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《自动控制实验报告（陈逸人）》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、自劭控制凉理实瞼報告册浣養:自劭化科修鸟电九工程皆院扯银:110325母％:11031165就名：陈逸人內录实验19的1.了解信号的釆样与恢复的原理及其过程，并验证香农定理。2.掌握采样系统的瞬态响应与极点分布的对应关系。3.掌握最少拍采样系统的设计步骤。二、实脸凍確1.釆样：把连续信号转换成离散信号的过程叫采样。Y2.香农定理：如果选择的采样角频率仪，满足COS>2^nax条件（©谑为连续信号频谱的上限频率），那么经采样所获得的脉冲序列可以通过理想的低通滤波器无失真地恢复原连续信号。21T-0COSgV23^时采样们兮频谱3•信号的复现
2、：零阶保持器是将采样信号转换成连续信号的元件，是一个低通滤波器。其传递函数:1—严1.证实Z变换法研究采样系统的局限性在用Z变换法求系统的时域解时，必须有一定的限制，否则会得到错误的结论，即系统传递函数的分母比分子高二阶以上（也就是极点数应该要比零点数多两个以上），Z变换才能给出符合实际的分析结果，系统的连续信号在采样点也不会产生跳变。系统输:兮系统输小的猱样们兮其对应的瞬态分量是不同的。2.采样系统的极点分布对瞬态响应的影响:Z平面内的极点分布在单位圆的不同位置,3.最小拍无差系统：通常称一个采样周期为一拍，系统过渡过程结束的快慢常采用
3、采样周期来表示，若系统能在最少的采样周期内达到对输入的完全跟踪，则称为最少拍误差系统。对最小拍系统时间响应的要求是：对于某种典型输入，在各采样时刻上无稳态误差；瞬态响应最快，即过渡过稈尽量早结朿，英调整时间为有限个采样周期。从上而的准则出发，确定一个数字控制器，使其满足最小拍无差系统。三、实脸內容1.通过改变釆频率T=0.01s,0.2$,0.5$,观察在阶跃信号作用下的过渡过程。被控对象模拟电路及系统结构分别如下图所示:R4ec：)—G(二)ADPC图中，D(z)=(7(z)/E(z)=l,系统被控对彖脉冲传递函数为:GO)=丫⑵U(z
4、)4(1一厂)-7z-e系统开环脉冲传递函数为:G、,z)=0z)G(Z)=4(1一旷丁)①⑵=系统闭环脉冲传递函数为:Gf)1+Gg在Z平面内讨论，当采样周期T变化时对系统稳定性的影响。G(s)=2.当采样周期T=ls时，$"+1)，设计D⑵,使该系统在单位阶跃信号作用下为最小拍无差系统，观察并记录理论与实际系统输出波形。四、卖瞼殺备1、装有Matlab及Autolab的计算机。2、HHMN1-1电子模拟机一台。JL、變验就据鸟籟皋今析1.在Z平僧内讨论，当采样周期T变化时对系统稳定性的影响。4(1一厂)由于系统的开环传递函数为：G»,
5、(z)=D(z)G(z)二——，所以闭环极点为z-ep=5e'T-4,对于不同的T,极点及系统稳定性对应如下表:T0.010.20.5P0.950.09-0.97稳定性单调收敛单调收敛振荡收敛下而为实验中，在不同采样周期下得到的图形。当T二0.01s时，结果如下：1.210.80.60.4020-0.2012345678910当T=0.2s时，结果如下：当T=0.5s时,结果如下:1.6分析实验结果：通过理论分析以及实际实验得出的结果发现：当采样周期选择0.0Is时，系统稳定，系统跟随阶跃响应时间也比较短；当采样周期逐渐增大时，选择0.2
6、s,系统也处于稳定状态，虽然其在Z平面极点更靠近原点，动态过程较快,但是很明显跟踪信号能力较T=0.01s弱，有一定的延迟；而当T取0.5s时，系统虽然也有收敛趋势，由于在Z平僧上闭环极点为负实数且靠近-1,因此输出产生振荡，响应信号的吋间很长，而且需要较长时间才能稳定。2.数字控制器D(z)的设计过程0.398Z+2.264(z—l)(z—0.368)输入为阶跃信号，0(Z)=1Z代入衛D⑵二丄_亠"0.368G(z)l-0(z)0.368z+0.264此时E(z)=l,e(0)=1,e(kT)=0,(k=l,2,3,……)，说明系统只
7、需要一拍就可以完全跟上输入信号。2.画出系统响应曲线，分析并与理论值比较。左图为理论值，右图为实际仿真的系统响应曲线。由上两图可以看出，所设计的控制器对系统的阶跃信号跟踪能力有很大改善，理论值和实际仿真值结果几乎吻合。系统只经过一拍就跟上输入信号，虽然有微小振荡，但很快就收敛,稳态误差为零，实现最小拍无差系统。但是明显实际仿真的振荡幅度较弱，可能是rh于实际系统屮电容电阻的值并非理想值造成的，同时ad转换过程川也会存在误差，因此造成与理论值有所差异。一、实验目的1.掌握用状态反馈进行极点配置的方法。2.了解带有状态观测器的状态反馈系统。二
8、、變脸澡理1.闭环系统的动态性能与系统的特征根密切相关，在状态空间的分析中可利用状态反馈来配置系统的闭环极点。这种校正手段能捉供更多的校正信息，在形成最优控制率、抑制或消除扰动影响、实现系统解
