計算機控制 最小拍實驗報告

1、重 慶 郵 電 大 學(xué)自 動 化 學(xué) 院計算機控制實驗報告 學(xué) 院： 自動化 學(xué) 生 姓 名： 魏 波 專 業(yè)： 電氣工程與自動化 班 級： 0830903 學(xué) 號： 2009212715 最小拍控制系統(tǒng)1、 實驗?zāi)康?、 掌握最小拍有紋波控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。2、 掌握最小拍無紋波控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。2、 實驗設(shè)備 PC機一臺，TD-實驗系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊三、實驗原理及內(nèi)容 典型的最小拍控制系統(tǒng)如圖其中 D(Z)為數(shù)字調(diào)節(jié)器，G(Z)為包括零階保持器在內(nèi)的廣義對象的 Z傳遞函數(shù)， (Z)為閉環(huán) Z傳遞函數(shù)，C(Z)為輸出信號的 Z傳遞函數(shù)，R(Z)為輸入信號的 Z傳遞函數(shù)。R為輸

2、入，C為輸出，計算機對誤差E定時采樣按D(Z)計算輸出控制量U(Z)。圖中K=5。 閉環(huán)Z傳遞函數(shù) 1、最小拍有紋波系統(tǒng)設(shè)計2、最小拍無紋波設(shè)計 有紋波系統(tǒng)雖然在采樣點上的誤差為零，但不能保證采樣點之間的誤差值為零，因此存在有紋波現(xiàn)象。無紋波系統(tǒng)設(shè)計只要使U（Z）是的有限多項式，則可以保證系統(tǒng)輸出無紋波。四、實驗線路圖(2)D(Z)算法采樣周期T=1S，E(Z)為計算機輸入，U(Z)為輸出，有：D(Z)= =式中Ki與Pi取值范圍：-0.99990.9999，計算機分別用相鄰三個字節(jié)存儲其BCD碼。最低字節(jié)符號，00H為正，01H為負(fù)。中間字節(jié)存前2位小數(shù)，最高字節(jié)存末2位小數(shù)。例有系數(shù)0.1

3、234，則內(nèi)存為： 地址 內(nèi)容 2F00H 00H 2F01H 12H 2F02H 34H系數(shù)存儲安排如表51。表51 0101H 010DH 0102H K0 010EH P1 0103H 010FH 0104H 0110H 0105H K1 0111H P2 0106H 0112H 0107H 0113H 0108H K2 0114H P3 0109H 0115H 010AH 010BH K3 010CH將D(Z)式寫成差分方程，則有：UK=K0EK+K1EK-1+K2EK-2+K3EK-3-P1UK-1-P2UK-2-P3UK-3式中EKEK-3，誤差輸入；UKUK-3，計算機輸出。計算

4、機運算溢出處理，當(dāng)計算機控制輸出超過00HFFH時(對應(yīng)于模擬量-5V+5V)，則計算機輸出相應(yīng)的極值00H或FFH，同時在相應(yīng)的內(nèi)存單元也存入極值。(3)模擬電路的參數(shù)整定被控對象有模擬電路，電路中所接電阻、電容參數(shù)有一定誤差，所以應(yīng)加以整定，可先整定慣性環(huán)節(jié)，再整定積分環(huán)節(jié)，應(yīng)使二者串聯(lián)時盡量接近所給傳遞函數(shù)。整定方法參見注1。(4)接線8253 2#輸出OUT2信號，經(jīng)單穩(wěn)整形，正脈沖打開采樣保持器的采樣開關(guān)，負(fù)脈沖啟動A/D變換器。系統(tǒng)誤差信號EU4、IN2、U14、OUT2U15、IN7：采樣保持器對系統(tǒng)誤差信號進(jìn)行采樣，將采樣信號保持并輸出給A/D第7路輸入端。計算溢出顯示部分：圖

5、52虛框內(nèi)。當(dāng)計算控制量的結(jié)果溢出時，計算機給口B的PB17輸出高電平，只要有一次以上溢出便顯示。這部分線路只為觀察溢出而設(shè)，可以不接，對于控制沒有影響。圖1數(shù)字控制器的實現(xiàn) 數(shù)字控制球的參考流程圖(5)采樣周期TCPU的8253產(chǎn)生定時信號，定時10ms，采樣周期T為：T=TK×10msTK需事先送入2F60H單元，取值范圍：01HFFH，對應(yīng)的范圍：10ms2550ms。例如當(dāng)T=1S，有：TK=100=64H3.實驗內(nèi)容與步驟 (1)按圖2連線，S11置方波檔，S12置下檔，調(diào)W12使U1單元的OUT端輸出為2.5V的方波，調(diào)W11約為6S。裝入程序TH5-1，0100F單元存

6、入64H（E0100）。(2)按要求計算D(E)各系數(shù)，送入內(nèi)存2F00H2F14H單元，具體推導(dǎo)過程見有關(guān)計算控制技術(shù)教材。（其中，K00.5434、K1-0.7434、K20.2000、K30、P1-0.2826、P2-0.7174、P30）。(3)用示波器觀察輸入R波形，在輸入R為零時啟動最小拍程序(G=F000:15E6)，對照階躍輸出R觀察輸出C，應(yīng)有以下波形(見圖54)，輸出經(jīng)過一拍后，在采樣點上跟蹤輸入誤差輸出為：E(Z)=e(Z)R(Z)=(1-Z-1)·即一拍后進(jìn)行跟蹤，偏差保持為零。而從控制量的輸出Y(Z)=D(Z)E(Z) =2.5× =1.3590-

7、1.4744Z-1+1.0571Z-2-0.7580Z-3+0.5435Z-4-0.3897Z-5可見，控制量在一拍后并未進(jìn)入穩(wěn)態(tài)(常數(shù)為零)，而是在不停地波動，從而使連續(xù)部分的輸出在采樣點之間存在紋波。5、 實驗結(jié)果六、總結(jié)最小拍控制系統(tǒng)對輸入形勢的適應(yīng)性差，當(dāng)系統(tǒng)的輸入形勢改變，尤其是存在隨機擾動時，系統(tǒng)的性能變壞。最小拍控制系統(tǒng)對參數(shù)變化很敏感，在實驗過程中，隨著外部條件的變化，對象參數(shù)的變化是不可避免的，以及計算機在計算過程中產(chǎn)生的誤差，從而使得實際輸出可能偏離期望值。 直流電機閉環(huán)調(diào)速實驗1、 實驗?zāi)康?1、了解閉環(huán)系統(tǒng)的控制過程 2、熟悉PID控制規(guī)律，并且用算法實現(xiàn)。2、 實驗設(shè)

8、備 PC機一臺，TD-實驗系統(tǒng)一套，i386EX系統(tǒng)板一塊3、 實驗原理 這是一個典型的直流電機調(diào)速實驗的系統(tǒng)方框圖人為數(shù)字給定CPU系統(tǒng)驅(qū)動單元電路直流電機速度測速電路反饋圖3 實驗原理圖圖4直流電機閉環(huán)調(diào)速試驗線路圖CPU系統(tǒng)的8255PB10脈沖信號為控制量，經(jīng)驅(qū)動電路驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)?；魻枩y速元件輸出的脈沖信號記錄電機轉(zhuǎn)速構(gòu)成反饋量，在參數(shù)給定情況下，經(jīng)PID運算，電機可在控制量作用下，按給定轉(zhuǎn)速閉環(huán)運轉(zhuǎn)。其中OPCLK為1.1625MHz時鐘信號，經(jīng)8253的2號通道分頻輸出1ms的方波，接入8259產(chǎn)生IRQ6中斷，作為系統(tǒng)采樣時鐘；PB10產(chǎn)生PWM脈沖計時及轉(zhuǎn)速累加，8259的IR

9、Q7中斷用于測量電機轉(zhuǎn)速。2實驗流程圖主程序初始化采樣周期到否？清TK變元TC取YK反饋值調(diào)PID溢出處理計算PWM將YK，CK值發(fā)往串口N 8259 IRQ7中斷程序：IRQ7中斷MARK=0？MARK=0取IRQ6中轉(zhuǎn)速累加VADD計算電機轉(zhuǎn)速VADD清零MARK=1YN 8259IRQ6中斷程序IRQ6中斷TC=TC+1產(chǎn)生PWM脈沖MARK=1？轉(zhuǎn)速累加VADD=VADD+1IRETN3實驗內(nèi)容及步驟(1)按圖4接線：(2)裝入程序 CS1.EXE。其中段地址為：0000，偏移地址：2000。使用U0000：2000命令查看第一、二條指令為MOV AX，0259、MOV DS，AX由此

10、可知數(shù)據(jù)段段地址為0259。用D0259：0000命令可查看到數(shù)據(jù)段中所放TS、SPEC、IBAND、KPP等參數(shù)值(對于雙字節(jié)DW，低位在前)已按順序排好，并與初始化值相符。用E0259：0000命令可從TS第一個數(shù)據(jù)開始修改這些值，按空格繼續(xù)修改下一個值，按減號修改上一個值，按回車確認(rèn)并停止修改。(DEBUG命令的詳細(xì)使用方法詳見軟件系統(tǒng)中的幫助文檔中的常見命令說明部分。)例：D0259：0000(回車)可看到：0259：0000 14 30 00 60 00 60 10 10 即：TS=14H，SPEC=0030H，0259：0008 00 20 00 XX XXXX XX XX IBA

11、ND=0060H KPP=1060H KII=0010H，KDD=0020H(3)進(jìn)入專用示波器界面點擊運行，使用默認(rèn)的段地址和偏移量，按確定運行示波。(4)觀察電機轉(zhuǎn)速及示波器上給定值與反饋值的波形，分析其響應(yīng)特性，改變參數(shù)Iband、KPP、KII、KDD的值后再觀察其響應(yīng)特性，選擇一組較好的控制參數(shù)并記錄下來。 參 數(shù)項 目 IBANDKPPKIIKDD超調(diào)穩(wěn)定2%時間1：例程中參數(shù)響應(yīng)特性0060H1060H0010H0020H2：去掉IBAND0000H1060H0010H0020H4實驗程序參數(shù)表符號單位取值范圍名 稱 及 作 用TSmmS00H-FFH采樣周期：決定數(shù)據(jù)采集處理快

12、慢程度SPECN/s06H-42H給定：即要求電機達(dá)到的轉(zhuǎn)速值IBAND0000H-007FH積分分離值：PID算法中積分分離值KPP0000H-1FFFH比例系數(shù)：PID算法中比例項系數(shù)值KII0000H-1FFFH積分系數(shù)：PID算法中積分項系數(shù)值KDD0000H-1FFFH微分系數(shù)：PID算法中微分項系數(shù)值CH100H-FFH通道1值：在示波器功能中所顯示值需放入此單元中然后再調(diào)用PUT_COM發(fā)送子程序CH200H-FFH通道2值：(同上)YKN/s0000H-0042H反饋：通過霍爾元件反饋算出的電機轉(zhuǎn)速反饋值CK00H-FFH控制量：PID算法產(chǎn)生用于控制的量VADD0000H-FFFFH轉(zhuǎn)速累加單元：記錄霍爾輸出脈沖用于轉(zhuǎn)速計算ZV00H-FFH轉(zhuǎn)速計算變量ZVV00H-FFH轉(zhuǎn)速計算變量TC00H-FFH采樣周期變量FPWM00H-01HPWM脈沖中間標(biāo)志位CK_100H-FFH控制量變量：記錄上次控制量值EK_10000H-F