計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)---最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-02-09 17:50 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在數(shù)字隨動(dòng)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(jì)方法。所謂最少拍控制，就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)于某種特定的輸入在最少個(gè)采樣周期內(nèi)達(dá)到無(wú)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(gè)采樣周期后變?yōu)?，從而意味著系統(tǒng)在N拍之內(nèi)達(dá)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(duì)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(duì)給定值r(t)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換采樣，得到離散化的r(z),并且對(duì)輸出值c(t)也進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，得到c(z)，然后計(jì)算有e(k）=c(k)r(z)。D(z)為計(jì)算機(jī)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(guò)A/D轉(zhuǎn)換后得到模擬控制量U(t)對(duì)包含零階保持器的被控量進(jìn)行控值進(jìn)而達(dá)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(jì) 總體硬件電路圖圖2 總體硬件電路圖 輸入雙極性的實(shí)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(hào)沒(méi)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(dāng)輸入IN7的電壓為0V時(shí)，進(jìn)入A/；當(dāng)輸入IN7的電壓為5V時(shí)，進(jìn)入轉(zhuǎn)換的電壓為0V。就是說(shuō)，輸入到外端口的電壓Uout和進(jìn)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(shí)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(guò)放大器和電阻的一系列計(jì)算關(guān)系實(shí)現(xiàn)輸出的雙極性。具體的說(shuō)，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?cè)O(shè)輸出電壓為Vout,因?yàn)橛疫叺姆糯笃?號(hào)端口接地，所以2號(hào)端口也虛地，即電壓為0V。又因?yàn)榉糯笃?號(hào)端子向右可以認(rèn)為是斷路，沒(méi)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(shí)現(xiàn)了D/A轉(zhuǎn)換的雙極性輸出。 給定的被控對(duì)象的實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中有8個(gè)被控對(duì)象，我們?nèi)∑渲幸粋€(gè)分析被控對(duì)象是如何實(shí)現(xiàn)的。比如，被控對(duì)象為的實(shí)現(xiàn)的硬件電路圖為圖5 被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)硬件電路圖在該圖中，左邊的積分環(huán)節(jié)通過(guò)選取500K的輸入電阻和2UF的并聯(lián)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)，右邊的放大器上并聯(lián)了R=200K和C=2uF實(shí)現(xiàn)時(shí)間常數(shù)T2=，然后通過(guò)R7/R8=4實(shí)現(xiàn)放大系數(shù)Kp=4的要求。總之，通過(guò)這個(gè)例子我說(shuō)明了積分環(huán)節(jié)、時(shí)間常數(shù)和放大系數(shù)是如何在接線中實(shí)現(xiàn)的。其他的被控對(duì)象依次類(lèi)推。4 最小拍無(wú)紋波系統(tǒng)控制算法設(shè)計(jì) 最小拍無(wú)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(gè)采樣周期后輸出能跟上輸入的變化，系統(tǒng)在采樣點(diǎn)沒(méi)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(xiàng)式。顯然，為了使能夠?qū)崿F(xiàn)，F(xiàn)(z)首項(xiàng)應(yīng)為1，即因此最少拍控制器D(z)為最小拍無(wú)紋波控制系統(tǒng)要求在非采樣時(shí)間的時(shí)候也沒(méi)有偏差，因此必須滿足：①對(duì)階躍輸入，當(dāng)t≥NT時(shí)，有y(t)=常數(shù)。②對(duì)速度輸入，當(dāng)t≥NT時(shí)，有y39。(t)=常數(shù)。③對(duì)加速度輸入，當(dāng)t≥NT時(shí)，有y39。39。(t)=常數(shù)。因此，設(shè)計(jì)最小拍無(wú)紋波控制器時(shí)，對(duì)速度輸入函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，
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