離散化方法研究實驗含仿真圖

1、實驗三 離散化方法研究一、實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)并掌握數(shù)字控制器的設(shè)計方法；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通過數(shù)?；旌蠈嶒?，對D(S)的多種離散化方法作比較研究，并對D(S)離散化前后閉環(huán)系統(tǒng)的性能進(jìn)行比較，以加深對計算機(jī)控制系統(tǒng)的理解。二、實驗設(shè)備1THBDC-1型 控制理論·計算機(jī)控制技術(shù)實驗平臺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(含軟件“THBDC-1”)三、實驗內(nèi)容1按連續(xù)系統(tǒng)的要求，照圖3-1的方案設(shè)計一個與被控對象串聯(lián)的模擬控制器D(S)，并用示波器觀測系統(tǒng)的動態(tài)特性。2利用實驗平臺，設(shè)計一個數(shù)?；?/p>

2、合仿真的計算機(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，不同離散化的方法對閉環(huán)控制系統(tǒng)性能的影響。4對上述連續(xù)系統(tǒng)和計算機(jī)控制系統(tǒng)的動態(tài)性能作比較研究。四、實驗原理由于計算機(jī)的發(fā)展，計算機(jī)及其相應(yīng)的信號變換裝置（A/D和D/A）取代了常規(guī)的模擬控制。在對原有的連續(xù)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造時，最方便的辦法是將原來的模擬控制器離散化，其實質(zhì)是將數(shù)字控制部分（A/D、計算機(jī)和D/A）看成一個整體，它的輸入與輸出都是模擬量，因而可等效于一個連續(xù)的傳遞函數(shù)D(S)。這樣，計算機(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)。下面以一個具體的二階系統(tǒng)來說明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 二階對象的方框圖圖3-2 二階對象的模擬電路圖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，要求對象K由5增至10。，（實際可取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中的離散化可通過數(shù)據(jù)采集卡的采樣開關(guān)來實現(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、實驗步驟1實驗接線及準(zhǔn)備1.1 按圖3-2連接一個二階被控對象的模擬電路；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待檢查電路接線無誤后，打開實驗平臺的電源總開關(guān)，并按下鎖零按鈕使其處于“鎖零”狀態(tài)。2腳本程序運行2.1啟動計算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo)“THBDC-1”，運行實驗軟件；2.2順序點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擊“打開”按鈕，并在“計算機(jī)控制算法VBS計算機(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，然后點擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“步長設(shè)置”，將腳本算法的運行步長設(shè)為100ms；點擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“啟動”；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)束本次實驗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，用虛擬示波器觀測采樣周期Ts的減小或增大對系統(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，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)字控制器的實驗曲線相比較；2.7 實驗結(jié)