计算机控制 最小拍实验报告

重庆邮电大学

自动化学院

计算机控制实验报告

学院：自动化

学生姓名：魏波

专业：电气工程与自动化班级：0830903

学号：2009212715

最小拍控制系统

一、实验目的

1、掌握最小拍有纹波控制系统的设计方法。

2、掌握最小拍无纹波控制系统的设计方法。

二、实验设备

PC机一台，TD-+

ACC实验系统一套，i386EX系统板一块

三、实验原理及内容

典型的最小拍控制系统如图其中D(Z)为数字调节器，G(Z)为包括零阶保持器在内的广义对象的Z传递函数，Φ(Z)为闭环Z传递函数，C(Z)为输出信号的Z传递函数，R(Z)为输入信号的Z传递函数。R为输入，C为输出，计算机对误差E定时采样按D(Z)计算输出控制量U(Z)。图中K=5。

闭环Z传递函数

1、最小拍有纹波系统设计

2、最小拍无纹波设计

有纹波系统虽然在采样点上的误差为零，但不能保证采样点之间的误差值为零，因此存在有纹波现象。无纹波系统设计只要使U（Z）是1 Z的有限多项式，则可以保证系统输出无纹波。

四、实验线路图

(2)D(Z)算法

采样周期T=1S ，E(Z)为计算机输入，U(Z)为输出，有： D(Z)=)

Z (E )

Z (U =

3

322113322110Z P Z P Z P 1Z K Z K Z K K ------++++++

式中Ki 与Pi 取值范围：-0.9999～0.9999，计算机分别用相邻三个字节存储其BCD 码。最低字节符号，00H 为正，01H 为负。中间字节存前2位小数，最高字节存末2位小数。例有系数0.1234，则内存为：

地址 内容 2F00H 00H 2F01H 12H 2F02H 34H

系数存储安排如表5—1。

表5—1

0101H 010DH 0102H K 0 010EH P 1 0103H 010FH 0104H 0110H

0105H K10111H P2

0106H 0112H

0107H 0113H

0108H K20114H P3

0109H 0115H

010AH

010BH K3

010CH

将D(Z)式写成差分方程，则有：

U K=K0E K+K1E K-1+K2E K-2+K3E K-3-P1U K-1-P2U K-2-P3U K-3

式中E K～E K-3，误差输入；U K～U K-3，计算机输出。

计算机运算溢出处理，当计算机控制输出超过00H～FFH时(对应于模拟量-5V～+5V)，则计算机输出相应的极值00H或FFH，同时在相应的内存单元也存入极值。

(3)模拟电路的参数整定

被控对象有模拟电路，电路中所接电阻、电容参数有一定误差，所以应加以整定，可先整定惯性环节，再整定积分环节，应使二者串联时尽量接近所给传递函数。整定方法参见注1。

(4)接线

8253 2#输出OUT2信号，经单稳整形，正脉冲打开采样保持器的采样开关，负脉冲启动A/D变换器。

系统误差信号E→U4、IN2、U14、OUT2→U15、IN7：采样保持器对系统误差信号进行采样，将采样信号保持并输出给A/D第7路输入端。

计算溢出显示部分：图5—2虚框内。当计算控制量的结果溢出时，计算机给口B的PB17输出高电平，只要有一次以上溢出便显示。这部分线路只为观察溢出而设，可以不接，对于控制没有影响。

图1

数字控制器的实现

数字控制球的参考流程图

(5)采样周期T

CPU的8253产生定时信号，定时10ms，采样周期T为：

T=T K×10ms

T K需事先送入2F60H单元，取值范围：01H～FFH，对应的范围：10ms～2550ms。例如当T=1S，有：

T K =

01

.01

)s (01.0)s (T =

=100=64H

3.实验内容与步骤

(1)按图2连线，S 11置方波档，S 12置下档，调W12使U1单元的OUT 端输出为2.5V 的方波，调W11约为6S 。装入程序TH5-1，0100F 单元存入64H （E0100↙）。

(2)按要求计算D(E)各系数，送入内存2F00H ～2F14H 单元，具体推导过程见有关计算控制技术教材。（其中，K0＝0.5434、K1＝-0.7434、K2＝0.2000、K3＝0、P1＝-0.2826、P2＝-0.7174、P3＝0）。

(3)用示波器观察输入R 波形，在输入R 为零时启动最小拍程序(G=F000:15E6↘)，对照阶跃输出R 观察输出C ，应有以下波形(见图5—4)，输出经过一拍后，在采样点上跟踪输入误差输出为：

E(Z)=Φe(Z)R(Z)=(1-Z -1)·

5.2Z 15.21

=--

即一拍后进行跟踪，偏差保持为零。

而从控制量的输出 Y(Z)=D(Z)E(Z) =2.5×

1

1Z

717.01Z 2.05435.0--+-

=1.3590-1.4744Z -1+1.0571Z -2-0.7580Z -3+0.5435Z -4-0.3897Z -5

可见，控制量在一拍后并未进入稳态(常数为零)，而是在不停地波动，从而使连续部分的输出在采样点之间存在纹波。

五、实验结果

六、总结

最小拍控制系统对输入形势的适应性差，当系统的输入形势改变，尤其是存在随机扰动时，系统的性能变坏。最小拍控制系统对参数变化很敏感，在实验过程中，随着外部条件的变化，对象参数的变化是不可避免的，以及计算机在计算过程中产生的误差，从而使得实际输出可能偏离期望值。