THBDC-1《计算机控制技术》实验指导书文档格式.doc

1、四、实验原理由于计算机的发展，计算机及其相应的信号变换装置（A/D和D/A）取代了常规的模拟控制。在对原有的连续控制系统进行改造时，最方便的办法是将原来的模拟控制器离散化，其实质是将数字控制部分（A/D、计算机和D/A）看成一个整体，它的输入与输出都是模拟量，因而可等效于一个连续的传递函数D（S）。这样，计算机控制系统可近似地视为以D（S）为控制器的连续控制系统。下面以一个具体的二阶系统来说明D（S）控制器的离散化方法。1、二阶系统的原理框图如图3-1所示。图3-1 二阶对象的方框图图3-2 二阶对象的模拟电路图2、系统性能指标要求系统的速度误差系数 1/s ，超调量，系统的调整时间s据Kv要

2、求可得： ， 令，则校正后的开环传递函数为由上式得 ，取，则 所以校正后系统的模拟电路图如下图所示。图3-3 校正后二阶系统的模拟电路图实验建议单元：U3、U8、U11、U5、U4及反相器单元，为使校正后的，要求对象K由5增至10。，（实际可取200K电阻），3、的离散化算法图3-4 数模混合控制的方框图图3-3中的离散化可通过数据采集卡的采样开关来实现。传递函数与Z传递函数间的相互转换，可视为模拟滤波器与数字滤波器之间的转换。常用的转换方法有：a） 阶跃响应不变法（或用脉冲响应法）b） 后向差分法c） 双线性变换1） 阶跃跃响应不变法 数字滤波器在阶跃作用下输出响应的模拟滤波器在阶跃作用下输

3、出响应的采样值， 据此得 即 2） 后向差分法令 ， 后向差分S与Z之间关系为，代入D（S）表达式中得于是得3） 双线性变换 由泰勒级数得 ， ，代入D（s）得即 五、实验步骤1、实验接线及准备1.1 按图3-2连接一个二阶被控对象的模拟电路；1.2，用导线将该电路的输入端连接到数据采集卡的“DA1”输出端，电路的输出端与数据采集卡的“AD1”输入端相连；1.3待检查电路接线无误后，打开实验平台的电源总开关，并按下锁零按钮使其处于“锁零”状态；2、脚本程序运行2.1启动计算机，在桌面双击图标“THBCC-1”，运行实验软件；2.2顺序点击虚拟示波器界面上的“”按钮和工具栏上的 “” 按钮（脚本

4、编程器）；2.3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计算机控制技术基础算法D（S）离散化方法研究”文件夹下选中“阶跃响应不变法”脚本程序并打开，阅读、理解该程序，然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“步长设置”，将脚本算法的运行步长设为100ms；点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“启动”；弹起锁零按钮使其处于“解锁”状态，用虚拟示波器观察图3-2输出端的响应曲线。结束本次实验后按下锁零按钮使其处于“锁零”状态； 2.4参考步骤2.3，用同样的方法分别运行后向差分法和双线性变换脚本程序，用虚拟示波器观察图3-2输出端的响应曲线；2.5将采样周期Ts减小或增大，重复

5、步骤2.3和2.4，用虚拟示波器观测采样周期Ts的减小或增大对系统阶跃响应的影响。如系统出现不稳定情况，记下此时的采样周期Ts和所采用的离散化方法；2.6按图3-3连接二阶被控对象在加入模拟控制器（PID校正装置）后的模拟电路，并在其输入端输入2V的阶跃信号，然后观察其响应曲线，并与前面2.3和2.4步骤中采用数字控制器的实验曲线相比较；2.7 实验结束后，关闭脚本编辑器窗口，退出实验软件。注：为了更好的观测实验曲线，实验时可适当调节软件上的分频系数（一般调至刻度2）和选择“”按钮（时基自动），以下实验相同。六、实验报告要求1绘出实验中二阶被控对象在加入模拟控制器（PID校正装置）前后的响应曲

6、线。2编写数字控制器（阶跃响应不变法）的脚本程序。3绘出二阶被控对象在采用数字控制器后的响应曲线，并分析采样周期Ts的减小或增大对系统阶跃响应的影响。七、附 录1数字控制器（阶跃响应不变法）的程序编写与调试示例dim pv,sv,ei,eix,op,opx,Ts 变量定义sub Initialize（arg） 初始化函数WriteData 0 ,1eix=0opx=0end subsub TakeOneStep （arg） 算法运行函数pv = ReadData（1） 采集卡通道AD1的测量值 sv=2 给定值 Ts=0.1 采样周期 ei=sv-pv 控制偏差 op=exp（-4.54*Ts

7、）*opx+（2.27*ei-（1.27+exp（-4.54*Ts）*eix）*0.45 控制器输出值 eix=ei eix为控制偏差的前项 opx=op opx为控制输出的前项 if op=4.9 then op=4.9 WriteData op ,1 控制信号从DA1端口输出sub Finalize （arg） 退出函数2.数字控制器（后向差分法）的程序编写与调试示例dim pv,sv,ei,eix,op,opx,Tssub Initialize（arg） 初始化函数sub TakeOneStep （arg） 算法运行函数 pv = ReadData（1） 当前测量值 sv=2 Ts=0.

8、1 采集周期 ei=sv-pv op=0.22/（Ts+0.22）*opx+（Ts+0.5）/（Ts+0.22）*ei-0.5/（Ts+0.22）*eix）*0.45 当前输出值 eix=ei opx=op if op op=4.9 WriteData op ,1 end subsub Finalize （arg） 退出函数3.数字控制器（双线性变换法）的程序编写与调试示例sub Initialize（arg） eix=0sub TakeOneStep （arg） pv = ReadData（1） Ts=0.1 采样周期 op=（0.44-Ts）/（0.44+Ts）*opx+（1+Ts）/（0.44+Ts）*ei-（1-Ts）/（0.44+Ts）*eix）*0.45 =-4.9 then op=4.9sub Finalize （arg）