同的分离阈值tem对系统动态性能的影响;
2.7 实验结束后, 关闭脚本编辑器窗口, 退出实验软件。
六、 实验报告要求
1．绘出实验中二阶被控对象在各种不同的PID控制下的响应曲线。
2．编写积分分离PID控制算法的脚本程序。
3．分析常规PID控制算法与积分分离PID控制算法在实验中的控制效果。
七、 附录
1．被控对象的模拟与计算机闭环控制系统的构成

图5-1 数-模混合控制系统的方框图
图中信号的离散化经过数据采集卡的采样开关来实现。
被控对象的传递函数为:

它的模拟电路图如下图所示

图5-2 被控二阶对象的模拟电路图
2．位置式PID数字控制器程序的编写与调试示例
dim pv,sv,ei,K,Ti,Td,q0,q1,q2,mx,pvx,op ‘变量定义
sub Initialize(arg) ‘初始化函数
WriteData 0 ,1
mx=0
pvx=0
end sub
sub TakeOneStep (arg) ‘算法运行函数
pv = ReadData(1) ‘采集卡AD1通道的测量值
sv=2 ‘给定值
K=0.8 ‘比例系数P
Ti=5 ‘积分时间常数I
Td=0 ‘微分时间常数D
Ts=0.1 ‘采集周期
ei=sv-pv ‘控制偏差
q0=K*ei ‘比例项
if Ti=0 then
mx=0
q1=0
else
mx=K*Ts*ei/Ti ‘当前积分项
end if
q2=K*Td*(pvx-pv)/Ts ‘'微分项
q1=q1+mx
if q1>4.9 then ‘积分限幅, 以防积分饱和
q1=4.9
end if
if q1<-4.9 then
q1=-4.9
end if
pvx=pv ‘pvx为测量值的前项
op=q0+q1+q2 ‘PID控制器的输出
if op<=-4.9 then ‘输出值限幅
op=-4.9
end if
if op>=4.9 then
op=4.9
end if
WriteData op ,1 ‘输出值给DA1通道
end sub
sub Finalize (arg) ‘退出函数
WriteData 0 ,1
end sub
位置式PID、 积分分离PID控制算法的编程请参考”THBDC-1”安装目录下的”计算机控制算法VBS\计算机控制技术基础算法\数字PID调器算法”目录内参考示例程序。

实验六 串级控制算法的研究( 选作)
一、 实验目的
1．熟悉串级控制系统的原理, 结构特点;
2．熟悉并掌握串级控制系统两个控制器参数的整定方法。
二、 实验设备
同前。
三、 实验内容
1．设计一个具有二阶被控对象的串级控制系统, 并完成数-模混合仿真。
2．学习用逐步逼近法整定串级控制系统所包含的内, 外两环中PI控制器的参数。
四、 实验原理
计算机串级控制系统的原理方框图如图6-1所示:

图6-1 串级控制系统方框图
图中信号的离散化是经过数据采集卡的采样开关来实现的, D1(Z)、 D2(Z)是由计算机实现的数字调节器, 而其控制规律用得较多的一般是PID调节规律。
五、 实验步骤
1、 实验接线
1.1根据图5-1与5-2, 连接一个二阶被控对象闭环控制系统的模拟电路;
1.2用导线将图5-2的”u1”输出点与数据采集卡的输入端”AD1”相连, ”u2”输出点与数据采集卡的输入端”AD2”相连, 该电路的输入端则与数据采集卡的输出端”DA1”相连;
1.3待检查电路接线无误后, 打开实验平台的电源总开关, 并将锁零单元的锁零按钮处于”解锁”状态。
2、 脚本程序运行
2.1启动计算机, 在桌面双击图标”THBDC-1”, 运行实验软件;
2.2顺序点击虚拟示波器界面上的””按钮和工具栏上的 ”” 按钮(脚本编程器);
2.3在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击”打开”按钮, 并在”计算机控制算法VBS\计算机控制技术基础算法”文件夹下选中”串级控制”脚本程序并打开, 阅读、 理解该程序, 然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下”步长设置”, 将脚本算法的运行步长设为100ms;
2.4点击脚本编辑器窗口的调试菜单下”启动”; 用虚拟示波器观察图5-2中u1 、 u2输出端各自的响应曲线。然后用逐步逼近法( 参考本实验附录3的参数整定) 整定串级控制系统的主调节器和副调节器相应的P、 I、 D参数。在整定过程中, 注意观察参数的变化对系统动态性能的影响;
2.5 将串级控制的脚本程序语句”WriteData op1 ,1”中的op1(加副控制器时)输出改为op(不加副控制器时)输出, 然后重复操作步骤2.4, 并比较加副控制器前后被控参数的控制效果;
2.6 实验结束后, 关闭脚本编辑器窗口, 退出实验软件。
六、 实验报告要求
1．绘出实验中二阶被控对象的模拟电路图;
2．根据串级控制器的算法编写脚本程序;
3．绘制实验中被控对象的输出波形。

实验七 最少拍控制算法研究( 选作)
一、 实验目的
1．学习并熟悉最少拍控制器的设计和算法;
2．研究最少拍控制系统输出采样点间纹波的形成;
3．熟悉最少拍无纹波控制系统控制器的设计和实现方法。
二、 实验设备
同前
三、 实验内容
1．设计并实现具有一个积分环节的二阶系统的最少拍控制。
2．设计并实现具有一个积分环节的二阶系统的最少拍无纹波控制, 并经过混合仿真实验, 观察该闭环控制系统输出采样点间纹波的消除。
四、 实验原理
见课本相关章节。
五、 实验步骤
1、 实验接线
1.1根据图7-1连接一个积分环节和一个惯性环节组成的二阶被控对象的模拟电路;
1.2用导线将该电路的输出端与数据采集卡的输入端”AD1”相连, 电路的输入端与数据采集卡的输出端”DA1”相连, 数据采集卡的输出端”DA2”与输入端”AD2”相连;
1.3待检查电路接线无误后, 打开实验平台的电源总开关, 并将锁零单元的锁零按钮处于”解锁”状态。
2、 脚本程序运行
2.1启动计算机, 在桌面双击图标”THBDC-1”, 运行实验软件;
2.2点击虚拟示波器界面上的””按钮对二阶被控对象的电路进行测试, 分别测取惯性环节的放大系数、 时间常数以及积分环节的积分时间常数;
2.3打开工具栏上的 ”” 按钮(脚本编程器); 在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击”打开”按钮, 并在”计算机控制算法VBS\计算机控制技术基础算法”文件夹下选中”最少拍算法(有纹波)”脚本程序并打开, 阅读、 理解该程序, 然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下”步长设置”, 将脚本算法的运行步长设为200ms;
2.4点击脚本编辑器窗口的调试菜单下”启动”; 用虚拟示波器观察图7-1输出端与采集卡的输出端”DA2”的实验波形;
2.5点击脚本编辑器的调试菜单下”停止”, 同时在窗口上点击”打开”按钮, 在”计算机控制算法VBS\计算机控制技术基础算法”文件夹下选中”最少拍算法(无纹波)”脚本程序并打开, 阅读、 理解该程序, 然后在”脚本编辑器”窗口上点击”启动”按钮, 用示波器观察图7-1输出端与采集卡的输出端”DA2”的实验波形;
2.6 实验结束后, 关闭脚本编辑器窗口, 退出实验软件。
六、 实验报告要求
1．画出二阶被控对象的电路图。
2．根据最少拍有纹波控制的算法编写脚本程序。
3．绘制最少拍有纹波、 无纹波控制时系统输出响应曲线, 并分析之。
七、 附录
1．被控对象模拟与计算机闭环控制系统的构成
实验系统被控对象的传递函数为:

其模拟电路图为:

图7-2 二阶被控对象的模拟电路图
其中: R1=200K, R2=100K, R3=100K, C1=10uF, C2=10uF
计算机控制系统的方框图为

图7-3 最少拍计算机控制原理方框图
最少拍控制的效果对被控对象的参数变化非常敏感, 实验中必须测取模拟对象的实际参数。
最少拍无纹波控制算法的编程请参考”THBDC-1”安装目录下的”计算机控制算法VBS\计算机控制技术基础算法”目录内参考示例程序。

实验八 具有纯滞后系统的大林控制( 设计型)
一、 实验目的
1．了解大林控制算法的基本原理;
2．掌握用于具有纯滞后对象的大林控制算法及其在控制系统中的应用。
二、 实验设备
同前。
三、 实验内容
1．具有纯滞后一阶惯性环节大林算法的实现。
2．具有纯滞后二阶惯性环节大林算法的实现。
3．在实验中观察振铃现象并研究其消除方法。
四、 实验原理
略。
五、 实验步骤
自己设计。
六、 实验报告要求
1．画出一阶被控对象的电路图。
2．根据大林控制算法编写脚本程序。
3．画出大林算法控制时系统的输出响应曲线, 并分析之。
4．分析纯滞后时间的增大对系统稳定性的影响。
五、 附录
1．带纯滞后一阶惯性对象的算法
设对象的传递函数为:
,
上式中, 滞后环节由上位机软件模拟, 为滞后时间, 这里取, T为采样周期。对象的其它部分由如下电路来模拟:

图8-1 一阶被控对象的模拟电路图
这里K=10, Tm=1。
2．相应计算机控制系统的方框图为

图8-2 计算机控制系统方框图

实验九 单闭环直流调速系统( 综合型)
一、 实验目的
1．掌握用PID控制规律的直流调速系统的调试方法;
2．了解PWM调制、 直流电机驱动电路的工作原理。
二、 实验设备
同前。
三、 实验原理
直流电机在应用中有多种控制方式, 在直流电机的调速控制系统中, 主要采用电枢电压控制电机的转速与方向。
功率放大器是电机调速系统中的重要部件, 它的性能及价格对系统都有重要的影响。过去的功率放大器是采用磁放大器、 交磁放大机或可控硅( 晶闸管) 。现在基本上采用晶体管功率放大器。PWM功率放大器与线性功率放大器相比, 有功耗低、 效率高, 有利于克服直流电机的静摩擦等优点。
PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理:
1．PWM的工作原理: 图9-1 PWM的控制电路

上图所示为SG3525为核心的控制电路, SG3525是美国Silicon General公司生产的专用
PWM控制集成芯片, 其内部电路结构及各引脚如图9-2所示, 它采用恒频脉宽调制控制方案, 其内部包含有精密基准源、 锯齿波振荡器、 误差放大器、 比较器、 分频器和保护电路等。调节Ur的大小, 在A、 B两端可输出两个幅度相等、 频率相等、 相位相互错开180度、 占空比可调的矩形波( 即PWM信号) 。它适用于各开关电源、 斩波器的控制。
2．功放电路
直流电机PWM输出的信号一般比较小, 不能直接去驱动直流电机, 它必须经过功放后再接到直流电机的两端。该实验装置中采用直流15V的直流电压功放电路驱动。
3．反馈接口
在直流电机控制系统中, 在直流电机的轴上贴有一块小磁钢, 电机转动带动磁钢转动。磁钢的下面中有一个霍尔元件, 当磁钢转到时霍尔元件感应输出。
4．直流电机控制系统如图9-3所示, 由霍耳传感器将电机的速度转换成电信号, 经数据采集卡变换成数字量后送到计算机与给定值比较, 所得的差值按照一定的规律( 一般为PID) 运算, 然后经数据采集卡输出控制量, 供执行器来控制电机的转速和方向。

图9-2 SG3525内部结构

图9-3 直流电机控制系统
四、 实验步骤
1、 实验接线
1.1 用导线将直流电机单元24V的”+” 输入端接到直流稳压电源24V的”+”端;
1.2 用导线将直流电机单元0～5V的”+”输入端接到数据采集卡的”DA1”的输出端, 同时将UO的”+”(霍耳输出)输出端接到数据采集卡的”AD1”处;
1.3打开实验平台的电源总开关。
2、 脚本程序运行
2.1启动计算机, 在桌面双击图标”THBDC-1”, 运行实验软件。
2.2 顺序点击虚拟示波器界面上的””按钮和工具栏上的 ”” 按钮(脚本编程器);
2.3在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击”打开”按钮, 并在”计算机控制技术应用算法”文件夹下选中”直流电机”脚本程序并打开, 阅读、 理解该程序, 然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下”步长设置”, 将脚本算法的运行步长设为50ms;
2.3点击脚本编辑器窗口的调试菜单下”启动”; 观察直