1、最小拍控制系统及 直流电机闭环调速控制系统设计和实现 实验报告 班级： xx 姓名： xx 学号： xx 时间： 第 16 周周日 9-12 节 指导老师： xx老师 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 典型的最小拍控制系统如图4.1-1 所示，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
2、号的 Z 传递函数。 1 最小拍有纹波系统设计。 图 4.1-2 是一个典型的最小拍控制系统。 针对阶跃输入，其有纹波系统控制算法可设计为： 2 最小拍无纹波系统设计。 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 误差值也为零，因此存在纹波现象。无纹波系统设计只要使U(Z) 是 Z-1 的有限多项式，则可以保证系统输出无纹波。即： 式中 Pi 、Z i 分别是 G(Z) 的极点和零点。 为了使 U(Z) 为有限多项式，只要 (Z) 的零点包含 G(Z) 的全部零点 即可，这也是最小拍无纹波设计和有纹波设计的唯一不同点。 如图 4.1-2 所示，针对单位斜波输入，无纹波系统控制算
3、法可设计为： 3 实验接线图。 图 4.1-2 所示的方框图，其硬件电路原理及接线图可设计如下，图 中画“”的线需用户在实验中自行接好，对象需用户在运放单元搭接。 上图中，控制计算机的 “OUT1 ” 表示 386EX 内部 1 定时器的输 出端，定时器输出的方波周期定时器时常，“IRQ7 ” 表示 386EX 内部 主片 8259 的 7 号中断，用作采样中断， “DIN0 ” 表示 386EX 的 I/O 管 脚 P1.0 ，在这里作为输入管脚用来检测信号是否同步。 4 数字控制的实现。 图 4.1-4 是数字控制器实现的参考程序流程图。 四实验步骤 1. 参考流程图 4.1-4 编写程序
4、，检查无误后编译、链接。 2. 按照实验线路图 4.1-3 接线。检查无误后开启设备电源。 3将模拟实验对象进行整定，具体整定方法参见附录一。对象的输入信号 选择：当为有纹波设计时，选择方波信号。调节电位器使方波信号的幅值 为 2.5V ，周期为 6S。当为无纹波设计时，选择单位斜波信号，斜波幅值 为 6S，上升时间为 6S。 4 分别将有纹波和无纹波设计方法得到的参数写入程序，分别装载并运 行程序，用示波器观察对象的测量点“C ”和数模转换单元的 “OUT1 ” 端， 并记录波形进行分析。注意：实验中有纹波是针对阶跃输入设计，而无纹 波是针对斜波输入信号设计，所以实验时要注意正确的选择信号源
5、。 五实验结果 最小拍控制系统的设计方法是简便的，结构也是简单的，设计结果可以得到解 析解，便于计算机实现。但是最小拍设计存在如下一些问题： (1) 最小拍控制系统对输入形式的适应性差，当系统的输入形式改变，尤其是 存在随机扰动时，系统的性能变坏。 (2) 最小拍控制系统对参数的变化很敏感，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。 六心得 通过本次实验，试验中最大的难题是在调试出的方波后如何得到理想的实 验结果，经过改善程序给定的参数，最终达到该效果，初步了解最小拍控制系 统，掌握了最小拍控制系统原理。
6、 直流电机闭环调速控制系统设计和实现 一实验目的 1 了解闭环调速控制系统的构成。 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： 根据上述系统方框图，硬件线路图可设计如下，图中画“”的线需用户 自行接好。 上图中，控制机算机的 “DOUT0” 表示 386EX 的 I/O 管脚 P1.4 ，输出 PWM 脉冲经驱动后控制直流电机， “IRQ7 ” 表示 386EX 内部主片 8259 的 7 号中断，用作测速中断。 实验中，用系统的数字量输出端口“DO
7、UT0” 来模拟产生 PMW 脉宽调制 信号，构成系统的控制量，经驱动电路驱动后控制电机运转。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。系统定时器定时1ms ，作为系统采样基准时钟；测速中断用于测量电机转速。 直流电机闭环调速控制系统实验的参考程序流程图如下： 四实验步骤 1 参照图 6.1-3 的流程图，编写实验程序，编译、链接。 2 按图6.1-2 接线，检查无误后开启设备电源，将编译链接好的程序装 载到控制机中。 3 打开专用图形界面，运行程序，观察电机转速，分析其响应特性。 4.注意：在程序调试过程中，有可能随时停止程序运行，此时DOUT0 的状 态应保持上次的状态。当DOUT0 为 1 时，直流电机将停止转动；当DOUT0 为 0 时，直流电机将全速转动，如果长时间让直流电机全速转动，可能会导致电机 单元出现故障，所以在停止程序运行时，最好将连接DOUT0 的排线拔掉或按系 统复位键。 五实验结果 6心得 该实验前期比较好做，但是怎么达到调速控制是一个难点。初步了解直流 电机闭环调速控制系统，熟悉了PID 控制规律，并且用算法实现。在实验过程 中，我遇到了很多麻烦，经过反复调试才成功。
