計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計---最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)
2025-02-09 17:50 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 在數(shù)字隨動控制系統(tǒng)中，要求系統(tǒng)的輸出值盡快地跟蹤給定值的變化，最少拍控制就是為滿足這一要求的一種離散化設(shè)計方法。所謂最少拍控制，就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對于某種特定的輸入在最少個采樣周期內(nèi)達到無靜差的穩(wěn)態(tài)，且閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)具有以下形式：式中N是在可能情況下的最小正整數(shù)。這一形式表明閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)在N個采樣周期后變?yōu)?，從而意味著系統(tǒng)在N拍之內(nèi)達到穩(wěn)態(tài)。最小拍閉環(huán)控制系統(tǒng)包括給定值，輸出值，D/A轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，數(shù)字控制器，被控對象，零階保持器等環(huán)節(jié)。 控制系統(tǒng)框圖及閉環(huán)工作原理圖1 控制系統(tǒng)框圖最小拍雙通道采樣的閉環(huán)系統(tǒng)框圖如上所示，在該系統(tǒng)中對給定值r(t)進行D/A轉(zhuǎn)換采樣，得到離散化的r(z),并且對輸出值c(t)也進行D/A轉(zhuǎn)換，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(zhuǎn)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。3最小拍控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 總體硬件電路圖圖2 總體硬件電路圖 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/；當輸入IN7的電壓為5V時，進入轉(zhuǎn)換的電壓為0V。就是說，輸入到外端口的電壓Uout和進入轉(zhuǎn)換的電壓Uin的關(guān)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(guān)系實現(xiàn)輸出的雙極性。具體的說，就是R2左端的電壓為轉(zhuǎn)換輸出的單極性電壓Vdan,該電壓的大小為，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(shè)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：所以只要調(diào)試W102是W102加上R4為2K，那么輸出的電壓，由此可知，實現(xiàn)了D/A轉(zhuǎn)換的雙極性輸出。 給定的被控對象的實現(xiàn)課程設(shè)計任務(wù)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。總之，通過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(shè)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：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)的既有這里F(z)是關(guān)于的待定系數(shù)多項式。顯然，為了使能夠?qū)崿F(xiàn)，F(xiàn)(z)首項應(yīng)為1，即因此最少拍控制器D(z)為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：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(shè)計最小拍無紋波控制器時，對速度輸入函數(shù)進行設(shè)計，
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