1、實驗一 A/D、D/A 轉換實驗一、實驗目的 1.了解溫控系統的組成。 2.了解NI 測量及自動化瀏覽器的使用并對數據采集卡進行設置。 3.了解Dasylab 軟件的各項功能，并會簡單的應用。 4.通過實驗了解計算機是如何進行數據采集、控制的。 二、實驗設備 微型計算機、NI USB 6008 數據采集卡、溫度控制儀、溫箱。 三、實驗內容 1了解溫度控制系統的組成。 2仔細觀察老師對數據采集卡輸入輸出任務建立的過程及設置還有dasylab 基本功能的演示。 3仔細閱讀dasylab 相關文檔，學習幫助文件tutorial 了解其基本使用方法。 4動手實踐，打開范例，仔細揣摩，并獨立完成數據采集

2、卡輸入輸出任務的建立并建立并運行單獨的AD 及DA 系統，完成之后，按照自己的需要及興趣搭建 幾個簡單的系統運行。 四、溫控系統的組成 計算機溫度控制系統由溫度控制儀與計算機、數據采集卡一起構成，被控對象為溫箱, 溫箱內裝有電阻加熱絲構成的電爐，還有模擬溫度傳感器AD590。系統框圖如圖1-1 所示：五、溫控儀基本工作原理 溫度控制儀由信號轉換電路、電壓放大電路、可控硅移相觸發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系,靈敏度為1uA/K).將爐溫的變化轉換為電流的變化送入信號轉換、電壓放

3、大電路.信號轉換電路將AD590送來的電流信號轉換為電壓信號,然后經精密運算放大器放大、濾波后變為05V的標準電壓信號，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位數據采集卡將傳感器送來的05V測量信號轉換成0FFFH的12位數字量信號,經與給定值比較,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,再經過NI USB 6008將該數字輸出量經12位D/A轉換器變為05V的模擬電壓信號送入可控硅移相觸發器,觸發器輸出相應控制角的觸發脈沖給可控硅,控制可控硅的導通與關斷,從而達到控制

4、爐溫的目的。六、思考題 1.數據采集系統差分輸入與單端輸入有些什么區別？各有什么優缺點？ 單端輸入：輸入信號以共同的地線為基準，判斷信號與GND的電壓差。優點：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地線。優點：可以有效抑制共模干擾信號，提高采集精度缺點：接線較單端復雜2.dasylab相對于ni其他軟件有什么優缺點？ Dasylab都是用一些功能模塊來建立系統，模塊間用“導線”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、建可方便完成數據采集、顯示、存儲、分析、統計、運算、控制、觸發等各種功能 3.利用你的發散思維，羅列出dasylab的應用場合，越多越好。 利用Dasylab可以應用于各種工業控制場合進行控制系統的搭建、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的理想應用，用簡單的dasylab模塊畫出來并輔以簡潔的說明。利用Dasylab設計一游泳池溫度液面高度控制系統模塊如圖1-2 所示：圖1-2說明：利用Slider分別設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、進行數據采集輸入，通過Scaling進行換算通過Recorder顯示當前液面高度和溫度，通過對PID參數設置來調節泳池液面高度和溫度，通過選擇合適的參數獲得最佳的響應曲線，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，如何對數據采集卡進行設置，以及對Dasylab有了簡單的認識，通過閱讀相關幫助文件學會了如何用Dasylab設計簡單的控制系統，通過實驗了結了計算機是如何進行數據采集控制的，對計算機在工業控制領域的應用有了一定了解。實驗二 基于DASYLab的的溫度控制系統設計實驗一、實驗目的 利用Dasy

7、lab軟件實現基本的PID溫度控制算法。 二、實驗設備 同實驗一。 三、實驗內容 1利用NImax建立數據采集卡的輸入輸出任務。 在前面實驗的基礎上，在DASYLab工作區搭建完整的P、PI、PD、PID控制電路，設置相應的參數，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. 在選取系統提供的PID模塊，創建完整PID系統，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。對上課所學內容一一印證。 4. 在有時間的情況之下，參考圖2-1自行搭建PID系統。 觀察此次實驗曲線和前面的采樣曲線有什么

8、區別？到達峰值的時間？超調量的大小等。 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示意圖，完整的、功能相對完善的圖請同學自行完成。 當給定溫度為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控制響應曲線 1：設定溫度值 2:測量溫度值 3：誤差有關上面給出程序框圖的說明： 1）圖2-1程序框圖為最小系統僅供參考，各人可根據自身的具體情況做適當的修改，譬如圖2-2的PID控制響應曲線上面有毛刺，不平滑，如果考慮在內，應當怎樣去除毛刺？構建出一個

9、實際應用的儀器面板應當如何做？ 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，適當地設置。 3）有關PID參數的整定，請按照教科書或參考材料上的介紹的方法先做一個規劃，有序地進行。 六、實驗步驟 1.實驗前認真閱讀注意事項； 2.檢查溫控箱和數據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； 4. 用NI max軟件對數據采集卡進行配置（建立輸入輸出任務）。然后進入NI DASYLab軟件界面，點擊老師通過電子教室分發的相關文檔學習了解usb 6008、ni max軟件的設置，dasylab的基本用法； 5.選取模入通道模塊、系統自帶PID模塊、模出通道

10、及一些虛擬儀表等構成閉環； 6.設定合適的PID參數； 7.設定好以后點擊啟動按鈕開始實驗，觀察實驗現象； 8.做完一種算法實驗后，關掉溫度控制儀電源，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別：包括到達峰值的時間，超調量的大小等。 11.完善最小系統，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。 七、實驗注意事項 1. 確定溫控儀處在機控狀態?？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.務必先預習DASYLab幫助中“Basics、Tutorial”部分內容，而后再設計編程，以免浪費時間。7.先利用控制模塊組中的PID模塊組成系統并改變參數做實驗，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.因預習時同學們手頭不一定有數據采集卡，因此可以暫時用聲卡或信號發生器代替，到實際做實驗時將其替換回即可。 八、實驗步驟：1. 建立輸入輸出任務后進入NI DASYLab軟件界面，搭

12、建PID控制系統：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參數分別設置為20和0，將Slider調至2V，電機啟動按鈕開始實驗，通過觀察Recorder中曲線得最終穩定溫度值為43度，對Scaling參數進行修正，將b參數設置為“-3”，a保持不變。2.PID參數調節：待爐溫下降至30度以下，調節PID Control模塊設置PID算法，改變P、I、D的參數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，重復上述步驟觀察Recorder中曲線的變化情況，對比幾次算法所產生的曲線，選擇響應最佳的那一種算法

13、。由于本次實驗時間有限，通過改變幾次PID參數后得出最佳響應參數為P=10，I=0, D=0，此算法下輸出響應如圖2-4所示 ：圖2-4 PID控制響應曲線 1：設定溫度值 2:測量溫度值 3：誤差九、實驗思考題： 1.現在的溫控系統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，如果是由你來設計一個溫度控制系統，應該如何改進，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扇驅動模塊，當爐溫高于設定值時，驅動風扇使溫度下降，當爐溫低于設定值時風扇不工作，利用PID模塊對風扇轉速進行調節，由于本次實驗中傳感器對爐溫的變化反應靈敏，故風扇功率不宜過大，否則會導

14、致溫度下降過大。2.對于數據采集過程中產生的毛刺，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，設置如圖2-5所示 ：圖2-5 數字濾波器參數設置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，而又滿足控制優化的目標，應當如何改進，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化目標則應對PID模塊進行調整，實驗中只有PID環節而沒有反饋環節，因此可以可PID加一反饋環節，如圖2-6所示：圖2

15、-6 PID環節調整通過改變反饋環節的參數，并和PID環節一起調整則能起到溫度上升較快且滿足控制優化目標。十、實驗總結：通過本次實驗了解了如何用Dasylab實現基本的PID算法，以及如何通過改變PID算法是得到最優溫度響應曲線。對PID在工業控制領域的應用有了一定了解。由于本次實驗每次獲得響應曲線時間較長，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上的錯誤導致實驗效率低下。實驗時可以發現，曲線有很多毛刺，以及其他干擾，故在搭建系統是必須考慮濾波，而在實際測量中則應考慮現場干擾對測量系統的影響，以及如何減小干擾對系統的影響。實驗三 基于DASYLab的網絡測控 一、實驗目的

16、： 通過實驗了解網絡測控系統的組成及應用前景。 二、實驗設備： 同實驗一 三、實驗內容： 不相鄰的同學二人一組，在前面實驗的基礎上，一人設置成服務器，另一人設置成客戶機，在原有程序基礎上加入網絡傳輸等模塊并合理地配置之后，雙方啟動程序，服務器端向客戶機端發送數據，在觀察結果無誤之后，二人交換服務器與客戶機的角色直至完成實驗。 四、實驗步驟： 1、網絡測試系統組成： 在對某型號的武器裝備試驗進行測試時，由于試驗現場環境惡劣且具有危險，而且要求對該信號進行定期或不定期的監測，在這種情況下，我們采用了網絡測試技術，其測試連接如圖3-1所示。圖3-1 系統構成框圖圖中的Dewebook是集信號調理和A

17、/D數據采集功能于一身的儀器，由在試驗現場的電腦(服務器)通過1394口的數據線與其連接，運行虛擬儀器軟件Dasylab10.0的程序對其進行控制。將測試數據采集后，存入服務器的同時通過LAN網絡發送給遠端的客戶機，由客戶機進行數據整理、分析。 2、TCP/IP網絡設置：2.1 設置IP地址： 服務器IP地址如圖3-2所示：圖3-2 服務器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 建立兩機間的網絡通訊： 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”。在出現的DOS界面下PING服務器的IP地址，即鍵入“ping

18、 115.154.93.17”,回車后如出現圖3-4所示，即表明兩電腦之間的網絡可以互聯互通。圖3-4 兩機通訊正常截圖反之，表明兩機之間通訊失敗。需要檢查網絡，直至出現圖3-4的顯示。 3、Dasylab軟件設計與模塊設置 ：3.1 服務器的Dasylab程序設計 ：在試驗現場的服務器運行主程序如圖3-5所示：圖3-5 服務器的Dasylab程序界面程序的主要模塊有信號發生器、數字示波、工程量轉換、數據存盤、和網絡傳輸。 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置，定義此機為服務器。口令“Password”可

19、以不設置。 如圖3-6所示：圖3-6定義服務器在服務器主程序下雙擊“NET OUTPUT00”模塊,進行網絡輸出模塊設置。在“data transfer”選項中點選“blocks”，即網絡間以“blocks”的方式傳輸數據，較“Single Values”方式會占用更多的計算機資源和網絡帶寬，但數據傳輸正確且幾乎無遲滯性，現有的計算機性能都能滿足要求。如圖3-7所示：圖3-7 Net Output設置3.2 客戶機的Dasylab程序設計：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絡接收、數據寫盤、數字顯示。在Dasylab程序界面下

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

21、至此，完成了網絡化的模塊設置和程序設計。 4、運行：4.1運行服務器的Dasylab程序：對信號發生器015個通道分別設置為015V的恒定電壓，工程量轉換模塊分別進行INn-1-INn運算（其中IN9保持不變），轉換為°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，運行服務器程序如圖3-10所示：圖3-10 服務器程序運行結果4.2遠端的客戶機上運行Dasylab程序：如圖3-11所示：圖3-11 客戶機程序運行結果由服務器和客戶機運行結果可以看出，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系統打開網絡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地址主要應用在采用TCP/IP協議互聯單位局域網或校園網絡內部。B類IP地址中網絡的標識長度為16位