離散化方法研究實(shí)驗(yàn)含仿真圖

1、實(shí)驗(yàn)三 離散化方法研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)并掌握數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法；2熟悉將模擬控制器D(S)離散為數(shù)字控制器的原理與方法；3通過(guò)數(shù)?；旌蠈?shí)驗(yàn)，對(duì)D(S)的多種離散化方法作比較研究，并對(duì)D(S)離散化前后閉環(huán)系統(tǒng)的性能進(jìn)行比較，以加深對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理解。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1THBDC-1型 控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2THBXD數(shù)據(jù)采集卡一塊(含37芯通信線、16芯排線和USB電纜線各1根)3PC機(jī)1臺(tái)(含軟件“THBDC-1”)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1按連續(xù)系統(tǒng)的要求，照?qǐng)D3-1的方案設(shè)計(jì)一個(gè)與被控對(duì)象串聯(lián)的模擬控制器D(S)，并用示波器觀測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。2利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)?；?/p>

2、合仿真的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，并利用D(S)離散化后所編寫的程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行控制。3研究采樣周期TS變化時(shí)，不同離散化的方法對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)性能的影響。4對(duì)上述連續(xù)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能作比較研究。四、實(shí)驗(yàn)原理由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)及其相應(yīng)的信號(hào)變換裝置（A/D和D/A）取代了常規(guī)的模擬控制。在對(duì)原有的連續(xù)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，最方便的辦法是將原來(lái)的模擬控制器離散化，其實(shí)質(zhì)是將數(shù)字控制部分（A/D、計(jì)算機(jī)和D/A）看成一個(gè)整體，它的輸入與輸出都是模擬量，因而可等效于一個(gè)連續(xù)的傳遞函數(shù)D(S)。這樣，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可近似地視為以D(S)為控制器的連續(xù)控制系統(tǒng)。下面以一個(gè)具體的二階系統(tǒng)來(lái)說(shuō)明D(S)

3、控制器的離散化方法。1二階系統(tǒng)的原理框圖如圖3-1所示。圖3-1 二階對(duì)象的方框圖圖3-2 二階對(duì)象的模擬電路圖2系統(tǒng)性能指標(biāo)要求系統(tǒng)的速度誤差系數(shù) 1/s ，超調(diào)量，系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間s據(jù)Kv要求可得：令，則校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)為由上式得 ，取，則所以校正后系統(tǒng)的模擬電路圖如下圖所示。圖3-3 校正后二階系統(tǒng)的模擬電路圖，為使校正后的，要求對(duì)象K由5增至10。，（實(shí)際可取200K電阻），3的離散化算法圖3-4 數(shù)?；旌峡刂频姆娇驁D圖3-3中的離散化可通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡的采樣開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳遞函數(shù)與Z傳遞函數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換，可視為模擬濾波器與數(shù)字濾波器之間的轉(zhuǎn)換。常用的轉(zhuǎn)換方法有：a) 階躍響應(yīng)不變法（或

4、用脈沖響應(yīng)法）b) 后向差分法c) 雙線性變換1) 階躍躍響應(yīng)不變法五、實(shí)驗(yàn)步驟1實(shí)驗(yàn)接線及準(zhǔn)備1.1 按圖3-2連接一個(gè)二階被控對(duì)象的模擬電路；1.2 用導(dǎo)線將該電路的輸入端連接到數(shù)據(jù)采集卡的“DA1”輸出端，電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的“AD1”輸入端相連；1.3待檢查電路接線無(wú)誤后，打開實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電源總開關(guān)，并按下鎖零按鈕使其處于“鎖零”狀態(tài)。2腳本程序運(yùn)行2.1啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo)“THBDC-1”，運(yùn)行實(shí)驗(yàn)軟件；2.2順序點(diǎn)擊虛擬示波器界面上的“”按鈕和工具欄上的“”按鈕(腳本編程器)；2.3在腳本編輯器窗口的文件菜單下點(diǎn)擊“打開”按鈕，并在“計(jì)算機(jī)控制算法VBS計(jì)算機(jī)控制技術(shù)基

5、礎(chǔ)算法D(S)離散化方法研究”文件夾下選中“階躍響應(yīng)不變法”腳本程序并打開，閱讀、理解該程序，然后點(diǎn)擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“步長(zhǎng)設(shè)置”，將腳本算法的運(yùn)行步長(zhǎng)設(shè)為100ms；點(diǎn)擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“啟動(dòng)”；彈起鎖零按鈕使其處于“解鎖”狀態(tài)，用虛擬示波器觀察圖3-2輸出端的響應(yīng)曲線。結(jié)束本次實(shí)驗(yàn)后按下鎖零按鈕使其處于“鎖零”狀態(tài)； 2.4參考步驟2.3，用同樣的方法分別運(yùn)行后向差分法和雙線性變換腳本程序，用虛擬示波器觀察圖3-2輸出端的響應(yīng)曲線；2.5將采樣周期Ts減小或增大，重復(fù)步驟2.3和2.4，用虛擬示波器觀測(cè)采樣周期Ts的減小或增大對(duì)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響。如系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，記下此時(shí)的采樣周期Ts和所采用的離散化方法；2.6按圖3-3連接二階被控對(duì)象在加入模擬控制器（PID校正裝置）后的模擬電路，并在其輸入端輸入2V的階躍信號(hào)，然后觀察其響應(yīng)曲線，并與前面2.3和2.4步驟中采用數(shù)字控制器的實(shí)驗(yàn)曲線相比較；2.7 實(shí)驗(yàn)結(jié)