實(shí)驗(yàn)七最少拍控制算法研究

實(shí)驗(yàn)七最少拍控制算法研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．學(xué)習(xí)并熟悉最少拍控制器的設(shè)計(jì)和算法；2．研究最少拍控制系統(tǒng)輸出采樣點(diǎn)間紋波的形成；3．熟悉最少拍無(wú)紋波控制系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1．THBCC-1型信號(hào)與系統(tǒng)?控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2．THBXD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)3．PC機(jī)1臺(tái)(含軟件“THBCC-1”三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)具有一個(gè)積分環(huán)節(jié)的二階系統(tǒng)的最少拍控制。2．設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)具有一個(gè)積分環(huán)節(jié)的二階系統(tǒng)的最少拍無(wú)紋波控制，并通過(guò)混合仿真實(shí)驗(yàn)，觀察該閉環(huán)控制系統(tǒng)輸出采樣點(diǎn)間紋波的消除。四、實(shí)驗(yàn)原理在離散控制系統(tǒng)中，通常把一個(gè)采樣周期稱(chēng)作一拍。最少拍系統(tǒng)，也稱(chēng)為最小調(diào)整時(shí)間系統(tǒng)或最快響應(yīng)系統(tǒng)。它是指系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于典型的輸入具有最快的響應(yīng)速度，被控量能經(jīng)過(guò)最少采樣周期達(dá)到設(shè)定值，且穩(wěn)態(tài)誤差為定值。顯然，這樣對(duì)系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)提出了較為苛刻的要求，即其極點(diǎn)應(yīng)位于Z平面的坐標(biāo)原點(diǎn)處。1．最少拍控制算法計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的方框圖為：圖7-1最少拍計(jì)算機(jī)控制原理方框圖根據(jù)上述方框圖可知，有限拍系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為：(1)(2)由(1)、(2)解得：隨動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間也就是系統(tǒng)誤差達(dá)到零或?yàn)橐缓阒邓璧臅r(shí)間，由Z變換定義可知：有限拍系統(tǒng)就是要求系統(tǒng)在典型的輸入信號(hào)作用下，當(dāng)時(shí)，恒為零或恒為一常量。N為盡可能小的正整數(shù)，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，對(duì)不同的輸入信號(hào)，必須選擇不同的傳遞函數(shù)，由理論分析得：2．等速輸入下最小拍控制器的設(shè)計(jì)對(duì)于一二階受控對(duì)象加零階保持器后對(duì)象的傳遞函數(shù)為：選擇采樣周期T，將上述傳遞函數(shù)離散后得(3)因?yàn)檩斎胧菃挝恍逼滦盘?hào)，所以選擇：(4)其中，由此可得等速輸入下最少拍算法的控制量為u(k)=(1-B)u(k-1)+Bu(k-2)+(5)按等速輸入下最少拍無(wú)差系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制器，在等速輸入可使閉環(huán)系統(tǒng)的輸出在第二拍（即兩個(gè)采樣周期）跟上，此后在采樣點(diǎn)上達(dá)到無(wú)差。但對(duì)于其它典型輸入的適應(yīng)性較差。4．等速輸入下最小拍無(wú)紋波控制器的設(shè)計(jì)按最少拍無(wú)差系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最多只能達(dá)到采樣點(diǎn)上無(wú)偏差，而不能保證相鄰兩采樣點(diǎn)間無(wú)紋波。最少拍無(wú)紋波設(shè)計(jì)，不僅要做到采樣點(diǎn)上無(wú)偏差，而且要做到采樣點(diǎn)間無(wú)紋波。根據(jù)式(3)以及等速輸入下最少拍無(wú)紋波的條件，可以求得：兩式聯(lián)立求解得，，所以有由此可得等速輸入下最少拍無(wú)紋波的算法：五、實(shí)驗(yàn)步驟1、實(shí)驗(yàn)接線1.1根據(jù)圖7-1連接一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成的二階被控對(duì)象的模擬電路；1.2用導(dǎo)線將該電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的輸入端“AD1”相連，電路的輸入端與數(shù)據(jù)采集卡的輸出端“DA1”相連，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端“DA2”與輸入端“1.3待檢查電路接線無(wú)誤后，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電源總開(kāi)關(guān)，并將鎖零單元的鎖零按鈕處于“解鎖”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)“THBCC-1”2.2點(diǎn)擊虛擬示波器界面上的“”按鈕對(duì)二階被控對(duì)象的電路進(jìn)行測(cè)試，分別測(cè)取慣性環(huán)節(jié)的放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)以及積分環(huán)節(jié)的積分時(shí)間常數(shù)；2.3打開(kāi)工具欄上的“”按鈕(腳本編程器)；在腳本編輯器窗口的文件菜單下點(diǎn)擊“打開(kāi)”按鈕，并在“計(jì)算機(jī)控制算法VBS\計(jì)算機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)算法”文件夾下選中“最少拍算法(有紋波)”腳本程序并打開(kāi)，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200ms；2.4點(diǎn)擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“啟動(dòng)”；用虛擬示波器觀察圖7-1輸出端與采集卡的輸出端“DA2”2.5點(diǎn)擊腳本編輯器的調(diào)試菜單下“停止”，同時(shí)在窗口上點(diǎn)擊“打開(kāi)”按鈕，在“計(jì)算機(jī)控制算法VBS\計(jì)算機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)算法”文件夾下選中“最少拍算法(無(wú)紋波)”腳本程序并打開(kāi)，閱讀、理解該程序，然后在“腳本編輯器”窗口上點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，用示波器觀察圖7-1輸出端與采集卡的輸出端“DA2”2.6實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉腳本編輯器窗口，退出實(shí)驗(yàn)軟件。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1．畫(huà)出二階被控對(duì)象的電路圖。2．根據(jù)最少拍有紋波控制的算法編寫(xiě)腳本程序。3．繪制最少拍有紋波、無(wú)紋波控制時(shí)系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線，并分析之。七、附錄1．被控對(duì)象模擬與計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為：其模擬電路圖為：圖7-2二階被控對(duì)象的模擬電路圖其中：R1=200K，R2=100K，R3=100K，C1=10uF，C2=10uF計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的方框圖為圖7-3最少拍計(jì)算機(jī)控制原理方框圖最少拍控制的效果對(duì)被控對(duì)象的參數(shù)變化非常敏感，實(shí)驗(yàn)中必須測(cè)取模擬對(duì)象的實(shí)際參數(shù)。5．最少拍有紋波控制程序的編寫(xiě)與調(diào)試示例dimsv,pv,op,opx,opxx,ei,eix,eixx,Ts,A,B,k,Ti,x‘變量定義subInitialize(arg)‘初始化函數(shù)WriteData0,1WriteData0,2opx=0opxx=0eix=0eixx=0endsubsubTakeOneStep(arg)‘算法運(yùn)行函數(shù)pv=ReadData(1)‘采集卡AD1、2通道的測(cè)量值sv=sv+0.03‘斜坡信號(hào)的產(chǎn)生Ts=0.2‘采集周期ifsv>=4.8thensv=4.8‘斜坡輸出的最大值endifei=sv-pv‘控制偏差Ti=1k=0.5C=exp(-Ts/Ti)A=Ts+Ti*C-TiB=(Ti-Ti*C-Ts*C)/Aop=(1-B)*opx+B*opxx+2*ei/(k*A)-(1+2*C)*eix/(k*A)+C*eixx/(k*A)‘控制輸出值eixx=eixeix=eiopxx=opxopx=opifop<=-4.9then‘輸出值限幅op=-4.9endififop>=4.9thenop=4.9endifWriteDataop,1‘輸出值給DA1通道WriteDatasv,2‘斜坡信號(hào)給DA2通