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

1、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， （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

2、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 、Z i分别是G（Z） 的极点和零点。为了使U（Z） 为有限多项式，只要 （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

3、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

4、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

5、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 38

6、6EX 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

7、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。