实验7 最少拍控制算法的探究

实验7 最少拍控制算法的研究

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样点间纹波的形成；

二、实验设备

1．THBCC-1型 信号与系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、线和USB 电缆线各1根)

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分环节的二最少拍无纹波控制，并通过混合仿真实验，观察该闭环控制系统输出点间纹波的消除。

四、实验原理

在离散控制系统中，通常把一个采样周期称作一拍。最少拍系统，也称为最小调整时间系统或最快响应系统。它是指系统对应的输入具有最快的响控量能经过最少采样周期达到设定值，且稳态对系统的闭环脉冲传递函数)(z φ提出了较为苛刻的要求，即其极点应位于Z 平面的坐标点处。

1．最少拍控制算法

计算机控制系统的方框图为：

图7-1 最少拍计算机控制原理方框图

根据上述方框图可知，有限拍系统的闭环脉冲传递函数为：

随动系统的调节时间也就是系统误差)(1kt e 达到零或为一恒值所需的时间，由Z 变换定义可知

有限拍系统就是要求系统在典型的输入信号作用下，当N K ≥时，)(1kT e 恒为零或恒为一常量。N 为尽可能小的正整数，为了实现这个目标，对不同的输入信号，必须选择不同的)(z e φ传递函数，由理论分析得：

2．等速输入下最控制器的设计

对于一二阶受控对象加零阶保持器后对象的传递函数为：

按等速输入下最差系统设计的控制器，在等速输入可使闭环系统的输出在第二拍（即两个采样周期）跟上，此后在采达到无差。但对于其它典型输入的适应性较差。

4．等速输入下波控制器的设计

按最少拍无差系统设计，最到采样点上无偏差，而不能保证相邻两采样点间无纹波。最少拍无纹波设计，不仅要做到采样点上无偏差，而且要做到采样点间无纹波。

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；

2、脚本程序运行

2.1启动计算机，在桌面双击图标“THBCC-1”，运行实验软件；

2.2点击虚拟示波器界面上的“开始采集”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“计算机控制算法算机控制技术“最少拍算法(无纹波图7-1输出端与辑器窗口，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.