采样控制系统动态性能和稳定分析的混合仿真研究

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1、采样控制系统动态性能和稳定分析的混合仿真研究 一、实验目的      1．学习用混合仿真方法研究采样控制系统。      2．深入理解和掌握采样控制的基本理论。 二、实验内容1．利用实验设备设计并实现已知被控对象为典型二阶连续环节的采样控制混合仿真系统。  2．改变数字控制器的采样控制周期和放大系数，研究参数变化对采样控制系统的动态性能和稳定性的影响。 三、实验步骤 1．采样控制系统的混合仿真研究方法（1）利用实验箱面板上的电模拟单元电路，设计并连接已知传递函数的连续被控对象的模拟电路；（2）将实验箱面板上的数据采集系统模拟量输出端口（O1或O2）与被

2、控对象的模拟电路的输入端相连，同时将该面板上的数据采集系统模拟量输入端口（I1～I6中任选一个）与被控对象的模拟电路的输出端相连；（3）在上位机界面上，选择周期阶跃作为测试信号，启动实验，观察阶跃响应，对被控对象的模拟电路进行调试，直至满足实验要求；（4）在上位机界面上，调用“采样控制”，选定数字控制器（比例控制）参数（放大系数，采样控制周期），采用采样通道x作为A/D输入，启动实验，观察闭环控制下的阶跃响应，然后停止实验。 2．采样控制系统的动态性能和稳定性研究（1）在上位机界面上，重新调用“采样控制”，固定采样控制周期，改变数字控制器的放大系数，观

3、测放大系数变化对采样控制系统的动态性能和稳定性的影响；（2）在上位机界面上，重新调用“采样控制”，固定放大系数，改变数字控制器的采样控制周期，观测采样控制周期变化对采样控制系统的动态性能和稳定性的影响；3．对以上实验结果进行分析研究，完成实验报告。 四、附录 1．采样控制系统的混合仿真研究方法（1）已知的连续被控对象传递函数及其电路模拟已知连续被控对象系统结构框图如图12-1所示：此系统传递函数为：（12－1）此连续被控对象可用图12-2所示电路模拟：（2）采样控制系统的结构方块图及其实现采样控制系统的结构方块图如图12-3所示。图中虚线框内部分，包括

4、测试信号、比较器、采样开关、数字控制器和零阶保持器等，由上位机和数据采集系统实现；而框外部分，即连续被控对象则采用电路模拟实现。因为该仿真系统，既有模拟部分，又有数字部分，故称之为“混合仿真系统”。用混合仿真系统研究采样控制系统，比用电路模拟系统或全数字仿真系统都优越，因为它更接近实际系统。其电路连接图如图12-4所示：2．采样控制系统的动态性能和稳定性分析（1）采样控制系统的稳定性判断对于图12-3所示采样控制系统，在采样周期和放大系数确定后，可以用离散控制的基本理论来判断闭环控制的稳定性。先将模拟对象离散化，图12-3所示闭环采样系统的开环脉冲传递

5、函数为： （12－2）闭环脉冲传递函数为：（12－3）得到闭环特征方程（12－4）从闭环极点分布判断稳定性，如果极点在单位圆内，则系统是稳定的。（2）数字控制器放大系数对动态性能和稳定性的影响对于图12-3所示采样控制系统，当采样周期保持不变时，可以利用离散系统的稳定判据，求保证系统稳定的临界放大系数。可以看出，不同于二阶连续系统，放大系数太大只是使系统的动态性能变差，而不致于不稳定；而对于离散系统，则当放大系数太大时，系统将变不稳定。（3）采样周期对动态性能和稳定性的影响类似地，可以分析当放大系数保持不变时，增大采样周期将使系统的动态性能变差，直至不

6、稳定。