计算机控制 最小拍实验报告

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1、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-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， (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

2、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Z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)= =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0.1

3、234，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 0110H 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

4、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，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

5、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TCPU的8253产生定时信号，定时10ms，采样周期T为：T=TK10msTK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=64H3.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单元存入64H（E

6、0100）。(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)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 =1.3590-1.4744Z-1+1.0571Z-

7、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-实验系统一套，

8、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CPU系统驱动单元电路直流电机速度测速电路反馈图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

9、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N 8259 IRQ7中断程序：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=1YN 8259IRQ6中断程序IRQ6中断TC=TC+1产生PWM脉冲MARK=1？转速累加VADD=VADD+1IRETN3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，0259、MOV DS，AX由此可知数据段段地址为0259。用D02

10、59：0000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：0259：0000 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

11、 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 数项 目 IBANDKPPKIIKDD超调稳定2%时间1：例程中参数响应特性0060H1060H0010H0020H2：去掉IBAND0000H1060H0010H0020H4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

12、定：即要求电机达到的转速值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-FFFFH转速累加单元：记录霍尔输出脉

13、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-01HR0R8PID计算用变量实验结果