最小拍控制系统及直流电机闭环调速控制系统设计和实现实验报告docWord文档格式.docx
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姓名:
学号:
时间:
第16周周日9-12节
指导老师:
xx老师
最小拍控制系统
一.实验目的
1.掌握最小拍有纹波控制系统的设计方法。
2.掌握最小拍无纹波控制系统的设计方法。
二.实验设备
PC机一台,TD-ACC+实验系统一套,i386EX系统板一块
三.实验原理
典型的最小拍控制系统如图4.1-1所示,其中D(Z)为数字调节器,G(Z)为包括零阶保持
器在内的广义对象的Z传递函数,Φ(Z)为闭环Z传递函数,C(Z)为输出信号的Z传递函数,R(Z)为输入信号的Z传递函数。
1.最小拍有纹波系统设计。
图4.1-2是一个典型的最小拍控制系统。
针对阶跃输入,其有纹波系统控制算法可设计为:
2.最小拍无纹波系统设计。
有纹波系统虽然在采样点上的误差为零,但不能保证采样点之间的误差值也为零,因此存在纹波现象。
无纹波系统设计只要使U(Z)是Z-1的有限多项式,则可以保证系统输出无纹波。
即:
式中Pi、Zi――分别是G(Z)的极点和零点。
为了使U(Z)为有限多项式,只要Φ(Z)的零点包含G(Z)的全部零点即可,这也是最小拍无纹波设计和有纹波设计的唯一不同点。
如图4.1-2所示,针对单位斜波输入,无纹波系统控制算法可设计为:
3.实验接线图。
图4.1-2所示的方框图,其硬件电路原理及接线图可设计如下,图中画“○”的线需用户在实验中自行接好,对象需用户在运放单元搭接。
上图中,控制计算机的“OUT1”表示386EX内部1#定时器的输出端,定时器输出的方波周期=定时器时常,“IRQ7”表示386EX内部主片8259的7号中断,用作采样中断,“DIN0”表示386EX的I/O管脚P1.0,在这里作为输入管脚用来检测信号是否同步。
4.数字控制的实现。
图4.1-4是数字控制器实现的参考程序流程图。
四.实验步骤
1.参考流程图4.1-4编写程序,检查无误后编译、链接。
2.按照实验线路图4.1-3接线。
检查无误后开启设备电源。
3.将模拟实验对象进行整定,具体整定方法参见附录一。
对象的输入信号选择:
当为有纹波设计时,选择方波信号。
调节电位器使方波信号的幅值为2.5V,周期为6S。
当为无纹波设计时,选择单位斜波信号,斜波幅值为6S,上升时间为6S。
4.分别将有纹波和无纹波设计方法得到的参数写入程序,分别装载并运行程序,用示波器观察对象的测量点“C”和数模转换单元的“OUT1”端,并记录波形进行分析。
注意:
实验中有纹波是针对阶跃输入设计,而无纹波是针对斜波输入信号设计,所以实验时要注意正确的选择信号源。
五.实验结果
最小拍控制系统的设计方法是简便的,结构也是简单的,设计结果可以得到解析解,便于计算机实现。
但是最小拍设计存在如下一些问题:
(1)最小拍控制系统对输入形式的适应性差,当系统的输入形式改变,尤其是存在随机扰动时,系统的性能变坏。
(2)最小拍控制系统对参数的变化很敏感,在实验过程中,随着外部条件的变化,对象参数的变化是不可避免的,以及计算机在计算过程中产生的误差,从而使得实际输出可能偏离期望值。
六.心得
通过本次实验,试验中最大的难题是在调试出的方波后如何得到理想的实验结果,经过改善程序给定的参数,最终达到该效果,初步了解最小拍控制系统,掌握了最小拍控制系统原理。
1.了解闭环调速控制系统的构成。
2.熟悉PID控制规律,并且用算法实现。
PC机一台,TD-ACC+实验系统一套,i386EX系统板一块。
这是一个典型的直流电机调速实验的系统方框图:
根据上述系统方框图,硬件线路图可设计如下,图中画“○”的线需用户自行接好。
上图中,控制机算机的“DOUT0”表示386EX的I/O管脚P1.4,输出PWM脉冲经驱动后控制直流电机,“IRQ7”表示386EX内部主片8259的7号中断,用作测速中断。
实验中,用系统的数字量输出端口“DOUT0”来模拟产生PMW脉宽调制信号,构成系统的控制量,经驱动电路驱动后控制电机运转。
霍尔测速元件输出的脉冲信号记录电机转速构成反馈量。
在参数给定情况下,经PID运算,电机可在控制量作用下,按给定转速闭环运转。
系统定时器定时1ms,作为系统采样基准时钟;
测速中断用于测量电机转速。
直流电机闭环调速控制系统实验的参考程序流程图如下:
四.实验步骤
1.参照图6.1-3的流程图,编写实验程序,编译、链接。
2.按图6.1-2接线,检查无误后开启设备电源,将编译链接好的程序装载到控制机中。
3.打开专用图形界面,运行程序,观察电机转速,分析其响应特性。
4.注意:
在程序调试过程中,有可能随时停止程序运行,此时DOUT0的状态应保持上次的状态。
当DOUT0为1时,直流电机将停止转动;
当DOUT0为0时,直流电机将全速转动,如果长时间让直流电机全速转动,可能会导致电机单元出现故障,所以在停止程序运行时,最好将连接DOUT0的排线拔掉或按系统复位键。
6.心得
该实验前期比较好做,但是怎么达到调速控制是一个难点。
初步了解直流电机闭环调速控制系统,熟悉了PID控制规律,并且用算法实现。
在实验过程中,我遇到了很多麻烦,经过反复调试才成功。