計算機控制系統(tǒng)課程設計---最少拍控制系統(tǒng)設計(編輯修改稿)
2025-07-13 05:22 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ，得到 c(z)，然后計算有 e(k） =c(k)r(z)。 D(z)為計算機控制系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)， U(z)為輸出的控制量，然后經(jīng)過 A/D 轉換后得到模擬控制量 U(t)對包含零階保持器的被控量進行控值進而達到要求的最小拍控制的目的。 9 3 最小拍控制系統(tǒng)硬件電路設計 總體硬件電路圖 圖 2 總體硬件電路圖 10 輸入雙極性的實現(xiàn)原理 圖 3 雙極性的輸入電路 由上圖我們可以知道輸入通道 IN7 和 IN6加了上拉電阻， 5號沒加。 IN1~IN5 的模擬量的允許輸入范圍：0~。而加了上拉電阻的 IN7 和 IN6 端口，當輸入 IN7 的電壓為 0V 時，進入 A/D 轉換的電壓為 ；當輸入 IN7 的電壓為 5V時，進入轉換的電壓為 0V。就是說，輸入到外端口的電壓 Uout 和進入轉換的電壓Uin 的關系是 Uin=(Uout+Vcc)/2,因此能夠在 IN7 端口加上 5V~+。 輸出雙極性的實現(xiàn)原理 圖 4 雙極性的 輸出電路 上圖為雙極性的輸出電路，該電路通過放大器和電阻的一系列計算關系實現(xiàn)輸出的雙極性。具體的說，就是R2 左端的電壓為轉換輸出的單極性電壓 Vdan,該電壓的大小為ndan DVrefV 2*??，這就是原本單極性輸出的正常電壓。但是加上如上的電路之后，我們設輸出電壓為 Vout,因為右邊的放大器 3號端口接地，所以 2號端口也虛地，即電壓為 0V。又因為放大器 2 號端子向右可以認為是斷路，沒有電流。綜上，于是有：243 10 2 RVRW V c cRV da nou t ???? 所以 )102(2343 da nou t VRRV c cRW RV ???? 只要調(diào)試 W102 是 W102 加上 R4 為 2K，那么輸出的電壓 )12(1 ?? ?nout DVccV，由此可知，實現(xiàn)了 D/A轉換的雙極性輸出。 11 給定的被控對象的實現(xiàn) 課程設計任務書中有 8 個被控對象，我們?nèi)∑渲幸粋€分析被控對象是如何實現(xiàn)的。 比如，被控對象為 的實現(xiàn)的硬件電路圖為 圖 5 被控對象實現(xiàn)硬件電路圖 在該圖中，左邊的積分環(huán)節(jié)通 過選取 500K 的輸入電阻和 2UF 的并聯(lián)電容來實現(xiàn)，右邊的放大器上并聯(lián)了 R=200K 和 C=2uF 實現(xiàn)時間常數(shù) T2=，然后通過 R7/R8=4 實現(xiàn)放大系數(shù) Kp=4 的要求?？傊ㄟ^這個例子我說明了積分環(huán)節(jié)、時間常數(shù)和放大系數(shù)是如何在接線中實現(xiàn)的。其他的被控對象依次類推。 4 最小拍無紋波系統(tǒng)控制算法設計 最小拍無紋波控制的基本原理 最小拍控制的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)要求有如下的形式： NN zzzz ??? ????? ??? ... .. .. . .. ..)( 2211 這一形式表明經(jīng)歷有限個采樣周期后 輸出能跟上輸入的變化，系統(tǒng)在采樣點沒有靜差。 根據(jù) z 變換的終值定理和系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差的情況，要求系統(tǒng)的 )()1()(1)( 1 zFzzz qe ??????? 既有 )()1(1)(1)( 1 zFzzz qe ???????? 這里 F(z)是關于 1?z 的待定系數(shù)多項式。顯然，為了使 )(z? 能夠實現(xiàn)， F(z)首項應為 1，即 pp zzfzfzF ??? ????? ?... .. .. .. .. .1)( 2211 因此最少拍控制器 D(z)為qqz zzG zzzzGD )1)(( )1(1)(1 )()(1 11?????????? 最小拍無紋波控制系統(tǒng)要求在非采樣時間的時候也沒有偏差，因此必須滿足： 12 ①對階躍輸入，當 t≥ NT 時，有 y(t)=常數(shù)。 ②對速度輸入，當 t≥ NT 時，有 y39。(t)=常數(shù)。 ③對加速度輸入，當 t≥ NT 時，有 y39。39。(t)=常數(shù)。 因此，設計最小拍無紋波控制器時，對速度輸入函數(shù)進行設計，則 Gc(s)必須至少有一個積分環(huán)節(jié)，使得控制信號 u(k)為常值時， Gc(s)的穩(wěn)態(tài)輸出是所要求的速度函數(shù)。同理，若針對加速度輸入函數(shù)設計的無紋波控制器，則 Gc(s)中必須至少有兩個積分 環(huán)節(jié)。 最小拍控制的廣義對象含有 D 個采樣周期的純滯后 dzzA zBzG ?? )( )()(所以)()()()()( )()( zRzzRzAzBz zzU d ????? ? 其中 )()()()( zAzBz zz d???? ? 。 要使控制信號 u(k)在穩(wěn)態(tài)過程中為常數(shù)或 0，那么 )(z?? 只能是關于 1?z 的有限多項式。因此 )()]1([)()()( 2112 zFzbzzFzBzz i idd ???? ? ???? ? 最小拍無紋波控制
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