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第一章 THBDC-1 控制理论·计算机控制技术实验平台简介1 第一节 系统概述 .1 第二节 硬件的组成及使用 .2 第二章第二章 THBDC-1THBDC-1 软件安装及使用说明软件安装及使用说明 .5 第一节 THBDC-1 软件安装说明 5 第二节 THBDC-1 软件的使用说明 13 第三节 BODE 软件的使用说明.43 第三章第三章 计算机控制技术实验计算机控制技术实验 54 实验一 A/D 与 D/A 转换 54 实验二 数字滤波器 .58 实验三 离散化方法研究 .62 实验四 数字 PID 调节器算法的研究 .68 实验五 串级控制算法的研究 .72 实验六 解耦控制算法的研究 .75 实验七 最少拍控制算法的研究 .80 实验八 具有纯滞后系统的大林算法 .85 实验九 线性离散系统的全状态反馈控制 .89 实验十 模糊控制系统 .93 实验十一 具有单神经元控制器的控制系统 .97 实验十二 二次型状态调节器 .102 实验十三 单闭环直流调速系统 .106 实验十四 步进电机转速控制 .109 实验十五 单闭环温度的恒值控制 .112 1 第一章第一章 THBDC-1THBDC-1 控制理论控制理论··计算机控制技术实验平台简介计算机控制技术实验平台简介 第一节第一节 系统概述系统概述 “THBDC-1 型控制理论·计算机控制技术实验平台”是我公司结合教学和实践 的需要而进行精心设计的实验系统。适用于高校的控制原理、计算机控制技术等课 程的实验教学。该实验平台具有实验功能全、资源丰富、使用灵活、接线可靠、操 作快捷、维护简单等优点。 实验台的硬件部分主要由直流稳压电源、低频信号发生器、阶跃信号发生器、 低频频率计、交/直流数字电压表、数据采集接口单元、步进电机单元、直流电机单 元、温度控制单元、单容水箱、通用单元电路、电位器组等单元组成。 上位机软件则集中了虚拟示波器、信号发生器、VBScript 和 JScript 脚本编程器、 实验仿真等多种功能于一体。其中虚拟示波器可显示各种波形，有 X-T、X-Y、Bode 图三种显示方式，并具有图形和数据存储、打印的功能，而 VBScript 脚本编程器提 供了一个开放的编程环境，用户可在上面编写各种算法及控制程序。 实验台通过电路单元模拟控制工程中的各种典型环节和控制系统，并对控制系 统进行仿真研究，使学生通过实验对控制理论及计算机控制算法有更深一步的理解， 并提高分析与综合系统的能力。同时通过对本实验装置中四个实际被控对象的控制， 使学生熟悉各种算法在实际控制系统中的应用。 在实验设计上，控制理论既有模拟部分的实验，又有离散部分实验；既有经典 理论实验，又有现代控制理论实验；而计算机控制系统除了常规的实验外，还增加 了当前工业上应用广泛、效果卓著的模糊控制、神经元控制、二次型最优控制等实 验。 数据采集部分则采用实验室或工业上常用的 USB 数据采集卡。它可直接插在 IBM-PC/AT 或与之兼容的计算机 USB 通讯口上，其采样频率为 350K；有 16 路单 端 A/D 模拟量输入，转换精度均为 14 位；4 路 D/A 模拟量输出，转换精度均为 12 位；16 路开关量输入，16 路开关量输出。 2 第二节第二节 硬件的组成及使用硬件的组成及使用 一、直流稳压电源一、直流稳压电源 直流稳压电源主要用于给实验平台提供电源。有±5V/0.5A、±15V/0.5A 及 +24V/1.0A 五路，每路均有短路保护自恢复功能。它们的开关分别由相关的钮子开关 控制，并由相应发光二极管指示。其中+24V 主用于温度控制单元和直流电机单元。 实验前，启动实验平台左侧的空气开关和实验台上的电源总开关。并根据需要 将±5V、±15V、+24V 钮子开关拔到“开”的位置。 实验时，通过 2 号连接导线将直流电压接到需要的位置。 二、低频函数信号发生器二、低频函数信号发生器 低频函数信号发生器由单片集成函数信号发生器专用芯片及外围电路组合而成， 主要输出有正弦信号、三角波信号、方波信号、斜坡信号和抛物线信号。输出频率 分为 T1、T2、T3、T4 四档。其中正弦信号的频率范围分别为 0.1Hz3.3Hz、2.5Hz86.4Hz、49.8Hz1.7KHz、700Hz10KHz 三档，Vp-p值为 16V。 使用时先将信号发生器单元的钮子开关拔到“开”的位置，并根据需要选择合 适的波形及频率的档位，然后调节“频率调节”和“幅度调节”微调电位器，以得 到所需要的频率和幅值，并通过 2 号连接导线将其接到需要的位置。 三、锁零按钮三、锁零按钮 锁零按钮用于实验前运放单元中电容器的放电。当按下按钮时，通用单元中的 场效应管处于短路状态，电容器放电，让电容器两端的初始电压为 0V；当按钮复位 时，单元中的场效应管处于开路状态，此时可以开始实验。 四、阶跃信号发生器四、阶跃信号发生器 阶跃信号发生器主要提供实验时的阶跃给定信号，其输出电压范围为- 10+10V，正负档连续可调。使用时根据需要可选择正输出或负输出，具体通过 “阶跃信号发生器”单元的拔动开关来实现。当按下自锁按钮时，单元的输出端输 出一个可调(选择正输出时，调 RP1 电位器；选择负输出时，调 RP2 电位器)的阶跃 信号(当输出电压为 1V 时，即为单位阶跃信号)，实验开始；当按钮复位时，单元的 输出端输出电压为 0V。 注：单元的输出电压可通过实验台上的直流数字电压表来进行测量。 五、低频频率计五、低频频率计 低频频率计是由单片机 89C2051 和六位共阴极 LED 数码管设计而成的，具有输 入阻抗大和灵敏度高的优点。其测频范围为：0.1Hz10.0KHz。 低频频率计主要用来测量函数信号发生器或外来周期信号的频率。使用时先将 低频频率计的电源钮子开关拔到“开”的位置，然后根据需要将测量钮子开关拔到 3 “外测”(此时通过“输入”或“地”输入端输入外来周期信号)或“内测”(此时测 量低频函数信号发生器输出信号的频率)。 另外本单元还有一个复位按钮，以对低频频率计进行复位操作。 注：将“内测/外测”开关置于“外测”时，而输入接口没接被测信号时，频率 计有时会显示一定数据的频率，这是由于频率计的输入阻抗大，灵敏度高，从而感 应到一定数值的频率。此现象并不影响内外测频。 六、交六、交/直流数字电压表直流数字电压表 交/直流数字电压表有三个量程，分别为 200mV、2V、20V。当自锁开关不按下 时，它作直流电压表使用，这时可用于测量直流电压；当自锁开关按下时，作交流 毫伏表使用，它具有频带宽（10Hz400kHz） 、精度高（±5）和真有效值测量的 特点，即使测量窄脉冲信号，也能测得其精确的有效值，其适用的波峰因数范围可 达到 10。 七、通用单元电路七、通用单元电路 通用单元电路具体见实验平台所示“通用单元电路*”单元、 “带调零端的运放 单元” “反相器单元”和“无源元件单元” 。这些单元主要由运放、电容、电阻、电 位器和一些自由布线区等组成。通过接线和短路帽的选择，可以模拟各种受控对象 的数学模型，主要用于比例、积分、微分、惯性等电路环节的构造。一般为反向端 输入，其中电阻多为常用阻值 51k、100k、200k、510k；电容多在反馈端，容值为 0.1uF、1uF、10uF，其中通用单元电路二、三、九反向输入端有 0.1uF 电容，通用单 元电路八反向输入端有 4.7uF 电容，可作带微分的环节。 以通用单元为例，现在搭建一个积分环节，比例常数为 1s。我们可以选择常用 元件 100k、10uF，T=1k×10uF=1s，其中通用单元电路二是满足要求的，把对应 100k 和 10uF 的插针使用短路帽连接起来，锁零按钮按下去先对电容放电，然后用二 号导线把正单位阶跃信号输入到积分单元的输入端，积分电路的输出端接入反向器 单元，保证输入、输出方向的一致性。观察输出曲线，其具体电路如下图所示。 八、非线性单元八、非线性单元 由两个含有非线性元件的电路组成，一个含有双向稳压管，另一个含有两个单 向二极管并且需要外加正负 15 伏直流电源，可研究非线性环节的静态特性和非线性 系统。其中 10k、47k 电位器由电位器组单元提供。例如 47k 电位器，既可由一号导 线连接也可由二号导线连接电位器单元组中的可调电位器两个端点。 - + + R C ui - + + R0 R0 uo - + + R C ui - + + R0 R0 uo 4 以连接死区非线性环节为例，输入端与正电源端、输入端与负电源端分别为两 个 10k 可调电位器的固定端，分别用导线连接；正电源所连电位器的可调端与 D1相 连，另一个可调端与 D2相连。然后使用低频函数信号发生器输出 10Hz16v 的正弦 波，用导线连接到非线性环节的输入端。实验前断开电位器与电路的连线，用万用 表测量 R 的阻值，然后再接入电路中。 九、零阶保持器九、零阶保持器 零阶保持器为实验主面板上 U3 单元。它采用“采样-保持器”组件 LF398，具有将 连续信号离散后的零阶保持器输出信号的功能，其采样频率由外接的方波信号频率 决定。使用时只要接入外部的方波信号及输入信号即可。 十、数据采集接口单元十、数据采集接口单元 数据采集卡采用 THBXD，它可直接插在 IBM-PC/AT 或与之兼容的计算机内， 其采样频率为 350K；有 16 路单端 A/D 模拟量输入，转换精度均为 14 位；4 路 D/A 模拟量输出，转换精度均为 12 位；16 路开关量输入，16 路开关量输出。接口单元 则放于实验平台内，用于实验平台与 PC 上位机的连接与通讯。 数据采集卡接口部分包含模拟量输入输出(AI/AO)与开关量输入输出(DI/DO)两 部分。其中列出 AI 有 4 路，AO 有 2 路，DI/DO 各 8 路。 使用虚拟示波器观察一个模拟信号，可以用导线直接连接到接口中 AD 端（其（其 中中 AD3 和和 AD4 两输入端有跟随器输入，而两输入端有跟随器输入，而 AD1 和和 AD2 通道没有，用户实验时可根通道没有，用户实验时可根 据情况选择使用，但在选择据情况选择使用，但在选择 AD3 和和 AD4 通道时，两个通道必须均有电信号输入，通道时，两个通道必须均有电信号输入， 不能有悬空）不能有悬空） ；若使用采集卡中的信号源，用 DA 输出（即实验中我们通常将信号输 入到 AD1 端，软件内部信号 DA1 输出） 。 十一、实物实验单元十一、实物实验单元 包括温度控制单元、直流电机单元和步进电机单元，主要用于计算机控制技 术实验中，使用方法详见实验指导书。 5 第二章第二章 THBDC-1THBDC-1 软件安装及使用说明软件安装及使用说明 第一节第一节 THBDC-1THBDC-1 软件安装说明软件安装说明 一、运行环境一、运行环境 项目描述 CPU P4(2.2G)以上 内存256M 以上 硬盘不限 USB 支持 USB1.1 最好 USB2.0 操作系统Windows2000 最好 WinXP 显示设备17 寸 显卡要求 64M 以上 二、软件二、软件安装安装 首先从提供的光盘上安装 USB 驱动程序及应用软件，USB 驱动程序安装和普通 USB 驱动安装没有分别。这里就简单说明下,首先插入 USB 线,系统就会自动提示安装,如 下图: 选择“从列表或指定位置安装” 。点击下一步，如下图： 6 选择“不要搜索，我要自己选择安装的驱动程序” ，点击下一步，如下： 点击从磁盘安装，出现下图： 7 接着点击“浏览”, 从磁盘或桌面上找到要安装的驱动程序 UsbCard.inf,” 如下图： 按上图点击“打开” ，接着如下图： 8 在上图中点击“确定” ，出现如下图： 点击“下一步” ，出现下图： 9 点击“仍然继续” ，出现下图： 10 点击“完成” ，即 USB 驱动程序安装完毕。 注注: : UsbUsb 驱动的安装方法对于不同的系统可能有不同的方法。驱动的安装方法对于不同的系统可能有不同的方法。 Usb 驱动安装好之后,接下来安装“THBDC-1”软件 安装本软件双击 setup.exe 即进行安装。出现如下画面： （图 1） （图 2） 11 （图 3） （图 4） 12 （图 5） 安装过程中尽量采用默认安装，安装完成之后即点击关闭之后，会在桌面上显示一 个快捷方式如下图 6。 （图 6） 系统如果提示需要重新启动电脑，请保存好各类文档，然后重新启动。 13 第二节第二节 THBDC-1THBDC-1 软件的使用说明软件的使用说明 一、一、THBDC-1 软件软件 在桌面上双击快捷方式打开软件界面“THBDC-1“，或从开始菜单程序处找到 “THBDC-1“单击它。 如果 USB 采集卡驱动没有装好或者 usb 线没有连接，启动时都会弹出警告 对话框如下图。用户先点击确定，然后检查驱动安装步骤是否正确及 usb 线的 两头是否连上，检查无误再重新启动。 如果安装无误，点击“THBDC-1“则会打开登入窗口，如下图： 14 用户先正确填写自己的姓名，学号，填好后点击“确定”。 （注释注释：在登入窗口填写的姓名和学号，会在报告生成器中自动生成相应的姓 名和学号，无法重新改写，所以在做要提交实验报告的的实验时，一定要在登 入窗口中正确填写姓名和学号，以免实验重做）。 点击“确定”，进入如下界面： 点击放大上图，图中最上面是各类菜单，其下是工具快捷方式。左边栏是 示波器显示窗口，右面是参数和操作区，下面是状态显示窗口，用户可以通过 菜单，工具快捷按钮，操作区按钮，完成对虚拟示波器的控制。 初步了解了软件界面的情况之后，我们就可以开始实验操作了。 一、系统一、系统 从菜单的“系统系统“下面找到“开始采集开始采集“界面如下图： 参数与 操作区 菜单 状态区 示波器窗口 15 开始采集前如想设置 AD 采用频率等参数，可以在控制区操作。AD 数据缓 存设置，可以在“系统系统”下找到“缓存设置缓存设置”，弹出如下对话框： Urb 数据长度数据长度USB 每次请求包的长度（最小 64，最大 2048，要求必须 是 64 的整数倍）。（默认值是 1024）一般不需要设置，在采用频率很低时，该 值可以调低到 512，256 等合适的值，注意：只有系统停止采集状态时才允许缓 存设置。 缓存数据长度缓存数据长度每次送入示波器的数据长度（必须大于等于 Urb 数据长 度，最大 819200，要求是偶数）。缓存数据长度将影响示波器的数据刷新快慢， 即缓存越长示波器刷新的越慢，反之亦然。默认值是 4096，可以适当设置。 信号发生器信号发生器信号发生器能够产生周期正弦波，方波，三角波，锯齿波， 在产生波形前选择好“信号类型”,“信号频率” ， “信号幅值” ， “占空比”,“零 电位偏移量”等参数,然后点击“启动”按钮后就可通过采集卡的 DA1 通道输出 波形。频率在 20HZ 以下. 信号发生器窗口如下图: 16 AD/DA 实验实验数据采集卡采用“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：-1010V 对应为 016383(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 11111FFF16383 正满度1LSB 01 1111 1111 11101FFE16382 中间值（零点） 00 0000 0000 000000008192 负满度+1LSB 10 0000 0000 000120011 负满度 10 0000 0000 000020000 而 DA 转换时的数据转换关系为：-55V 对应为 04095(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1LSB1111 1111 1110 中间值（零点）1000 0000 0000 负满度+1LSB 0000 0000 0001 负满度0000 0000 0000 如下图：在做 AD 转换实验时，输入电压为-10V, AD 栏二进制值显示 10 0000 0000 0000， 十进制显示 0；输入 0V 时，AD 栏二进制值显示 00 0000 0000 0000，十进制显示 8192；输入电压为+10, AD 栏二进制值显示 01 1111 1111 1111，十进制显示 16383。做 DA 转换试验时，十进制栏输入 4095，二进制栏输出 1111 1111 1111，波 17 形处于+5V 位置。十进制栏输入 2048，二进制栏输出 1000 0000 0000，波形处于 0V 位置。十进制栏输入 0，二进制栏输出 0000 0000 0000，波形处于-5V 位置。 Matlab 仿真仿真在传递函数 G(S)后的表达式中填写好传递函数的参数后（可参 照实例函数的样式） ，选好“仿真模式”(有四种模式：X-T 仿真，Bode 图仿真，根 轨迹仿真，极坐标仿真)后，点击“执行”后，通过 MATLAB 的后台数据处理，等待 几秒钟后将会在右边的图形框中显现此函数仿真的波形，供用户参考。如下图: （注释：（注释：用户在用 BodeChart 软件做幅频特性实验时，手动采集拟合后的波形图 可以和 Matlab 访真来对比） Bode 图实验图实验单击此按钮，可以直接调出做幅频特性的 Bode 图软件。如 下 2 图： 18 Bode 图软件如下： 脚本编程脚本编程 1.运行 THBDC-1 软件，并选择菜单中的系统脚本编程，即可 打开脚本编程器，如下图所示： 19 （1）点击“文件”-“新建”,用户可以在文本框内编写新的算法代码; (2) 点击“文件”-“打开”,用户可以在文本框内按照一定路径打开已有的算 法代码; (3) 点击“文件”-“保存”,用户可以将新的算法代码按一定的路径保存起来 ; (4)在“编辑”下有撤消.复制,剪切,粘贴的功能,这里不做具体说明; (5) 点击“调试”-“启动”,运行程序,并在示波器上输出波形; (6) 点击“调试”-“停止”,停止运行程序. (7) 点击“调试”-“步长设置”,将弹出一个对话框,可以设置步长.如下图: 20 (8) 在“语言”菜单下,有两中语言函数可以利用的.具体的如下第第八八,第第九九大条. 下面是具体的实验: 1. 使用导线，连接数据采集接口的AD1 和 DA1；并使用脚本编程器打开计算机控 制算法 VBS基本波形中的正弦波脚本；且在脚本编程器的菜单语言选择VBScript。 2. 将 AD 参数设置为：通道1，1KHz，并开始采集数据；打开脚本编程器的调试 菜单的启动菜单，运行脚本。即THBDC-1 虚拟示波器上观察到输出的正弦波。如下图： 3. 波形采集完成后，可选择脚本编程器调试菜单中的停止菜单，停止脚本输出。 注注意意：脚本编程器可通过修改调试菜单中的步长设置，修改单步步长；本脚 本编程器支持VBScript 和 JScript，其中 JScript 的操作步骤和VBScript 相似。 报告生成器报告生成器做实验时如果采用登陆模式，在上面就会显示对应的学号、 姓名（此姓名，学号是不可以更改的） ，在写实验报告中如果要用到实验中的 当前波形图，可以在对应参数区填入与当前实验相对应的参数,然后点击“保 存当前实验波形” ，如果还要保存其他实验波形的话，可以继续实验，同样在 对应参数区填入对应参数，然后点击“保存当前实验波形” ，实验完成后在报 告生成器窗口中填写实验类别、实验名称、实验目的、实验讨论结果和学生 所在班级,所有填写完之后点击“报告生成”，按一定的路径及以的格式来保 存报告。如果只要交电子稿，就以文件的形式发送到老师指定的路径文件中， 21 如果要打印提交的话，可以直接双击打开这份报告，在 word 中打印实验报告。 此报告生成器还有两个功能：一是点击“插入其他位图波形”，可以插入其 他波形与当前实验波形相比较；二是点击“可插入算法原代码”，可插入当 前实验算法的原代码，以便与实验相对照。(工具栏有快捷方式)如下 2 个图： （注（注：在安装 office2003 时，一定要选择完全安装，切记不要选择典型安装， 否则不能生成报告） 波形保存波形保存保存当前整个示波器窗口及波形，以 Bitmap 文件类型保存。 22 如下图： 波形打印波形打印如果电脑连了打印机的话，本软件有直接打印的功能，可以直 接打印出当前的主界面。在工具快捷栏也有打印机的图标，如下图： 退出退出实验完之后退出当前主界面。 23 二、示波器下的按钮功能二、示波器下的按钮功能 1、幅值自动、幅值自动 选择(点击一下,同时会出现表示符“”表示已经选上)：调整示波器窗口 始终随着波形的幅值满屏显示。取消（在选上的基础上在点击下，同 时表示符消失，表示已取消）：取消自动调整，同时弹出对话框，设 置最大，最小显示幅值。如下图： 2、时基自动、时基自动 选择：调整示波器窗口始终随着波形的时间满屏显示；取消：取消自动调 整。 24 3、暂停显示、暂停显示 选择：暂停显示；取消：取消自动调整。 3、波形同步、波形同步 选择：同步显示波形（注要：只有波形模式在 Plot X，Plot(X1,X2), Plot(X1+X2)种 模式下有效，其它模式不起作用）；取消：取消同步显示。 25 4、波形模式、波形模式 Chart X 单通道采集时，连续左移方式显示波形，同时在工具快捷方 式栏下方中央会显示波形模式,如下图； Plot X 单通道采集时，连续一屏一屏从左到有刷新显示波形，此时波 形显示长度就是缓存数据长度；单通道同步显示必须在此模式 下,如下图； 26 Chart(X1,X2)双通道时，分别显示。显示原理同 Chart X ； Plot(X1,X2)双通道时，分别显示。显示原理同 PlotX ； Chart(X1X2)双通道时，两波形叠加显示。显示原理同 Chart X ； Plot(X1X2)双通道时，两波形叠加显示。显示原理同 PlotX ； Plot(X1，X2)双通道时，X1 数值为时间轴，X2 为幅值轴。显示原理同 PlotX ； AmpSpectrum（幅值谱）信号的不同频率的幅度在频率序列上的表示， （注:一个方波信号）如下图： PowerSpectrum（功率谱）以 F（t）为电压在 1 欧姆电阻上不同频 率上能量消耗的分布。同时快捷工具栏下方中央会显示波 形模式,（注：接一个方波信号）如下图； 27 5、波形操作、波形操作 XY 轴放大 在此操作模式下，可以任意放大鼠标选定的矩形波形窗口 到满屏.此按钮在工具快捷方式栏也有显示,如下图: X 轴放大 在此操作模式下，可以任意放大鼠标选定的时间轴区域波 形到满屏。如下图: 28 Y 轴放大 在此操作模式下，可以任意放大鼠标选定的幅值轴区域波 形到满屏。如下图: 波形抓取 在此抄做模式下,可以抓取当前实验波形.如下图: 29 十字跟踪 在此操作模式下，示波器会弹出两跟踪线。用户可以用鼠 标拖动跟踪线到指定的位置，状态栏会实时显示跟踪线和波形交叉点的坐标位 置。如下图: 6、线型线型/点型点型 改变波形的形状。即线型时连线显示，点型时，点式显示。 30 7、波形复位、波形复位 复位放大缩小后的波形到原始状态。 8、基准复位、基准复位 复位控制区里的水平，基准按钮到初始状态。 31 9、波形清除、波形清除 清除当前实验波形，使得示波器窗口为空白，以便重新生成实验波形。 10、波形复制、波形复制 波形拷贝到粘贴板。 32 三、工具快捷栏其余按钮三、工具快捷栏其余按钮: 如下图 “开始”相当于“开始采集”的功能： “暂停” 使当前波形暂时停下来时，以便进行测量观察。要继续使波 形移动的话，可以点击“开始”。 33 “停止” 使波形停止下来，重新开始实验。 开始“系统”下的“信号发生器”的工具快捷方式如下图： 34 开始“系统”下的“脚本编程”的工具快捷方式如下图： 菜单栏“示波器”下“时基自动”的工具快捷方式。如果按钮陷下去， 表示已在当前状态。 35 菜单栏“示波器”下“X-t”和“X-Y”的工具快捷方式。如果按钮陷下去， 表示已在当前状态。在第七第七大条有具体实例。 四、帮助菜单下四、帮助菜单下 实验指导书实验指导书本软件直接提供了每个实验的电子文档，用户在做实验时， 可以 按照实验指导书的步骤进行操作。如下两图： 36 试验指导书包括了试验目的，试验设备，试验内容，实验结果等（注：工具栏 有快捷式）： 如下图所示。 软件使用说明书软件使用说明书包括 THBDC-1 软件安装和使用说明，及 Bode 图软件使用 说明书。如下 2 图： 37 五、五、参数与操作区的一些按钮功能参数与操作区的一些按钮功能 通道选择通道选择 选择 AD 采集的通道（通道 1 为 USB 采集卡的 1 通道，通 道 12 为 USB 采集卡的 1 和 2 通道，此时双通道采集，每个通道的实际采样 频率为设置采样频率的一半）。 采样频率采样频率设置采集卡的采样频率（注要：单位是 K，即最小为 1000Hz，最大可以达到 250KHz）。采集卡的默认增益系数为 1。 分频系数分频系数波形在 Chart 模式时，可以任意调节采样频率。该原理是等间 隔均匀丢弃数据点。也即相当于降低了采样频率，该功能特点是不需要停止采 集，随着滑动按钮的调节，可以马上看到调节结果。主要用在实验时对象信号 频率很低，而实验又需要显示整个实验波形过程，这时通过滑动按钮可以调到 合理的波形。（值 1 对应无分频，值 20 对应每缓存长度数据只显示 1 点）。 窗口长度窗口长度调节 Chart 模式时的波形历史数据长度。 基准平移基准平移可以逻辑设置幅值的平移增量。双通道采集时可以用来分段 38 显示波形。 基准增益基准增益可以逻辑设置幅值的比例系数。 水平微调水平微调开始测量之前，如果波形不在零点位置，可以调此微调，使 波形处于零点位置。每一格代表 0.01，调节范围在-0.1 到 0.1 共 0.2 的范围。 （注注：此水平微调在窗口最大化时，才会显示出来） 六、六、状态区的各栏注释状态区的各栏注释 状态栏第一格为系统运行状况信息栏，第二栏为当前波形实时分析的频率 值（注要：双通道时，是指第一通道波形的频率），第三栏第四栏为十字跟踪 时，跟踪线 X1 与波形相交点的时基坐标值和幅值坐标值。第五栏和第六栏为十 字跟踪时，跟踪线 X2 与波形相交点的时基坐标值和幅值坐标值。第七栏第八栏 为跟踪线 X2 与跟踪线 X1 的坐标值差，第九栏为|X2-X1|坐标值差的倒数。当 X1X2 刚好对应一个波形时，该倒数即为该波形的频率。 七、工具栏中的七、工具栏中的 X-t，X-Y 的使用的使用 1、X-t 的使用的使用 1.1 采用实验台上的通用实验单元，组建一个惯性环节，如下图所示： 电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，Ro=200K，C=1uF；将 Ui 端连接到阶 跃信号输出端，Uo 端连接到数据采集口单元的 AD1，且阶跃信号的输出幅值为 2V； 1.2 从开始菜单处打开软件界面“THBDC-1”，打开后软件界面如下图所示： 39 1.3 将窗口长度的指针移向大，点击开始采集按钮，并按下阶跃按钮，输出 2V 的阶跃信号，即可记录如下图所示： 注意：在注意：在 X-tX-t 视图下，也可以采用双通道观察，具体操作步骤和单通道观察实视图下，也可以采用双通道观察，具体操作步骤和单通道观察实 验波形一致。验波形一致。 2、X-Y 的使用的使用 2.1 按照下图所示，连接实验电路： 40 将 r(t)连接到数据采集接口的 AD1 和低频函数信号发生器的正弦波输出端，c(t) 端连接到数据采集接口的 AD2。 2.2 打开 THBDC-1 软件，将 AD 参数设置为：通道选择：通道(1-2)，采样频 率：50；点击开始采集按钮，并选择菜单中的示波器选项波形模式Chart XY， 打开函数信号发生器的开关，输出正弦波，即可得到 X-Y 图： 八八、VBScript 函数说明函数说明 1. 初始化函数：Initialize(arg) 调用方法：sub Initialize(arg) 2. 算法运行函数：TakeOneStep (arg) 调用方法：sub TakeOneStep (arg) 3. 退出函数：Finalize (arg) 调用方法：sub Finalize (arg) 4. 模拟量输出函数：WriteData voltage , channels 调用方法：WriteData 0 ,1；此函数表明模拟量输出通道DA1 输出 0V。 5. 模拟量测量函数：ReadData(channels) 调用方法：ReadData(1)；此函数表明模拟量采集通道为AD1。 6. 数字量输出函数：SetDO sign , channels 41 调用方法：SetDO TURE，1；此函数表明数字量输出DO1 为 1；sign 的状态有 TURE 和 FALSE。 7. 转速测量函数：GetFS 调用方法：GetFS；此函数用于测量第一通道的输入信号频率。 九九、J JS Sc cr ri ip pt t 函函数数说说明明 1. 初始化函数：Initialize(arg) 调用方法：function Initialize(arg) 2. 算法运行函数：TakeOneStep (arg) 调用方法：function TakeOneStep (arg) 3. 退出函数：Finalize (arg) 调用方法：function Finalize (arg) 4. 模拟量输出函数：WriteData （voltage , channels） 调用方法：WriteData （0 ,1） ；此函数表明模拟量输出通道DA1 输出 0V。 5. 模拟量测量函数：ReadData(channels) 调用方法：ReadData(1)；此函数表明模拟量采集通道为AD1。 6. 数字量输出函数：SetDO （sign , channels） 调用方法：SetDO （1，1） ；此函数表明数字量输出DO1 为 1（TURE） ；sign 的状态有1（TURE）和 0（FALSE）两种。 7. 转速测量函数：GetFS 调用方法：GetFS；此函数用于测量第一通道的输入信号频率。 十十、脚脚本本编编程程流流程程图图 42 结束 Initialize(arg) TakeOneStep (arg) 控制算法 循环判断 Finalize (arg) Y Y 开始 43 第三节第三节 BodeBode 软件的使用说明软件的使用说明 从开始菜单处找到“THBDC-1“ 打开软件界面“BodeChart“，还有一种打开方式是从 THBDC 菜单栏里面“系 统Bode 图实验”打开，打开之后软件界面如下图所示。 幅频特性窗口 状态区 信号输出和 采集控制区 菜单栏 44 如果 USB 采集卡驱动没有装好或者 usb 线没有连接，启动时都会弹出警告 对话框如下图所示。用户最好关闭连接好后，再重新启动。 正确打开之后，先熟悉各个按钮，如下介绍: 一、在文件菜单下：一、在文件菜单下： 重新实验重新实验如果实验效果不好,或者参数设错,可以点击“重新实验”，即 重新 开始，如下图： 波形打印波形打印实验完后,要打印此实验结果,可以直接点击“波形打印”。 45 THBDC-1点击此按钮，则将返回 THBDC 软件的登入窗口。如下 2 图： 46 退出退出关闭当前窗口，退出 Bode 图。 二、在操作菜单下：二、在操作菜单下： 折线生成折线生成在手动采集下，把所需点采完之后，点击“折线生成”，则 会把显示区的点依次连接起来。（同时折线生成的快捷方式如下图：） 曲线拟合曲线拟合按照所采集到的点，它会尽量的把这些点以光滑的曲线连接 起来。 47 波形拷贝波形拷贝波形拷贝到粘贴板 波形清除波形清除清除此当前实验波形，以便重新做实验。 48 坐标自动坐标自动调整幅频特性窗口始终随着波形的幅值满屏显示。 波形恢复波形恢复复位放大缩小后的波形到原始状态，如下图： 49 波形测量波形测量在此操作模式下，示波器会弹出两跟踪线。用户可以用鼠标 拖动跟踪线到指定的位置，状态栏会实时显示跟踪线和波形交叉点的坐 标位置。如下图 波形抓取波形抓取在此操作模式下,可以抓取当前实验波形.如下图: 50 三、三、状态区的各栏注释状态区的各栏注释 状态栏第一栏为前波形实时分析的输出频率值，第二栏为当前波形测量频率值， 第三栏为角频率即幅频特性窗口的横轴，第四栏为幅值比，第五栏为采集进度即用 户在做手动采集实验时可以察看这栏，一般采集的最佳时间在“数据采集”的显示 百分比为 70%90%之间。第六栏第七栏为波形测量十字跟踪时，跟踪线 X1 与波形 相交点的时角频率和幅值坐标值。 初步了解了软件界面的情况之后，下面进行实验操作。 实验前请检查：是否将实验电路的输入端和数据采集的 A/D 的第一通道并联，并 且连接到正弦波信号的输出端。 1、手动方式步骤如下：、手动方式步骤如下： （1）点击开始采集:开启硬件数据的采集。 （2）调节信号源到起始频率，如 0.2Hz，等待到信号源信号稳定后，点击手动单 采，等待，软件即会自动完成该频率点的频率，幅值比分析，并单点显示在波形窗 口上。 （3）继续增加调节信号源频率（如 0.3Hz） ，等信号源信号稳定后，点击手动单 采，等待，软件即会自动完成该频率点的频率，幅值比分析，并单点显示在波形窗 口上。 （4）继续第 2 步骤，一直到关键频率点都完成。 （5）点击停止采集，结束硬件采集任务。 （6）点击曲线拟合或者折线连接，完成波特图的幅频特性图。 （7）保存波形到画图板或者直接打印，即完成实验。 51 下面举例说明手动测量：下面举例说明手动测量： （1）按照下图所示，连接实验电路： 具体的实验参数如图所示，并将低频函数信号发生器的输出端连接到电路的 r(t)端，地与实验台的地线连接起来，数据采集接口单元的 AD1 端连接到电路的 c(t) 端。并将波形选择为正弦波输出，Vp-p 为 8V，频段选择为 f1， （2） 运行 BodeChart 软件，并设置 AD 配置参数：通道号：通道（1-2）， 采样频率：1000； （3） 等待输出波形稳定，一般采集进度处于 50%左右；点击手动单采按钮， 并等待波形的采集完成。 52 （4） 重复步骤3，多次增大函数信号发生器的输出波形频率，并采集不同频 率点的 Bode 图相关参数。 （5） 在输出频率大于2Hz，先点击停止采集按钮，修改采样频率为5000；修 改完毕后，点击开始采集按钮，继续单点采集数据。最后可得实验曲线。如下图 所示： 注意事项：注意事项： 1、实验前请检查：是否将实验电路的输入端和数据采集的 A/D 的第一通道并联， 53 并且连接到正弦波信号的输出端。 2、正弦波信号采用 0.2Hz100Hz，且 Vp-p 为 8.09.5V。 3、点击“手动单采”按钮最佳时间为“数据采集”的显示百分比为 70%90% 之间。 4、修改采样频率时，先点击“停止采集”按钮，修改采样频率后，点击“开始 采集” 钮，继续测量 Bode 图的关键点； 5、正弦波的频率与采样频率的关系如下： 6、正弦波的频率低于 1Hz 的时，采样频率为 1000Hz； 正弦波的频率在 1Hz 到 10Hz 的时，采样频率为 5000Hz； 正弦波的频率在 10Hz