计算机控制最小拍实验报告.docx

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计算机控制最小拍实验报告

重庆邮电大学

自动化学院

计算机控制实验报告

学

院：

自动化

学生

姓名：

魏波

专

业：

电气工程与自动化

班

级：

0830903

学

号：

2009212715

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、实验原理及内容

典型的最小拍控制系统如图其中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，Φ（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。

R为输入，C为输出，计算机对误差E定时采样按D（Z）计算输出控制量U（Z）。

图中K=5。

闭环传递函数

1、最小拍有纹波系统设计

2、最小拍无纹波设计

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为

零，因此存在有纹波现象。

无纹波系统设计只要使U（Z）是Z1的有限多项式，

则可以保证系统输出无纹波。

四、实验线路图

（2）D（Z）算法

采样周期T=1S，E（Z）为计算机输入，U（Z）为输出，有：

D（Z）=U（Z）

E（Z）

=

K0K1Z1

K2Z2

K3Z3

1P1Z1

P2Z2

P3Z3

式中Ki与Pi取值范围：

-0.9999～0.9999，计算机分别用相邻三个字节存

储其BCD码。

最低字节符号，00H为正，01H为负。

中间字节存前

2位小数，最

高字节存末2位小数。

例有系数0.1234，则内存为：

地址内容

2F00H00H

2F01H12H

2F02H34H

系数存储安排如表5—1。

表5—1

0101H

010DH

0102H

K

0

010EH

P

0103H

010FH

0104H

0110H

0105H

K

1

0111H

P

0106H

0112H

0107H

0113H

0108H

K

2

0114H

P

0109H

0115H

010AH

010BH

K

3

010CH

1

2

3

将D（Z）式写成差分方程，则有：

UK=K0EK+K1EK-1+K2EK-2+K3EK-3-P1UK-1-P2UK-2-P3UK-3

式中EK～EK-3，误差输入；UK～UK-3，计算机输出。

计算机运算溢出处理，当计算机控制输出超过00H～FFH时（对应于模拟量

-5V～+5V），则计算机输出相应的极值00H或FFH，同时在相应的内存单元也存入极值。

（3）模拟电路的参数整定

被控对象有模拟电路，电路中所接电阻、电容参数有一定误差，所以应加以整定，可先整定惯性环节，再整定积分环节，应使二者串联时尽量接近所给传递函数。

整定方法参见注1。

（4）接线

82532#输出OUT2信号，经单稳整形，正脉冲打开采样保持器的采样开关，

负脉冲启动A/D变换器。

系统误差信号E→U4、IN2、U14、OUT2→U15、IN7：

采样保持器对系统误差信

号进行采样，将采样信号保持并输出给A/D第7路输入端。

计算溢出显示部分：

图5—2虚框内。

当计算控制量的结果溢出时，计算机

给口B的PB17输出高电平，只要有一次以上溢出便显示。

这部分线路只为观察

溢出而设，可以不接，对于控制没有影响。

图1

数字控制器的实现

数字控制球的参考流程图

（5）采样周期T

CPU的8253产生定时信号，定时10ms，采样周期T为：

T=TK×10ms

TK需事先送入2F60H单元，取值范围：

01H～FFH，对应的范围：

10ms～2550ms。

例如当T=1S，有：

TK=T（s）

1=100=64H

0.01（s）

0.01

3.实验内容与步骤

（1）

按图2连线，S置方波档，S

置下档，调

W12使U1单元的OUT端输出为

2.5V的

11

12

方波，调

W11约为6S。

装入程序

TH5-1，0100F单元存入

64H（E0100↙）。

（2）按要求计算D（E）各系数，送入内存2F00H～2F14H单元，具体推导过程见有关计算

控制技术教材。

（其中，K0＝0.5434、K1＝-0.7434、K2＝0.2000、K3＝0、P1＝-0.2826、P2

＝-0.7174、P3＝0）。

（3）用示波器观察输入R波形，在输入R为零时启动最小拍程序（G=F000:

15E6↘），对照阶跃输出R观察输出C，应有以下波形（见图5—4），输出经过一拍后，在采样点上跟踪输入误差输出为：

E（Z）=Φe（Z）R（Z）=（1-Z

-1

）·

2.5

2.5

Z1

1

即一拍后进行跟踪，偏差保持为零。

而从控制量的输出

Y（Z）=D（Z）E（Z）

=2.5×0.5435

0.2Z1

1

0.717Z1

=1.3590-1.4744Z

-1+1.0571Z-2-0.7580Z-3+0.5435Z-4-0.3897Z-5

可见，控制量在一拍后并未进入稳态

（常数为零），而是在不停地波动，

从而使连续部分

的输出在采样点之间存在纹波。

五、实验结果

六、总结

最小拍控制系统对输入形势的适应性差，当系统的输入形势改变，尤其是存

在随机扰动时，系统的性能变坏。

最小拍控制系统对参数变化很敏感，在实验过程中，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。

直流电机闭环调速实验

一、实验目的

1、了解闭环系统的控制过程

2、熟悉PID控制规律，并且用算法实现。

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

这是一个典型的直流电机调速实验的系统方框图

人为数字给定

驱动单元

速度

CPU系统

直流电机

电路

反馈

测速电路

图3

实验原理图

图4直流电机闭环调速试验线路图

CPU系统的8255PB10脉冲信号为控制量，经驱动电路驱动电机运转。

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。

其中OPCLK为1.1625MHz时钟信号，经8253的2号通道分频输出1ms的方波，接入8259产生IRQ6中断，作为系统采样时钟；PB10产生PWM脉冲计时及转速累加，8259的IRQ7中断用于测量电机转速。

2．实验流程图

主程序

初始化

采样周期

到否？

清TK变

元TC

取YK反

馈值

调PID

溢出

处理

计算

PWM

将YK，CK

值发往串口

8259IRQ7

N

8259IRQ6

中断程序：

IRQ7中断

Y

MARK=0？

MARK=1

N

MARK=0

取IRQ6中转速累加VADD

计算电机转速

VADD清零

中断程序

IRQ6中断

TC=TC+1

产生PWM脉冲

N

MARK=1？

转速累加

VADD=VADD+1

IRET

3．实验内容及步骤

（1）按图4接线：

（2）装入程序CS1.EXE。

其中段地址为：

0000，偏移地址：

2000。

使用U0000：

2000命令查看第一、二条指令为MOVAX，0259、MOVDS，AX由此可知数据段段地址为0259。

用D0259：

0000命令可查看到数据段中所放TS、SPEC、IBAND、KPP

等参数值（对于双字节DW，低位在前）已按顺序排好，并与初始化值相符。

用

E0259：

0000命令可从TS第一个数据开始修改这些值，按空格继续修改下一个

值，按减号修改上一个值，按回车确认并停止修改。

（DEBUG命令的详细使用方法详见软件系统中的帮助文档中的常见命令说明

部分。

）

例：

D0259：

0000（回车）可看到：

0259：

00001430006000601010

即：

TS=14H，SPEC=0030H，

0259：

0008002000XXXX

XXXXXX

IBAND=0060H

KPP=1060H

KII=0010H

，

KDD=0020H

（3）进入专用示波器界面点击运行，使用默认的段地址和偏移量，按确定运行示波。

（4）观察电机转速及示波器上给定值与反馈值的波形，分析其响应特性，改变参数Iband、KPP、KII、KDD的值后再观察其响应特性，选择一组较好的控制参数并记录下来。

参

稳定＜2%

数

IBAND

KPP

KII

KDD超调

项

时间

目

1：

例程中参数响应

0060H

1060H

0010

0020

特性

H

H

2：

去掉IBAND

0000H

1060H

0010

0020

H

H

4．实验程序参数表

符号

单位

取值范围

名称及作用

TS

mmS

00H-FFH

采样周期：

决定数据采集处理快慢程度

SPEC

N/s

06H-42H

给定：

即要求电机达到的转速值

IBAND

0000H-007FH

积分分离值：

PID算法中积分分离值

KPP

0000H-1FFFH

比例系数：

PID算法中比例项系数值

KII

0000H-1FFFH

积分系数：

PID算法中积分项系数值

KDD

0000H-1FFFH

微分系数：

PID算法中微分项系数值

通道1值：

在示波器功能中所显示值需放

CH1

00H-FFH

入此单元中然后再调用PUT_COM发送子程

序

CH2

00H-FFH

通道2值：

（同上）

YKN/s

0000H-0042H

反馈：

通过霍尔元件反馈算出的电机转速

反馈值

CK

00H-FFH

控制量：

PID算法产生用于控制的量

VADD

0000H-FFFFH

转速累加单元：

记录霍尔输出脉冲用于转

速计算

ZV

00H-FFH

转速计算变量

ZVV

00H-FFH

转速计算变量

TC

00H-FFH

采样周期变量

FPWM

00H-01H

PWM脉冲中间标志位

CK_1

00H-FFH

控制量变量：

记录上次控制量值

EK_1

0000H-FFFFH

PID偏差：

E（K）=SPEC（K）-YK（K）

AEK_1

0000H-FFFFH

△E（K）=E（K）-E（K-1）

BEK

0000H-FFFFH

△2E（K）=△E（K）-△E（K-1）

AAA

00H-FFH

用于PWM脉冲高电平时间计算

VAA

00H-FFH

AAA变量

BBB

00H-FFH

用于PWM脉低冲电平时间计算

VBB

00H-FFH

BBB变量

MARK

00H-01H

R0——R8

PID计算用变量

实验结果