计算机控制 最小拍实验报告-（最新版）

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1、重重 庆庆 邮邮 电电 大大 学学 自自 动动 化化 学学 院院 计算机控制实验报告计算机控制实验报告 学学 院：院： 自动化 学学 生生 姓姓 名：名： 魏 波 专专 业：业： 电气工程与自动化 班班 级：级： 0830903 学学 号：号： 2009212715 最小拍控制系统最小拍控制系统 一、实验目的一、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、实验设备二、实验设备 PC 机一台，TD-实验系统一套，i386EX 系统板一块 ACC 三、实验原理及内容三、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)

2、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。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1、最小拍有纹波系统设计 2、最小拍无纹波设计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）是的有限多项式， 1 Z 则可以保证系统输出无纹波。 四、实验线路图四、实验线路图 (2)D(Z)算法 采样周期 T=1S，E(Z)为

3、计算机输入，U(Z)为输出，有： D(Z)= )Z(E )Z(U = 3 3 2 2 1 1 3 3 2 2 1 10 ZPZPZP1 ZKZKZKK 式中 Ki 与 Pi 取值范围：-0.99990.9999，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 2F00H 00H 2F01H 12H 2F02H 34H 系数存储安排如表 51。 表 51 0101H 010DH 0102H K0 010EH P1 0103H 010FH 0104H 011

4、0H 0105H K1 0111H P2 0106H 0112H 0107H 0113H 0108H K2 0114H P3 0109H 0115H 010AH 010BH K3 010CH 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 EKEK-3，误差输入；UKUK-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 00HFFH 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

5、，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 8253 2#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 EU4、IN2、U14、OUT2U15、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 52 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

6、控制没有影响。 图 1 数字控制器的实现数字控制器的实现 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=TK10ms TK需事先送入 2F60H 单元， 取值范围 ： 01HFFH， 对应的范围 ： 10ms2550ms。 例如当 T=1S，有： TK=100=64H 01 . 0 1 ) s (01 . 0 ) s (T 3.实验内容与步骤 (1)按图 2 连线，S11置方波档，S12置下档，调 W12 使 U1 单元的 OUT 端输出为 2.5V 的 方波，调 W11 约为 6S。装入程序 TH5-1，0100F 单

7、元存入 64H（E0100） 。 (2)按要求计算 D(E)各系数，送入内存 2F00H2F14H 单元，具体推导过程见有关计算 控制技术教材。 （其中， K00.5434、 K1-0.7434、 K20.2000、 K30、 P1-0.2826、 P2- 0.7174、P30） 。 (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 54)，输出经过一拍后，在采样点上跟踪输入 误差输出为： E(Z)=e(Z)R(Z)=(1-Z-1)5 . 2 Z1 5 . 2 1 即一拍后进行跟踪，偏差保持为

8、零。 而从控制量的输出 Y(Z)=D(Z)E(Z) =2.5 1 1 Z717 . 0 1 Z2 . 05435 . 0 =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、实验结果五、实验结果 六六、总结总结 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

9、 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、实验设备二、实验设备 PC 机一台，TD-实验系统一套，i386EX 系统板一块 ACC 三、实验原理三、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 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

10、。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 人为数字给定 CPU 系统 驱动单元 电路 直流电机 速度 测速电路 反馈 8259 IRQ7 中断程序： 8259IRQ6 中断程序 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 MOV AX，0

11、259、MOV DS，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 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 N IRQ7 中断 MARK=0？ MARK=0 取 IRQ6 中转 速累加 VADD 计算电机转速 VADD 清零 MARK=1 Y N IRQ6 中断 TC=TC+1 产生 PWM 脉冲 MARK=1？ 转速累加 VADD=VADD+1 IRET N 等参数值(对于双字节DW，低位在前)已按顺序排

12、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： 0000 14 30 00 60 00 60 10 10 即 ： TS=14H，SPEC=0030H， 0259：0008 00 20 00 XX XXXX XX XX 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

13、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 数 项 目 IBANDKPPKIIKDD超调 稳定2% 时间 1：例程中参数响应 特性 0060H1060H0010 H 0020 H 2：去掉 IBAND0000H1060H0010 H 0020 H 4实验程序参数表4实验程序参数表 符号单位取值范围名 称 及 作 用 TSmmS00H-FFH采样周期：决定数据采集处理快慢程度 SPECN/s06H-42H给定：即要求电机达到的

14、转速值 IBAND0000H-007FH积分分离值：PID 算法中积分分离值 KPP0000H-1FFFH比例系数：PID 算法中比例项系数值 KII0000H-1FFFH积分系数：PID 算法中积分项系数值 KDD0000H-1FFFH微分系数：PID 算法中微分项系数值 CH100H-FFH 通道 1 值：在示波器功能中所显示值需放 入此单元中然后再调用 PUT_COM 发送子程 序 CH200H-FFH通道 2 值：(同上) YKN/s0000H-0042H 反馈：通过霍尔元件反馈算出的电机转速 反馈值 CK00H-FFH控制量：PID 算法产生用于控制的量 VADD0000H-FFFF

15、H 转速累加单元：记录霍尔输出脉冲用于转 速计算 ZV00H-FFH转速计算变量 ZVV00H-FFH转速计算变量 TC00H-FFH采样周期变量 FPWM00H-01HPWM 脉冲中间标志位 CK_100H-FFH控制量变量：记录上次控制量值 EK_10000H-FFFFHPID 偏差：E(K)=SPEC(K)-YK(K) AEK_10000H-FFFFHE(K)=E(K)-E(K-1) BEK0000H-FFFFH2E(K)=E(K)-E(K-1) AAA00H-FFH用于 PWM 脉冲高电平时间计算 VAA00H-FFHAAA 变量 BBB00H-FFH用于 PWM 脉低冲电平时间计算 VBB00H-FFHBBB 变量 MARK00H-01H R0R8PID 计算用变量 实验结果实验结果