采样控制系统的数字仿真课件.ppt

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1、第五章采样控制系统的数字仿真第一节采样控制系统的结构特点第二节采样控制系统数字仿真的方法利用simulink对采样控制系统仿真小结采样控制系统的结构特点:采样系统：系统中有一处或多处信号是断续的。典型的采样控制系统：r(t)D(z)Gh(s)Go(s)－+e(k)u(k)y(t)TsTsb、采用数字控制器r(t)D(s)Gh(s)Go(s)－+e(k)y(t)Tsa、采用模拟控制器计算机控制系统是一种典型的离散时间控制系统，典型的计算机闭环控制系统的方框图如下：给定数字控制器模出通道模入通道检测装置执行装置被控对象－+计算机如果忽略量化误差和转换时间滞后的影响，模

2、拟量输入通道的作用可简化为一个采样开关。模拟量输出通道的作用简化为一个采样开关串联一个零阶保持器。模入通道模出通道零阶保持器下一页计算机闭环控制系统结构图：结构组成：一个典型的采样控制系统由以下几个部分组成：1、连续的被控过程Go(s)2、离散的数字控制器D(z)3、实际存在的采样开关或模数转换器4、实际存在的采样保持器Gh(s)或数模转换器r(t)D(z)Gh(s)Go(s)－+e(k)u(k)y(t)TsTs特点：（1）连续信号和离散信号同时存在，数字控制器是离散的，被控过程和保持器是连续的（2）采样开关和保持器实际存在，系统按采样周期Ts采样，数字控制器D(z

3、)只有在各个采样时刻nTs才有输出采样控制系统的数字仿真方法结合系统的两个特点，考虑采样系统的仿真方法：离散部分直接写成差分方程的形式，每隔采样周期Ts计算一次连续部分用连续系统仿真算法离散化，得到相应的离散差分方程，具体的离散化方法可以是数值积分法或离散相似法。用数值积分法要确定计算步长h，用离散相似法也要确定虚拟的采样周期h实际采样周期Ts和计算步长h之间一般有两种情况Ts＝hTs＝Nh(N为正整数)情况1、Ts=h适用情况：适用于连续部分变化比较缓慢的系统，并且只要求计算输出量y(t)，不要求计算中间状态变量。处理方法分别写出数字控制器的差分方程和连续部分离散

4、的差分方程，在一个采样周期Ts内两个差分方程各计算一次仿真模型如图：G(z)=Z{Gh(s)Go(s)}或写出差分方程的形式反馈回路引入Z-1表示先计算前向通道r(k)D(z)G(z)－+y(k)Z－1下一页Ts=h时采样控制系统仿真程序流程图结束输入仿真参数（h,Ts）,系统参数计算离散部分（数字控制器）的差分方程计算连续部分离散化的差分方程输出计算结果y(k)仿真时间到？开始否是情况2、Ts=Nh适用情况：采样控制系统数字仿真中最常见的情况如果要求计算中间状态变量，或被控对象中有非线性环节，在仿真时需要将连续部分分成几个部分离散化，为了保证计算精度，计算步长h不

5、能太大，一般取步长h=Ts/N，N一般取5～10处理方法1、分别写出数字控制器的差分方程和连续部分离散的差分方程2、离散的数字控制器部分每隔一个采样周期Ts计算一次3、连续部分的离散化方程用仿真步长h计算，在一个采样周期Ts内计算N次下一页给定外部参考输入给定离散部分的分子分母系数矩阵和连续部分的典型环节参数矩阵P，连接矩阵W,W0,WC给出仿真总时间，采样周期T和计算步长求连续部分的离散模型参数E,F,G,H,L,Q计算连续部分各环节的输出仿真时间到？输出结果否计算离散部分的输出ur采样周期到？否Ts=Nh时例题1：有一个采样控制系统如图所示：已知输入为阶跃信号，

6、幅值为1，采样周期Ts＝1s，连续部分计算步长h=0.01s，数字控制器，求系统的动态响应1s1-e-sTsD(z)TTR_程序：lt5.m下一页1s+1u1x1u2x2%给出输入信号R=1;%给出数字控制器的相关参数Gr=[2.72-1];Fr=[0.717];%给出典型环节的参数矩阵P(考虑了非线性)P=[0110;1110];%给出连接矩阵W，W0，WcW=[00;10];W0=[1;0];Wc=[01];%给出仿真总时间和采样周期Tf=10;%仿真总时间Tm=1;%采样周期T=0.01;%计算步长%求典型环节的离散化模型的系数A=P(:,1);B=P(:,2

7、);C=P(:,3);D=P(:,4);n=length(A);%n为典型环节的个数n1=length(Fr);m1=length(Gr);%求离散化模型的系数fori=1:nif(A(i)~=0)if(B(i)==0)E(i)=0;F(i)=0;G(i)=0;H(i)=0;L(i)=(C(i)+D(i)/T)/A(i);Q(i)=-D(i)/(A(i)*T);下一页elseE(i)=exp(-A(i)*T/B(i));F(i)=(D(i)/B(i)-C(i)/A(i))*((1-E(i))*B(i)/(A(i)*T)-1);G(i)=(D(i)/B(i)-C(