计控实验报1实验一：模拟搭建被控对象模型

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1、成绩计算机控制系统实验报告实验一：模拟搭建被控对象模型学院自动化科学与电气工程学院专业方向自动化班级M0326学号11031138学生姓名余永超指导教师头验一：模拟搭建被控对象模型一.控制器设计及仿真1•设计要求被控对象的传递函数为G(s)=晁

2、莎，采样周期T-0.5s,从下面给幽的设计指标中选择一组，利用计算机辅助设计控制器D(z),并用数字仿真验证设计指标。第一组：时域指标:a%<20%,ts<9s；第二组：设计指标为(1)频域：丫250°,a)c>0.5rad/s；(2)时域：a%<25%,ts<10s；(3)静态：

3、Kv=2(1/秒)在本实验中选择第一组设计指标进行设计并验证。2•原系统分析由系统的传递函数G(s)=^

4、莎，当系统的输入为单位阶跃信号吋，系统的单位负反馈闭环响应为：1.5StepResponse1015Time(sec)2025(1)超调量a<20%；带入公式：。％=e—g/"—QX100%V20%,求得:ln52E>/7r2+ln520.456(2)调节吋间ts<9s,带入公式：<9,求得：/?e(s)>0.389,则Res)g-77?e⑸=0-0.1945=0.8233在Z平面上，画岀§>0.456的对数螺旋线

5、、R<0.8233的同心圆，2条特征曲线包围的部分即为满足以上指标的z平面极点位置。4•设计数字控制器D⑵(1)被控对象的脉冲传递函数G(s)=云不G(z)=Z[千=G(s)]1一e~sT・•・G(z)=ZG(s)0.1152z+0.1060(z+0.9201)==01152Xz2一1.7788z+0.7788*(z一l)(z-0.7788)5越xyAJe£6eE-RootLocus-1-15.1-0.5RealAxis505a0-1.5系统根轨迹没有进入期望极点范围，不能达到设计指标，因此，需加入具有动态特性的控制器。(

6、1)离散根轨迹设计为使根轨迹进入z平面期望极点范围，应使开环极点0.7788向原点靠近，可采用零极点对消法，将其对消，再配置靠近原点或位于原点的新极点。因此，可选此吋的开环传递函数为:D(z)G(z)z+0.9201z+0.9201°・11宓时丁★坛F其屮，根轨迹增益K=0.1152k加入控制器D(z)后的根轨迹如下图所示:15RootLocus选择极点如下图所示:求得对应的根轨迹增益和开环极点：K=0.2953P1二0.3524+0.384HP2=0.3524・0.384li控制器增益k=0.2953+0.1152=2.

7、563最后，取离散控制器为D(z)=2.563(z-0.7788)5•控制器阶跃响应仿真利用simulink搭建控制器的开环模型:O―1C,o<*ToW

8、进行控制编排。(z一0.7788)2.563一1.996Z"1D(z)=2.563=Z1由于A/D采样值以及D/A输岀值范围为・10V~+10V,故控制器编排图如下：由于采用浮点数运算，故无需对控制器增益及系数进行比例因子配置。算法I：ul=2.563e(k)+x(k一1)-10ul<-10u=ul—1010算法II:x(k)=—1.996e(k)系统流程图如下：(首先对x初始化x=0)一.程序实现1•码制转换在计算机内部，将A/D的量程为.10V〜+10V转换到.10〜+10之间，乂由于・10V对

9、应AD量化值0,0V对应AD量化值511,10V对应AD量化值1023,故应有：input=(ADVaule—511)/51.1其中input为AD转换后在计算机内部表示的浮点值,ADVaule为AD的采样量化数值，D/A的量程为・10V〜+10V,又0对应DA输岀・10V,2047对应DA输岀+10V,故有：DAValue=2*(output*51.1+511)其屮output为控制器输出的电压值，DAValue为DA的机内码。2•采样周期实现采样周期T=0.5s,由单片机内部定时器实现定时10ms并循环五十次实现，定时

10、10ms程序为：voidtimcrOinit(void){TCCRO=0x00;//stopASSR二0x00;//setasyncmodeTCNTO=0x64;//setcountOCRO二0x9C;TCCRO=0x07;//starttimer!^pragmainterrupthandlertime