ch3 采样控制系统的数字仿真.ppt

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1、第3章采样控制系统的数字仿真采样控制系统的结构组成采样控制系统仿真采样控制系统的快速数字仿真具有延迟环节的仿真数字控制器在离散模拟法中，把连续系统经过采样、保持、复原、采样构成离散系统。这里的采样开关、保持器是人为加进去的，目的是使连续系统转换为离散系统。在实际系统中，如计算机控制系统。这种采样开关以及保持器是实际存在的。这样的系统叫做采样系统，现在用的较多的采样系统是计算机控制系统。这类系统中的被控对象的状态变量是连续变化的，然而它的输入变量和控制变量却是只在采样点（时刻）取值的间断的脉冲序列，其数学模型是差分方程或离散状态

2、方程。这一类在一处或多处存在采样脉冲序列信号的控制系统称为采样控制系统。3.1采样控制系统的结构形式计算机控制系统由4部分组成：（1）离散部分数字机或数字控制器（含单片机、单板机以及DSP）（2）连续部分被控对象（3）采样开关或A/D（4）D/A或保持器离散部分和连续部分之间的联系用D/A或A/D控制过程（原理）误差信号e(t)经A/D转换后输入给数字控制器，数字控制器进行某种控制规律的运算，运算结果u(kT)经D/A转换传到被控对象上。在采样间隔期间，由保持器保持控制信号。一般D/A转换器要将计算机第k次的输出值保持一段时间

3、，直到计算机第k+1次计算结果输出给它以后其值才改变一次，因而通常把D/A转换器看成零阶保持器。采样控制系统的特点在信号传递过程中，既有时间连续信号（对象部分）又有离散信号（数字控制器或计算机的输入、输出）；系统工作在真实的离散状态下，系统有自己的工作节拍，按规定的采样周期工作。只有在采样时刻，数字控制器D(z)才有输出，完成一次控制作用。3.2计算机控制系统仿真计算机控制系统主要有离散部分（数字计算机或数字控制器）和连续部分（被控对象）两部分组成。计算机控制系统主要考虑解决：（1）连续部分仿真—已讲过（如离散相似算法）（2）

4、离散部分仿真（3）两部分如何连接问题，以及要注意什么问题图中：D(z)------控制器H(s)------保持器G(s)------受控对象T1------采样周期一、计算机控制系统仿真基本方法如图所示采样控制系统：在对连续系统进行离散化时，其采样开关是虚拟的，即其采样间隔，采样器所处位置及保持器的类型是用户根据仿真精度和仿真速度要求加以确定的。一般来说，在连续系统仿真时，仿真所用的离散化模型中的虚拟采样间隔（即仿真步距）对整个系统来说是唯一的，且是同步的。而采样控制系统则不同，其采样周期，采样器所处位置及保持器的类型是实际

5、存在的。因此，在对采样控制系统进行仿真时，连续部分离散化模型中的仿真步距与实际采样周期有可能相同，也可能不同。与离散模拟法得到的系统进行比较，两者结构相近（被控对象连续，系统中均有采样器和保持器）。所以离散模拟法可以很方便地用于采样控制系统的仿真。采样控制系统的采样周期，采样器所处位置及保持器的类型都是实际存在的。连续部分离散化模型中的仿真步距与实际采样周期可能相同，也可能不同。（离散相似法中虚拟采样间隔一般来说是相同的，且是同步的）对于给定的采样控制系统，首先必须解决的是：如何来确定仿真步距？实际系统分为离散和连续两部分，如

6、何处理在不同采样间隔下的差分模型？采样控制系统仿真特点：采样周期与仿真步距相同；采样周期大于仿真步距；改变数字控制器的采样间隔仿真步距的选择有以下三种情况：一般来说，采样周期T1根据下述因素确定：系统频带宽度；实际采样开关硬件的性能；实现数字控制器的计算程序的执行时间长短。由于种种原因（如控制算法比较复杂、数字控制器完成所需要时间较长，等等）采样周期T1比较大，但对系统中连续部分若按采样周期选择仿真步长T2，将会出现较大的误差，因此，有必要使T1>T2。另外，当系统中连续部分存在非线性时，正如离散相似法所考虑的那样，为了便于仿

7、真程序处理，需要将系统分成若干部分分别建立差分模型，此时，就要在各部分的入口设置虚拟采样器及保持器，而每增设一对虚拟采样器和保持器，都将引入幅值和相位误差。为了保证仿真计算有足够的精度，必须缩小仿真步距T2，因此，也必须使T1>T2。1、连续受控对象的仿真受控对象有很多方法可以用来对连续系统进行仿真。若用离散模拟法，则有：T2——连续系统计算步距。为了观测在相邻两个采样点之间的动态响应,T2应远小于系统的采样周期T1。通常选：T1=N2T2N2为大于1的整数，也就是在仿真时，通常每计算一次离散部分，连续部分要相应地计算N2次，

8、N2为整数就是为了相互配合好。因为只有这样，连续部分的输入/输出才能在每个周期的最后一刻与离散部分的输入/输出达到同步，即连续部分才能将采样周期最后一个计算步长的输出值和系统的输入比较，作为下一个采样周期数字控制器的输入；同时离散部分的输出信号再次传递给连续部分，以作为连续部