实验七最少拍控制算法研究

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1、实验七最少拍控制算法研究一、实验目的1.学习并熟悉最少拍控制器的设计和算法；2.研究最少护控制系统输出采样点间纹波的形成；3.熟悉最少护无纹波控制系统控制器的设计和实现方法。二、实验设备1.THBCC-1型信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台2.THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根)3.PC机1台(含软件“THBCG1”)三、实验内容1.设计并实现具有一个积分环节的二阶系统的授少拍控制。2.设计并实现貝-有一个积分环节的二阶系统的最少拍无纹波控制，并通过

2、混合仿真实验，观察该闭环控制系统输出采样点间纹波的消除。四、实验原理在离散控制系统中，通常把一个采样周期称作一拍。最少拍系统，也称为最小调整时间系统或最快响应系统。它是指系统対应于典型的输入具有最快的响应速度，被控量能经过最少采样周期达到设定值，几稳态误差为定值。显然，这样对系统的闭环脉冲传递函数0(Z)提出了较为苛刻的要求，即其极点应位于Z平面的处标原点处。1.最少拍控制算法计算机控制系统的方框图为：»[D(zn—―

3、ZOH]_4g(sH—3^k图7-1最少扌

4、'

5、计算机控制原理方框图根据上述方

6、框图可知，有限拍系统的闭环脉冲传递函数为：(1)如二C(z)二D⑵HG⑵卩⑵一1+比)脸⑵0，⑵二1+D⑵Hg=1一0⑵由⑴、(2)解得:随动系统的调节时间也就是系统课差小伙/)达到零或为一恒值所需的时间，由Z变换定义可矢n：E

7、(Z)=》el(kT)Z"=el(O)^el(T)Z~2—(l+2e"5)ZT+e"°Z・2KA1+(B-1)Z-'-BZ~2其中A=T+r(e-r/r,-T},B=(T,-T,e'T/Ti-Te'T/Tl)/A由此可得等速输入下最少拍算法的控制量为+e,(2T)Z-1+

8、2/5e~T,T'u(k)=(1-B)u(k-1)+Bu(k-2)+—e伙)e(k-1)+e(k一2)(5)KAKAKA按等速输入下最少拍无差系统设计的控制器，在等速输入可使闭环系统的输出在第二扑1(即两个釆样周期)跟上，此后在采样点上达到无差。但对于其它典型输入的适应性较差。4.等速输入下最小拍无纹波控制器的设计按最少拍无差系统设计，最多只能达到采样点上无偏差，而不能保证相邻两采样点间无+…••…*(灯0+*=0冇限扑I系统就是要求系统在典型的输入信号作用下，当K>N时，勺伙T)恒为零或恒为一常

9、量。N为尽可能小的正整数，为了实现这个冃标，对不同的输入信号，必须选择不同的0(Z)传递函数，由理论分析得：R(z)=-^-=>0(z)=l-z"i-z=0⑵二(1-厂)2(l-Z)%)0()=(i-m41一z丿1.等速输入下最小拍控制器的设计对于一二阶受控对象加零阶保持器后对象的传递函数为:HG(S)=I於x—-—SS(7；S+1)选择采样周期T,将上述传递两数离散后得HG(Z)=K(T_7十打幺“巾疋一+(T_T&t6―丁厂门丁冷乙亠因为输入是单位斜坡信号，所以选择:0()=d-r')20

10、⑵=1一0()=2z~l-z~2D(z)="⑵EG)0⑵0()HG⑵(2-Z")(1-尸"'Z")KA(-Z~X)(1+BZ_,)纹波。最少拍无纹波设计，不仅要做到采样点上无偏差，而且要做到采样点间无纹波。根据式⑶以及等速输人卜"最少拍无纹波的条件，可以求得：0(z)=(1+)(®+a2z~l)z_11一0⑵=(17为2(1+加7)两式联立求解得3B+2-(23+1),陀+1)CL=，a.=—，h=—B2+2B+-B2+2B+1/+2B+1所以有D(.二U⑵二0⑵=(1-尸5Z")⑷+们厂)"

11、~E⑵~0⑵HG⑵~KA(1-Z")(l+bZ")_]q+(心_6厂"旷产"Z-2~~KAl+(/?-l)Z"'-bZ~2由此可得等速输入下最少拍无纹波的算法：_-Tfl-T/T、u(k)=(1-b)u(k-)+bu(k-2)+-^-幺伙)+e(k-1)-e(k-2)KAKAKA五、实验步骤1、实验接线1.1根据图7-1连接一个积分坏节和一个惯性环节组成的二阶被控对彖的模拟电路；1.2用导线将该电路的输出端与数据采集卡的输入端“AD1”和连，电路的输入端与数据采集卡的输岀端“DA1”相连，数据

12、采集卡的输出端“DA2”与输入端“AD2”相连；1.3待检查电路接线无误后，打开实验平台的电源总开关，并将锁零单元的锁零按钮处于“解锁”状态。2、脚本程序运行2.1启动计算机，在桌面双击图标“THBCG1”，运行实验软件；2.2点击虚拟示波器界而上的“开始采集I”按钮对二阶被控对象的电路进行测试，分别测取惯性环节的放人系聖、时间常数以及积分环节的积分时间常数；2.3打开工具栏上的“三1”按钮(脚本编程器)；在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击“打开”按钮，并在“计算机控制算法VBS计