THKKL5型 实验指导书.doc_第1页
THKKL5型 实验指导书.doc_第2页
THKKL5型 实验指导书.doc_第3页
THKKL5型 实验指导书.doc_第4页
THKKL5型 实验指导书.doc_第5页
已阅读5页,还剩22页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

THKKL5型 实验指导书 一、实验目的1通过实验了解实验系统的结构与使用方法;2通过实验了解模拟量通道中模数转换与数模转换的实现方法。 二、实验设备1THKKL-5型控制理论计算机控制技术实验箱2THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根)3PC机1台(含软件“THKKL-5”) 三、实验内容1输入一定值的电压,测取模数转换的特性,并分析之;2在上位机输入一十进制代码,完成通道的数模转换实验。 四、实验步骤1启动实验箱的“电源总开关”,打开 5、15V电源。 将“阶跃信号发生器”单元输出端连接到“数据采集接口单元”的“AD1”通道,同时将采集接口单元的“DA1”输出端连接到接口单元的“AD2”输入端;2将“阶跃信号发生器”的输入电压调节为1V;3启动计算机,在桌面双击图标“THKKL-5”软件,在打开的软件界面上点击“开始采集”按钮;4点击软件“系统”菜单下的“AD/DA实验”,在AD/DA实验界面上点击“开始”按钮,观测采集卡上AD转换器的转换结果,在输入电压为1V(可以使用面板上的直流数字电压表进行测量)时应为00001100011101(共14位,其中后几位将处于实时刷新状态)。 调节阶跃信号的大小,然后继续观察AD转换器的转换结果,并与理论值(详见本实验附录)进行比较;5根据DA转换器的转换规律(详见本实验附录),在DA部分的框中输入一个十进制数据(如2457,其范围为04095),然后虚拟示波器上观测DA转换值的大小;6实验结束后,关闭脚本器窗口,退出实验软件。 五、附录1数据采集卡本实验箱采用了THBXD数据采集卡。 它是一种基于USB总线的数据采集卡,卡上装有14Bit分辨率的A/D转换器和12Bit分辨率的D/A转换器,其转换器的输入量程均为10V、输出量程均为5V。 该采集卡为用户提供4路模拟量输入通道和2路模拟量输出通道。 其主要特点有1)支持USB1.1协议,真正实现即插即用2)400KHz14位A/D转换器,通过率为350K,12位D/A转换器,建立时间10s3)4通道模拟量输入和2通道模拟量输出4)8K深度的FIFO保证数据的完整性5)8路开关量输入,8路开关量输出2AD/DA转换原理数据采集卡采用“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)正满度正满度1LSB01111111111110中间值(零点)00000000000000负满度+1LSB1000000000000110000000000000011111111111111FFF163831FFE1638200008192xx1负满度而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20000输入正满度正满度1LSB D/A数据编码111111111111111111111110中间值(零点)负满度+1LSB100000000000000000000001负满度0000000000003编程实现测试信号的产生利用上位机的“脚本编程器”可编程实现各种典型信号的产生,如正弦信号,方波信号,斜坡信号,抛物线信号等。 其函数表达式分别为1)正弦信号)sin(?+t=Ay,2=T2)方波?=TtTTtAy11003)斜坡信号?=TtTTtaty1100,a为常量4)抛物线信号?3then波形限幅tx=0end ifWriteData op,1数据从采集卡的DA1端口输出end subsub Finalize(arg)退出函数WriteData0,1end sub通过改变变量tx、a的值可改变抛物线的上升斜率。 其它典型信号的编程请参考“THKKL-5”安装目录下的“计算机控制算法VBS基本波形”目录内参考示例程序。 实验四数字PID调节器算法的研究 一、实验目的1学习并熟悉常规的数字PID控制算法的原理;2学习并熟悉积分分离PID控制算法的原理;3掌握具有数字PID调节器控制系统的实验和调节器参数的整定方法。 二、实验设备1THKKL-5型控制理论计算机控制技术实验箱2THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根)3PC机1台(含软件“THKKL-5”) 三、实验内容1利用本实验箱,设计并构成一个用于混合仿真实验的计算机闭环实时控制系统;2采用常规的PI和PID调节器,构成计算机闭环系统,并对调节器的参数进行整定,使之具有满意的动态性能;3对系统采用积分分离PID控制,并整定调节器的参数。 四、实验原理在工业过程控制中,应用最广泛的控制器是PID控制器,它是按偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)组合而成的控制规律。 而数字PID控制器则是由模拟PID控制规律直接变换所得。 在PID控制规律中,引入积分的目的是为了消除静差,提高控制精度,但系统中引入了积分,往往使之产生过大的超调量,这对某些生产过程是不允许的。 因此在工业生产中常用改进的PID算法,如积分分离PID算法,其思想是当被控量与设定值偏差较大时取消积分控制;当控制量接近给定值时才将积分作用投入,以消除静差,提高控制精度。 这样,既保持了积分的作用,又减小了超调量。 五、实验步骤1实验接线1.1按图4-1和图4-2连接一个二阶被控对象闭环控制系统的电路;1.2该电路的输出与数据采集卡的输入端AD1相连,电路的输入与数据采集卡的输出端DA1相连;1.3待检查电路接线无误后,打开实验平台的电源总开关,并将锁零单元的锁零按钮处于“解锁”状态。 2脚本程序运行2.1启动计算机,在桌面双击图标“THKKL-5”,运行实验软件;2.2顺序点击虚拟示波器界面上的“”按钮和工具栏上的“”按钮(脚本编程器);2.3在脚本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数字PID调器算法”文件夹下选中“位置式PID”脚本程序并打开,阅读、理解该程序,然后点击脚本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100ms;2.4点击脚本器窗口的调试菜单下“启动”;用虚拟示波器观察图4-2输出端的响应曲线;2.5点击脚本器的调试菜单下“停止”,利用扩充响应曲线法(参考本实验附录4)整定PID控制器的P、I、D及系统采样时间Ts等参数,然后再运行。 在整定过程中注意观察参数的变化对系统动态性能的影响;2.6参考步骤2. 4、2.4和2.5,用同样的方法分别运行增量式PID和积分分离PID脚本程序,并整定PID控制器的P、I、D及系统采样时间Ts等参数,然后观察参数的变化对系统动态性能的影响。 另外在积分分离PID程序运行过程中,注意不同的分离阈值tem对系统动态性能的影响;2.7实验结束后,关闭脚本器窗口,退出实验软件。 六、实验报告要求1绘出实验中二阶被控对象在各种不同的PID控制下的响应曲线。 2编写积分分离PID控制算法的脚本程序。 3分析常规PID控制算法与积分分离PID控制算法在实验中的控制效果。 七、附录1被控对象的模拟与计算机闭环控制系统的构成图4-1数-模混合控制系统的方框图图中信号的离散化通过数据采集卡的采样开关来实现。 被控对象的传递函数为)15.0)(1 (5)2)(1 (10)(+=+=ssssSG它的模拟电路图如下图所示图4-2被控二阶对象的模拟电路图2常规PID控制算法常规PID控制位置式算法为)1()()()()(1=i?+=kdipkekeTTieTTkekku对应的Z传递函数为)(D(Z)=ZE)1 (11)(11?+?+=ZKzKKzUdiP式中Kp-比例系数TK积分系数,T采样周期Ki=ipTKdTTKdp微分系数其增量形式为)2()1 (2)()()1()()1()(?+?+?+?=kekekeKkeKkekeKkukudip3积分分离PID控制算法系统中引入的积分分离算法时,积分分离PID算法要设置分离阈E0当e(kT)E0时,采用PID控制,以保持系统的控制精度。 当e(kT)E0时,采用PD控制,可使p减小。 积分分离PID控制算法为=j?+=kdiepkekeKjTeKKkeKku0)1()()()()(式中Ke称为逻辑系数当e(k)E0时,Ke=1当e(k)E0时,Ke=0对应的控制方框图为图4-3上位机控制的方框图图中信号的离散化是由数据采集卡的采样开关来实现。 4数字PID控制器的参数整定在模拟控制系统中,参数整定的方法较多,常用的实验整定法有临界比例度法、阶跃响应曲线法、试凑法等。 数字控制器参数的整定也可采用类似的方法,如扩充的临界比例度法、扩充的阶跃响应曲线法、试凑法等。 下面简要介绍扩充阶跃响应曲线法。 扩充阶跃响应曲线法只适合于含多个惯性环节的自平衡系统。 用扩充阶跃响应曲线法整定PID参数的步骤如下数字控制器不接入控制系统,让系统处于开环工作状态下,将被调量调节到给定值附近,并使之稳定下来。 记录被调量在阶跃输入下的整个变化过程,如下图所示。 在曲线最大斜率处作切线,求得滞后时间和被控对象时间常数Tx,以及它们的比值Tx/,然后查下表确定控制器的KP、Ki、Kd及采样周期T。 控制度控制律T KP Ti Td1.05PI0.10.84Tx/0.34PID0.051.15Tx/2.00.451.2PI0.20.78Tx/3.6PID0.161.0Tx/1.90.551.5PI0.50.68Tx/3.9PID0.340.85Tx/1.620.82扩充阶跃响应曲线法通过测取响应曲线的、Tx参数获得一个初步的PID控制参数,然后在此基础上通过部分参数的调节(试凑)使系统获得满意的控制性能。 5位置式PID数字控制器程序的编写与调试示例dim pv,sv,ei,K,Ti,Td,q0,q1,q2,mx,pvx,op变量定义sub Initialize(arg)初始化函数WriteData0,1mx=0pvx=0end subsub TakeOneStep(arg)算法运行函数pv=ReadData (1)采集卡AD1通道的测量值sv=2给定值K=0.8比例系数P Ti=5积分时间常数I Td=0微分时间常数D Ts=0.1采集周期ei=sv-pv控制偏差q0=K*ei比例项if Ti=0then mx=0q1=0else mx=K*Ts*ei/Ti当前积分项end if q2=K*Td*(pvx-pv)/Ts微分项q1=q1+mx ifq14.9then积分限幅,以防积分饱和q1=4.9end ififq1-4.9then q1=-4.9end ifpvx=pvpvx为测量值的前项op=q0+q1+q2PID控制器的输出if op=4.9then op=4.9end ifWriteData op,1输出值给DA1通道end subsub Finalize(arg)退出函数WriteData0,1end sub位置式PID、积分分离PID控制算法的编程请参考“THKKL-5”安装目录下的“计算机控制算法VBS计算机控制技术基础算法数字PID调器算法”目录内参考示例程序。 实验五串级控制算法的研究 一、实验目的1熟悉串级控制系统的原理,结构特点;2熟悉并掌握串级控制系统两个控制器参数的整定方法。 二、实验设备1THKKL-5型控制理论计算机控制技术实验箱2THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根)3PC机1台(含软件“THKKL-5”) 三、实验内容1设计一个具有二阶被控对象的串级控制系统,并完成数-模混合仿真。 2学习用逐步逼近法整定串级控制系统所包含的内,外两环中PI控制器的参数。 四、实验原理计算机串级控制系统的原理方框图如图5-1所示图5-1串级控制系统方框图串级控制系统的主要特点是在结构上有两个闭环。 位于里面的闭环称为副环或副回路,它的给定值是主调节器的输出,即副回路的输出量跟随主调节器的输出而变化。 副回路的主要作用是 (1)能及时消除产生在副回路中的各种扰动对主控参量的影响; (2)增大了副对象的带宽,从而加快了系统的响应。 在外面的那个闭环称为主环或主回路,它的控制作用是不仅实现主控参量c(t)最终等于给定值r(t),而且使c(t)具有良好的动态性能。 图5-1中信号的离散化是通过数据采集卡的采样开关来实现的,D1(Z)、D2(Z)是由计算机实现的数字调节器,而其控制规律用得较多的通常是PID调节规律。 五、实验步骤1实验接线1.1根据图5-1与5-2,连接一个二阶被控对象闭环控制系统的模拟电路;1.2用导线将图5-2的“u1”输出点与数据采集卡的输入端“AD1”相连,“u2”输出点与数据采集卡的输入端“AD2”相连,该电路的输入端则与数据采集卡的输出端“DA1”相连;1.3待检查电路接线无误后,打开实验箱的电源总开关,并将锁零单元的锁零按钮处于“解锁”状态。 2脚本程序运行2.1启动计算机,在桌面双击图标“THKKL-5”,运行实验软件;2.2顺序点击虚拟示波器界面上的“”按钮和工具栏上的“”按钮(脚本编程器);2.3在脚本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“串级控制”脚本程序并打开,阅读、理解该程序,然后点击脚本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100ms;2.4点击脚本器窗口的调试菜单下“启动”;用虚拟示波器观察图5-2中u 1、u2输出端各自的响应曲线。 然后用逐步逼近法(参考本实验附录3的参数整定)整定串级控制系统的主调节器和副调节器相应的P、I、D参数。 在整定过程中,注意观察参数的变化对系统动态性能的影响;2.5将串级控制的脚本程序语句“WriteData op1,1”中的op1(加副控制器时)输出改为op(不加副控制器时)输出,然后重复操作步骤2.4,并比较加副控制器前后被控参数的控制效果;2.6实验结束后,关闭脚本器窗口,退出实验软件。 六、实验报告要求1绘出实验中二阶被控对象的模拟电路图;2根据串级控制器的算法编写脚本程序;3绘制实验中被控对象的输出波形。 七、附录1被控对象的传递函数及模拟电路被控对象的传递函数与模拟电路图如图5-2所示。 其传递函数为5()(0.51) (21)G SSS=+2常规的PI控制算法常规的PI控制律为)(1)()(0+=tipdeTteKtu对于用一阶差分法离散后,可以得到常规数字PI的控制算法)()T1()()1()(kIekekepkuku+?+?=这里P、I参数分别为pKP=,ipTKI=图5-2二阶受控对象的模拟电路图3逐步逼近整定法的整定步骤1)外环断开,把内环当作一个单闭环控制系统,并按单闭环控制系统的PID控制器参数的整定方法,整定内环PID控制器的参数。 2)将内环PID控制器参数置于整定值上,闭合外环。 如把内环当作外环中的一个等效环节,则外环又成为一个单闭环控制系统,再按单闭环控制系统的PID控制参数的整定方法(如扩充响应曲线法),整定外环PID控制器的参数。 3)将外环PID控制参数置于整定值上,闭合外环,再按以上方法整定内环PID控制器的参数。 至此,完成了一次逼近循环。 如控制系统性能已满足要求,参数整定即告结束。 否则,就回到步骤2)。 如此循环下去,逐步逼近,直到控制系统的性能满足要求为止。 4串级控制程序的编写与调试示例dim pv,sv,ei,ex,ey,K,Ti,Td,q0,q1,q2,op dim pv2,sv2,ei2,ex2,ey2,K2,Ti2,Td2,q20,q21,q22,op1变量定义sub Initialize(arg)初始化函数WriteData0,1WriteData0,2end subsub TakeOneStep(arg)算法运行函数pv=ReadData (1)采集卡AD 1、2通道的测量值pv2=ReadData (2)sv=2给定值K=1比例系数PTi=3积分时间常数I Td=0微分时间常数D K2=1.2Ti2=1Td2=0Ts=0.1采集周期*主控制回路*ei=sv-pv控制偏差q0=k*(ei-ex)比例项if Ti=0then q1=0else q1=K*Ts*ei/Ti积分项end ifq2=k*td*(ei-2*ex+ey)/Ts微分项ey=ex ex=ei op=op+q0+q1+q2if op4.9then对主调节器的输出值进行限幅op=4.9end ifif op4.9then对副调节器的输出值进行限幅op1=4.9end ifif op1-4.9then op1=-4.9end ifWriteData op1,1输出值给DA1通道end subsub Finalize(arg)退出函数WriteData0,1end sub实验六解耦控制算法的研究 一、实验目的1学习并熟悉多变量耦合系统的结构及特点;2掌握一种常用的多变量系统解耦控制算法的设计和实现方法。 二、实验设备1THKKL-5型控制理论计算机控制技术实验箱2THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根)3PC机1台(含软件“THKKL-5”) 三、实验内容1利用实验箱,用前馈补偿解耦法设计一已知的双输入,双输出有耦合被控对象的解耦控制系统(可参考本实验附录),并完成它的混合仿真。 2熟悉解耦控制系统的控制器参数调试方法。 3对系统引入解耦装置前后的性能作比较。 四、实验原理在现代工业设备(过程)中,其输入量和输出量往往是多个,且它们相互间有耦合作用,相互影响。 对于这类多变量有耦合的被控对象如按单输入-单输出系统的设计,一般难于实现良好的控制效果。 为此,人们在按单回路系统设计前,先设计一个解耦装置,以消除对象输入-输出间不需要的耦合关系,使各个控制量只控制自己针对的那个被控制量,对其它的被控制量不产生任何影响,这就是解耦控制的基本设计思路,它的数学理论是矩阵对角化。 下面为一个双输入-双输出有耦合的被控对象结构图。 图6-1双输入-双输出相互耦合对象的结构方框图图中C 1、C2为系统的两个受控量,m 1、m2为它们的控制量。 由图可看知,m1除影响C1外,对C2也有影响;同样m2对C 2、C1也均有影响。 系统中存在的这种耦合关系往往导致系统不能正常工作。 解耦装置常用的设计方法有对角线矩阵法、单位矩阵法、前馈补偿法。 这里用前馈补偿法进行设计,对应系统的方框图如图6-2所示。 图6-2加入解耦装置后系统的方框图由图6-2不难看出,为了消除上述耦合的影响,所设的解耦装置应满足下列的关系式0)()()(21122211=+SGuSGSDu,m1=u1+u12 (1)0)()()(12211122SGuSGSDu,m2=u2+u21 (2)由式 (1)、 (2)可得)()()(212221SGSGSD?= (3) (11) (12)(12SGSGSD?= (4)故解耦装置的传递函数阵为?=) (211)(SDSD?1)(12SD=?) (22)(211SGSG?1) (11)(12SGSG经前馈补偿解耦以后,两输入、两输出连续控制系统的方块图将等价于如图6-3所示的两个相互独立的单闭环控制系统。 图6-3加解耦装置后受控系统的等价方框图 五、实验步骤1实验接线1.1根据图6-4连接双输入、双输出有耦合被控对象的模拟电路;1.2用导线将该电路的输出“C1”与数据采集卡的输入端“AD1”相连,输出“C2”与数据采集卡的输入端“AD2”相连,而电路两个输入端“m1”、“m2”则分别与数据采集卡的输出端“DA1”、“DA2”相连;1.3待检查电路接线无误后,打开实验平台的电源总开关,并将锁零单元的锁零按钮处于“解锁”状态。 2脚本程序运行2.1启动计算机,在桌面双击图标“THKKL-5”,运行实验软件;2.2顺序点击虚拟示波器界面上的“”按钮和工具栏上的“”按钮(脚本编程器);2.3在脚本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“解耦控制”脚本程序并打开,阅读、理解该程序,然后点击脚本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100ms;2.4点击脚本器窗口的调试菜单下“启动”;用虚拟示波器观察图6-4中输出端C 1、C2的响应曲线;2.5修改PID算法中的P、I参数,重复步骤2.4,然后与步骤2.4的实验结果相比较;2.6点击脚本器的调试菜单下“停止”,让参考程序中的d12=0,d21=0,再点击“启动”按钮。 用示波器观察图6-4中输出端C 1、C2的响应曲线。 并与步骤2.4的操作相比较,对比解耦装置加入前后的响应曲线;2.7实验结束后,关闭脚本器窗口,退出实验软件。 六、实验报告1画出双输入、双输出被控对象的电路图;2根据解耦装置及PID控制器的算法编写脚本程序;3画出解耦装置加入前后被控对象两输出端的响应曲线;4推导前馈补偿法设计解耦装置的传递函数矩阵。 七、附录1双输入-双输出有耦合的被控对象及解耦装置的设计双输入-双输出有耦合的被控对象如图6-4所示。 图6-4被控对象的模拟电路图电路参考单元为“通用电路单元五”、“通用电路单元四”、“通用电路单元三”、“通用电路单元七”、“通用电路单元一”、“通用电路单元九”、“反相器单元”。 由图6-1和图6-4可得15.01)(11+=SSG,15.05.0)(12+=SSG (5)121)(21+?S=SG,121)(22+=SSG (6)于是由 (3)、 (4)、 (5)、 (6)系列公式可得1)()()(212221=?=SGSGSD5.0?) (11) (12)(12=?=SGSGSD故解耦装置的实际传递函数为?=) (211)(SDSD?1)(12SD=?11?15.02控制器参数调试经前馈补偿解耦后,双输入、双输出有耦合的连续控制系统就等价于两个相互独立的单闭环控制系统,调试可分以下两步进行1)将两个PID控制器设置为比例控制,分别加r1(t)和r2(t),调试解耦参数,测试解耦效果。 2)在解耦效果满足要求后,两个PID控制器的参数就可以分别按两个相互独立的单闭环控制系统各自去整定。 3解耦控制程序的编写与调试示例dim pv1,sv1,ei1,ei1x,ei1xx,k1,ti1,td1,q10,q11,q12,op1,d21,d12dimpv2,sv2,ei2,ei2x,ei2xx,k2,ti2,td2,q20,q21,q22,op2,Ts,d21x变量定义dim op1x,op2x,op1xx sub Initialize(arg)初始化函数WriteData0,1WriteData0,2ei1xx=0ei1x=0ei2xx=0ei2x=0op1xx=0end subsub TakeOneStep(arg)算法运行函数pv1=ReadData (1)采集卡AD 1、2通道的测量值pv2=ReadData (2)sv1=2.5sv2=1.5给定值k1=2k2=1.2比例系数P ti1=0.8ti2=1积分时间常数I td1=0td2=0微分时间常数D Ts=0.1采集周期ei1=sv1-pv1ei2=sv2-pv2控制偏差*PID控制器1*q10=k1*(ei1-ei1x)比例项if ti1=0then q11=0else q11=k1*Ts*ei1/ti1积分项end ifq12=k1*td1*(ei1-2*ei1x+ei1xx)/Ts微分项*PID控制器2*q20=k2*(ei2-ei2x)if ti2=0then q21=0else q21=k2*Ts*ei2/ti2end ifq22=k2*td2*(ei2-2*ei2x+ei2xx)/Ts ei1xx=ei1x ei1x=ei1ei2xx=ei2x ei2x=ei2op1x=op1x+q10+q11+q12PID1输出op2x=op2x+q20+q21+q22PID2输出IF op1x=-4.9then对控制器的输出值进行限幅op1x=-4.9end ifIF op2x=4.9then op1x=4.9end ifif op2x=4.9then op2x=4.9end ifd12=-0.5d21=1d 12、d21为解耦系数d21x=d21op1=op1x+op2x*d12op2=op2x+op1x*d21解耦装置的两路输出op1xx=op1x IF op2=-4.9then op1=-4.9end ifIFop2=4.9then op1=4.9end ifif op2=4.9then op2=4.9end ifWriteData op1,1WriteData op2,2输出值给DA 1、2通道end subsub Finalize(arg)退出函数WriteData0,1WriteData0,2end sub实验七最少拍控制算法研究 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输出采样点间纹波的形成;3熟悉最少拍无纹波控制系统控制器的设计和实现方法。 二、实验设备1THKKL-5型控制理论计算机控制技术实验箱2THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根)3PC机1台(含软件“THKKL-5”) 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积分环节的二阶系统的最少拍无纹波控制,并通过混合仿真实验,观察该闭环控制系统输出采样点间纹波的消除。 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。 它是指系统对应于典型的输入具有最快的响应速度,被控量能经过最少采样周期达到设定值,且稳态误差为定值。 显然,这样对系统的闭环脉冲传递函数)(z提出了较为苛刻的要求,即其极点应位于Z平面的坐标原点处。 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)() (1)()()()()(zHGzDzHGzDzRzCz+= (1) (1)() (11)()()(1zzHGzDzRzEze?=+= (2)由 (1)、 (2)解得)()()()(zHGzzzDe=随动系统的调节时间也就是系统误差)(1kte达到零或为一恒值所需的时间,由Z变换定义可知?+?+=?=?kkkZkTeZTeZT(eeZkTe(1ZE)()2 (1)0 (1)1xx(1有限拍系统就是要求系统在典型的输入信号作用下,当NK时,)(1kTe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)(ze传递函数,由理论分析得111)(?=zzR?11)(?=zze211)1()(?=zTzzR?21)1()(?=zze31112)1 (2)1()(?=zzzTzR?31)1()(?=zze2等速输入下最小拍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)1 (1)(1+?=?STSKSeSHGTS选择采样周期T,将上述传递函数离散后得)1)(1()()()(1/12/111/111111?e+?=ZZZTeeTTTTZeTTTKZHGTTTTTT (3)因为输入是单位斜坡信号,所以选择21)1()(?=zze212) (1)(?=?=zzzze)1)(1()1?)(2()()()()()()(111/11?+?=BZZKAZeZzHGzzzEzUzDTTe212/1/)1 (1)21(2111?+?=BZZBZeZeKATTTT (4)其中1/11TeTTATT?+=?,ATeeTT(BTTTT/)11/11?=由此可得等速输入下最少拍算法的控制量为u(k)=(1-B)u(k-1)+Bu(k-2)+)2()1 (21)(211/?+?+?keKAekeKAekeKATTTT (5)按等速输入下最少拍无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,此后在采样点上达到无差。 但对于其它典型输入的适应性较差。 4等速输入下最小拍无纹波控制器的设计按最少拍无差系统设计,最多只能达到采样点上无偏差,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。 根据式 (3)以及等速输入下最少拍无纹波的条件,可以求得11211)(1()(?+=zzaaBzz)1()1()(1121?+?=?bzzz两式联立求解得122321+=BBBa,12)12(22+B?=BBa,12)1+B(2+=BBBb所以有)1)(1()(1()()()()()()(1112?11/1T?+?+bZ?KA=ZzaaZezHGzzzEzUzDTe212/2?1/121)1? (1)(111?+?bZ?+=ZbZeaZeaaaKATTTT由此可得等速输入下最少拍无纹波的算法)2()1()()2()1()1()(11/2/121?+?+?=?keKAeakeKAeaakeKAakbukubkuTTTT 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;1.3待检查电路接线无误后,打开实验平台的电源总开关,并将锁零单元的锁零按钮处于“解锁”状态。 2脚本程序运行2.1启动计算机,在桌面双击图标“THKKL-5”,运行实验软件;2.2点击虚拟示波器界面上的“”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“”按钮(脚本编程器);在脚本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点击脚本器窗口的调试菜单下“启动”;用虚拟示波器观察图7-1输出端与采集卡的输出端“DA2”的实验波形;2.5点击脚本器的调试菜单下“停止”,同时在窗口上点击“打开”按钮,在“计算机控制算法VBS计算机控制技术基础算法”文件夹下选中“最少拍算法(无纹波)”脚本程序并打开,阅读、理解该程序,然后在“脚本器”窗口上点击“启动”按钮,用示波器观察图7-1输出端与采集卡的输出端“DA2”的实验波形;2.6实验结束后,关闭脚本器窗口,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为KSG)1(5.0)1()(1+=+=SSSTS其模拟电路图为图7-2二阶被控对象的模拟电路图其中R1=200K,R2=100K,R3=100K,C1=10uF,C2=10uF计算机控制系统的方框图为图7-3最少拍计算机控制原理方框图最少拍控制的效果对被控对象的参数变化非常敏感,实验中必须测取模拟对象的实际参数。 5最少拍有纹波控制程序的编写与调试示例dim sv,pv,op,opx,opxx,ei,eix,eixx,Ts,A,B,k,Ti,x变量定义subInitialize(arg)初始化函数WriteDa

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论