工業(yè)計算機實驗報告

1、實驗一 A/D、D/A 轉(zhuǎn)換實驗一、實驗?zāi)康?1.了解溫控系統(tǒng)的組成。 2.了解NI 測量及自動化瀏覽器的使用并對數(shù)據(jù)采集卡進行設(shè)置。 3.了解Dasylab 軟件的各項功能，并會簡單的應(yīng)用。 4.通過實驗了解計算機是如何進行數(shù)據(jù)采集、控制的。 二、實驗設(shè)備 微型計算機、NI USB 6008 數(shù)據(jù)采集卡、溫度控制儀、溫箱。 三、實驗內(nèi)容 1了解溫度控制系統(tǒng)的組成。 2仔細觀察老師對數(shù)據(jù)采集卡輸入輸出任務(wù)建立的過程及設(shè)置還有dasylab 基本功能的演示。 3仔細閱讀dasylab 相關(guān)文檔，學(xué)習(xí)幫助文件tutorial 了解其基本使用方法。 4動手實踐，打開范例，仔細揣摩，并獨立完成數(shù)據(jù)采集

2、卡輸入輸出任務(wù)的建立并建立并運行單獨的AD 及DA 系統(tǒng)，完成之后，按照自己的需要及興趣搭建 幾個簡單的系統(tǒng)運行。 四、溫控系統(tǒng)的組成 計算機溫度控制系統(tǒng)由溫度控制儀與計算機、數(shù)據(jù)采集卡一起構(gòu)成，被控對象為溫箱, 溫箱內(nèi)裝有電阻加熱絲構(gòu)成的電爐，還有模擬溫度傳感器AD590。系統(tǒng)框圖如圖1-1 所示：五、溫控儀基本工作原理 溫度控制儀由信號轉(zhuǎn)換電路、電壓放大電路、可控硅移相觸發(fā)器及可控硅加熱電路組成。 被控制的加熱爐允許溫度變化范圍為0100.集成電路溫度傳感器AD590(AD590 溫度傳感器輸出電流與絕對溫度成正比關(guān)系,靈敏度為1uA/K).將爐溫的變化轉(zhuǎn)換為電流的變化送入信號轉(zhuǎn)換、電壓放

3、大電路.信號轉(zhuǎn)換電路將AD590送來的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號,然后經(jīng)精密運算放大器放大、濾波后變?yōu)?5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，一路送給爐溫指示儀表,直接顯示爐溫值。另一路送給微機接口電路供計算機采樣.計算機通過插在計算機USB總線接口上的NI USB 6008 12位數(shù)據(jù)采集卡將傳感器送來的05V測量信號轉(zhuǎn)換成0FFFH的12位數(shù)字量信號,經(jīng)與給定值比較,求出偏差值,然后對偏差值進行控制運算,得到控制溫度變化的輸出量,再經(jīng)過NI USB 6008將該數(shù)字輸出量經(jīng)12位D/A轉(zhuǎn)換器變?yōu)?5V的模擬電壓信號送入可控硅移相觸發(fā)器,觸發(fā)器輸出相應(yīng)控制角的觸發(fā)脈沖給可控硅,控制可控硅的導(dǎo)通與關(guān)斷,從而達到控制

4、爐溫的目的。六、思考題 1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)差分輸入與單端輸入有些什么區(qū)別？各有什么優(yōu)缺點？ 單端輸入：輸入信號以共同的地線為基準(zhǔn)，判斷信號與GND的電壓差。優(yōu)點：連接較短，所有輸入信號與信號源共地缺點：抗干擾能力差差分輸入：判斷兩個信號線的電壓差，每個輸入信號都有自己的基準(zhǔn)地線。優(yōu)點：可以有效抑制共模干擾信號，提高采集精度缺點：接線較單端復(fù)雜2.dasylab相對于ni其他軟件有什么優(yōu)缺點？ Dasylab都是用一些功能模塊來建立系統(tǒng)，模塊間用“導(dǎo)線”連接，相對于NI其他軟件而言編程更方便，效率更高，功能更直觀，圖形化的界面，無需繁瑣的編程工作，滿足非專業(yè)編程人員的測試需要，通過多種功能模塊的搭

5、建可方便完成數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲、分析、統(tǒng)計、運算、控制、觸發(fā)等各種功能 3.利用你的發(fā)散思維，羅列出dasylab的應(yīng)用場合，越多越好。 利用Dasylab可以應(yīng)用于各種工業(yè)控制場合進行控制系統(tǒng)的搭建、測試，如溫度控制，液面控制，壓力控制，流量控制等。4.給出一個你心目中dasylab的理想應(yīng)用，用簡單的dasylab模塊畫出來并輔以簡潔的說明。利用Dasylab設(shè)計一游泳池溫度液面高度控制系統(tǒng)模塊如圖1-2 所示：圖1-2說明：利用Slider分別設(shè)置給定的液面高度和溫度，并通過Scaling進行換算，通過Recorder顯示給定液面高度和溫度，Analog Input對水池溫度、液面高度

6、進行數(shù)據(jù)采集輸入，通過Scaling進行換算通過Recorder顯示當(dāng)前液面高度和溫度，通過對PID參數(shù)設(shè)置來調(diào)節(jié)泳池液面高度和溫度，通過選擇合適的參數(shù)獲得最佳的響應(yīng)曲線，最后通過模塊Analog Output進行輸出，從而達到溫度液面高度控制作用。七、實驗總結(jié)通過本次實驗了解了溫控儀的組成和基本工作原理，如何對數(shù)據(jù)采集卡進行設(shè)置，以及對Dasylab有了簡單的認(rèn)識，通過閱讀相關(guān)幫助文件學(xué)會了如何用Dasylab設(shè)計簡單的控制系統(tǒng)，通過實驗了結(jié)了計算機是如何進行數(shù)據(jù)采集控制的，對計算機在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用有了一定了解。實驗二 基于DASYLab的的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計實驗一、實驗?zāi)康?利用Dasy

7、lab軟件實現(xiàn)基本的PID溫度控制算法。 二、實驗設(shè)備 同實驗一。 三、實驗內(nèi)容 1利用NImax建立數(shù)據(jù)采集卡的輸入輸出任務(wù)。 在前面實驗的基礎(chǔ)上，在DASYLab工作區(qū)搭建完整的P、PI、PD、PID控制電路，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，運行程序查看控制效果。 2分別搭建模入、模出通道并驗證其有效性 3. 在選取系統(tǒng)提供的PID模塊，創(chuàng)建完整PID系統(tǒng)，添加合適的輔助模塊，觀察溫度曲線。在做好一組算法曲線之后，打開溫箱外殼，自然冷卻，待溫度低于30度時裝回外殼，再做另外一種算法。對上課所學(xué)內(nèi)容一一印證。 4. 在有時間的情況之下，參考圖2-1自行搭建PID系統(tǒng)。 觀察此次實驗曲線和前面的采樣曲線有什么

8、區(qū)別？到達峰值的時間？超調(diào)量的大小等。 四、實驗原理 （見實驗一）五、PID實驗說明 參考程序示意如圖2-1所示 ：圖2-1 基于DASYLab的PID控制程序示意圖圖2-1是本次實驗的最小系統(tǒng)示意圖，完整的、功能相對完善的圖請同學(xué)自行完成。 當(dāng)給定溫度為40°C時，控制電流曲線和測量溫度值、誤差變化如圖2-2所示：圖2-2 PID控制響應(yīng)曲線 1：設(shè)定溫度值 2:測量溫度值 3：誤差有關(guān)上面給出程序框圖的說明： 1）圖2-1程序框圖為最小系統(tǒng)僅供參考，各人可根據(jù)自身的具體情況做適當(dāng)?shù)男薷?，譬如圖2-2的PID控制響應(yīng)曲線上面有毛刺，不平滑，如果考慮在內(nèi)，應(yīng)當(dāng)怎樣去除毛刺？構(gòu)建出一個

9、實際應(yīng)用的儀器面板應(yīng)當(dāng)如何做？ 2) 上面的圖示并未反映各個模塊具體是怎么配置的情況，請自行分析，適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。 3）有關(guān)PID參數(shù)的整定，請按照教科書或參考材料上的介紹的方法先做一個規(guī)劃，有序地進行。 六、實驗步驟 1.實驗前認(rèn)真閱讀注意事項； 2.檢查溫控箱和數(shù)據(jù)采集卡的連線是否接好； 3.打開電腦，確定溫控儀是否處在機控狀態(tài)； 4. 用NI max軟件對數(shù)據(jù)采集卡進行配置（建立輸入輸出任務(wù)）。然后進入NI DASYLab軟件界面，點擊老師通過電子教室分發(fā)的相關(guān)文檔學(xué)習(xí)了解usb 6008、ni max軟件的設(shè)置，dasylab的基本用法； 5.選取模入通道模塊、系統(tǒng)自帶PID模塊、模出通道

10、及一些虛擬儀表等構(gòu)成閉環(huán)； 6.設(shè)定合適的PID參數(shù)； 7.設(shè)定好以后點擊啟動按鈕開始實驗，觀察實驗現(xiàn)象； 8.做完一種算法實驗后，關(guān)掉溫度控制儀電源，打開溫箱的外殼，使其自然冷卻。 9.待爐溫下降至30度以下，選擇另外一種算法，用上述同樣的方法重復(fù)前面的步驟實驗； 10.觀察此次實驗曲線和前面的采樣曲線有什么區(qū)別：包括到達峰值的時間，超調(diào)量的大小等。 11.完善最小系統(tǒng)，加上濾波等模塊，建立儀器面板等組成一個較為實用的系統(tǒng)。 七、實驗注意事項 1. 確定溫控儀處在機控狀態(tài)?？刂品绞揭欢ㄒ幱跈C控，否則可能爐溫上升過快，采樣失敗，更有可能導(dǎo)致爐溫過熱，燒毀電爐。 2.升溫時電流大小達到0.9A

11、左右 3.溫度給定設(shè)在40度左右，以延長電爐的壽命并縮短實驗時間。 4.采樣期間因其過程較慢，要耐心等待。 5.每過一段時間用手觸碰溫箱的外殼，如果手感覺不燙，就說明溫度沒有失控。 6.務(wù)必先預(yù)習(xí)DASYLab幫助中“Basics、Tutorial”部分內(nèi)容，而后再設(shè)計編程，以免浪費時間。7.先利用控制模塊組中的PID模塊組成系統(tǒng)并改變參數(shù)做實驗，然后不使用控制模塊組中的PID模塊，自行搭建PID控制模塊試試。 8.因預(yù)習(xí)時同學(xué)們手頭不一定有數(shù)據(jù)采集卡，因此可以暫時用聲卡或信號發(fā)生器代替，到實際做實驗時將其替換回即可。 八、實驗步驟：1. 建立輸入輸出任務(wù)后進入NI DASYLab軟件界面，搭

12、建PID控制系統(tǒng)：參考程序示意如圖2-3所示 ：圖2-3基于DASYLab的PID控制程序示意圖對Scaling中的a、b參數(shù)分別設(shè)置為20和0，將Slider調(diào)至2V，電機啟動按鈕開始實驗，通過觀察Recorder中曲線得最終穩(wěn)定溫度值為43度，對Scaling參數(shù)進行修正，將b參數(shù)設(shè)置為“-3”，a保持不變。2.PID參數(shù)調(diào)節(jié)：待爐溫下降至30度以下，調(diào)節(jié)PID Control模塊設(shè)置PID算法，改變P、I、D的參數(shù)后點擊開始按鈕開始實驗，觀察Recorder中曲線，然后選擇另一種實驗步驟，重復(fù)上述步驟觀察Recorder中曲線的變化情況，對比幾次算法所產(chǎn)生的曲線，選擇響應(yīng)最佳的那一種算法

13、。由于本次實驗時間有限，通過改變幾次PID參數(shù)后得出最佳響應(yīng)參數(shù)為P=10，I=0, D=0，此算法下輸出響應(yīng)如圖2-4所示 ：圖2-4 PID控制響應(yīng)曲線 1：設(shè)定溫度值 2:測量溫度值 3：誤差九、實驗思考題： 1.現(xiàn)在的溫控系統(tǒng)只能控制爐溫的上升，爐溫的下降要靠自然冷卻，所以在此期間無法通過計算機控制，如果是由你來設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，應(yīng)該如何改進，以便爐溫的上升和下降都能用計算機控制？可在輸出中增加一風(fēng)扇驅(qū)動模塊，當(dāng)爐溫高于設(shè)定值時，驅(qū)動風(fēng)扇使溫度下降，當(dāng)爐溫低于設(shè)定值時風(fēng)扇不工作，利用PID模塊對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，由于本次實驗中傳感器對爐溫的變化反應(yīng)靈敏，故風(fēng)扇功率不宜過大，否則會導(dǎo)

14、致溫度下降過大。2.對于數(shù)據(jù)采集過程中產(chǎn)生的毛刺，如何去除？用哪個模塊？簡要說明之。 在輸入模塊后增加一數(shù)字濾波器模塊，模塊在Module>>Signal Analysis>>Digital Filter 中，采用低通、巴特沃思濾波器，設(shè)置如圖2-5所示 ：圖2-5 數(shù)字濾波器參數(shù)設(shè)置3.感覺溫度上升太慢，要針對這點改進，即做到溫度上升較快，而又滿足控制優(yōu)化的目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)如何改進，給出dasylab的實際連線圖，并簡要說明之。要使溫度上升較快而又滿足控制優(yōu)化目標(biāo)則應(yīng)對PID模塊進行調(diào)整，實驗中只有PID環(huán)節(jié)而沒有反饋環(huán)節(jié)，因此可以可PID加一反饋環(huán)節(jié)，如圖2-6所示：圖2

15、-6 PID環(huán)節(jié)調(diào)整通過改變反饋環(huán)節(jié)的參數(shù)，并和PID環(huán)節(jié)一起調(diào)整則能起到溫度上升較快且滿足控制優(yōu)化目標(biāo)。十、實驗總結(jié)：通過本次實驗了解了如何用Dasylab實現(xiàn)基本的PID算法，以及如何通過改變PID算法是得到最優(yōu)溫度響應(yīng)曲線。對PID在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用有了一定了解。由于本次實驗每次獲得響應(yīng)曲線時間較長，所以每次實驗時需有一定耐心，不能過于急躁，否則容易忽略一些細節(jié)上的錯誤導(dǎo)致實驗效率低下。實驗時可以發(fā)現(xiàn)，曲線有很多毛刺，以及其他干擾，故在搭建系統(tǒng)是必須考慮濾波，而在實際測量中則應(yīng)考慮現(xiàn)場干擾對測量系統(tǒng)的影響，以及如何減小干擾對系統(tǒng)的影響。實驗三 基于DASYLab的網(wǎng)絡(luò)測控 一、實驗?zāi)康?/p>

16、： 通過實驗了解網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)的組成及應(yīng)用前景。 二、實驗設(shè)備： 同實驗一 三、實驗內(nèi)容： 不相鄰的同學(xué)二人一組，在前面實驗的基礎(chǔ)上，一人設(shè)置成服務(wù)器，另一人設(shè)置成客戶機，在原有程序基礎(chǔ)上加入網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)饶K并合理地配置之后，雙方啟動程序，服務(wù)器端向客戶機端發(fā)送數(shù)據(jù)，在觀察結(jié)果無誤之后，二人交換服務(wù)器與客戶機的角色直至完成實驗。 四、實驗步驟： 1、網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)組成： 在對某型號的武器裝備試驗進行測試時，由于試驗現(xiàn)場環(huán)境惡劣且具有危險，而且要求對該信號進行定期或不定期的監(jiān)測，在這種情況下，我們采用了網(wǎng)絡(luò)測試技術(shù)，其測試連接如圖3-1所示。圖3-1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖圖中的Dewebook是集信號調(diào)理和A

17、/D數(shù)據(jù)采集功能于一身的儀器，由在試驗現(xiàn)場的電腦(服務(wù)器)通過1394口的數(shù)據(jù)線與其連接，運行虛擬儀器軟件Dasylab10.0的程序?qū)ζ溥M行控制。將測試數(shù)據(jù)采集后，存入服務(wù)器的同時通過LAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠端的客戶機，由客戶機進行數(shù)據(jù)整理、分析。 2、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)置：2.1 設(shè)置IP地址： 服務(wù)器IP地址如圖3-2所示：圖3-2 服務(wù)器IP地址客戶機IP地址如圖3-3所示：圖3-3 客戶機IP地址2.2 建立兩機間的網(wǎng)絡(luò)通訊： 在客戶機WINDOWS桌面下，點擊“開始”，在點擊“運行”，鍵入“command”命令,點擊“確定”。在出現(xiàn)的DOS界面下PING服務(wù)器的IP地址，即鍵入“ping

18、 115.154.93.17”,回車后如出現(xiàn)圖3-4所示，即表明兩電腦之間的網(wǎng)絡(luò)可以互聯(lián)互通。圖3-4 兩機通訊正常截圖反之，表明兩機之間通訊失敗。需要檢查網(wǎng)絡(luò)，直至出現(xiàn)圖3-4的顯示。 3、Dasylab軟件設(shè)計與模塊設(shè)置 ：3.1 服務(wù)器的Dasylab程序設(shè)計 ：在試驗現(xiàn)場的服務(wù)器運行主程序如圖3-5所示：圖3-5 服務(wù)器的Dasylab程序界面程序的主要模塊有信號發(fā)生器、數(shù)字示波、工程量轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存盤、和網(wǎng)絡(luò)傳輸。 在Dasylab程序界面下點擊“measurement”的下拉菜單，點擊“remote control”,來進行遠程控制的設(shè)置，定義此機為服務(wù)器。口令“Password”可

19、以不設(shè)置。 如圖3-6所示：圖3-6定義服務(wù)器在服務(wù)器主程序下雙擊“NET OUTPUT00”模塊,進行網(wǎng)絡(luò)輸出模塊設(shè)置。在“data transfer”選項中點選“blocks”，即網(wǎng)絡(luò)間以“blocks”的方式傳輸數(shù)據(jù)，較“Single Values”方式會占用更多的計算機資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬，但數(shù)據(jù)傳輸正確且?guī)缀鯚o遲滯性，現(xiàn)有的計算機性能都能滿足要求。如圖3-7所示：圖3-7 Net Output設(shè)置3.2 客戶機的Dasylab程序設(shè)計：在試驗遠端的客戶機運行主程序如圖3-8所示：圖3-8 客戶機的Dasylab程序界面程序的主要模塊有網(wǎng)絡(luò)接收、數(shù)據(jù)寫盤、數(shù)字顯示。在Dasylab程序界面下

20、點擊“measurement”的下拉菜單，點擊“remote control”,來進行 遠程控制的設(shè)置，定義此機為客戶機，受名為“依然Fantasy-PC”的服務(wù)器控制。 在客戶機主程序下雙擊“NET INPUT00”模塊，進行網(wǎng)絡(luò)模塊的設(shè)置，在“Network Connection”的設(shè)置中，點擊“Computer Name”的“Browse”,選擇與其相連的服務(wù)器名稱。點擊“Module Name”的“Browse”,選擇服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)輸出模塊名稱。在“Option”設(shè)置中鉤選，意思是如服務(wù)器重起試驗，本機停止且重起試驗。其它可保持缺省設(shè)置。如圖3-9所示： 圖3-9 Net Input設(shè)置

21、至此，完成了網(wǎng)絡(luò)化的模塊設(shè)置和程序設(shè)計。 4、運行：4.1運行服務(wù)器的Dasylab程序：對信號發(fā)生器015個通道分別設(shè)置為015V的恒定電壓，工程量轉(zhuǎn)換模塊分別進行INn-1-INn運算（其中IN9保持不變），轉(zhuǎn)換為°C，在變換和Scaling模塊中分別對04通道求絕對值以及10倍放大，運行服務(wù)器程序如圖3-10所示：圖3-10 服務(wù)器程序運行結(jié)果4.2遠端的客戶機上運行Dasylab程序：如圖3-11所示：圖3-11 客戶機程序運行結(jié)果由服務(wù)器和客戶機運行結(jié)果可以看出，兩程序的輸出相同。五、實驗思考題 1.如何查看本機的ip地址？ 對于WIN7系統(tǒng)打開網(wǎng)絡(luò)和共享中心再點擊本地連接，點擊詳細信息，即可查看本機ip地址，如圖3-12所示：圖3-12 查看本機IP2.10開頭的ip地址屬于哪一類地址有什么特點？ 以10開頭的IP地址是一個B類的IP地址，此類IP地址主要應(yīng)用在采用TCP/IP協(xié)議互聯(lián)單位局域網(wǎng)或校園網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。B類IP地址中網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)識長度為16位