计算机控制系统转换的指标,(计算机控制系统实验平台.doc
(计算机控制系统实验平台
计算机控制系统实验平台
(本文由袁绍强及夏洁撰写)
为完成本科计算机控制系统课实验的教学,北京航空航天大学自动化学院控制实验中心,研制和开发了多种计算机控制系统实验平台。与本科教学有关的实验平台简单介绍如下。
1.微机控制伺服系统
1.1 实验系统及相关设备介绍
微机控制伺服系统是PC机为控制计算机,插入模/数、数/模转换板,控制模拟式小功率随动系统。软件采用Borland C或TC.计算机控制系列实验以此为平台,专门为学习了“计算机控制系统”课程的本科生设计的一组高水平实验。
具体内容包括:
随动系统的部件性能测试;建立数学模型;连续系统离散化;设计模拟及数字控制系统的控制律;闭环调试等。
在计算机实现方面,学习如何将计算机与物理系统相连接;研究引入计算机后产生的问题,如采样、零阶保持器的影响等。
学会用C语言编制A/D、D/A及中断程序并在计算机内实现控制律;训练使用C语言的编程能力等。
通过系列实验,可以使学生学习和掌握有关系统分析与设计,系统仿真及实现等方面内容,熟悉各种硬件及软件环节;同时可以加强学生的实验研究能力及动手建立,安装,调试实际系统的能力,真正掌握计算机控制系统的各种关键技术。设计方法可以采用状态空间法,极点配置方法、最优控制方法等多种控制方法。
1.2 实验设备或相关器件的主要技术指标
IBM PC 系列微机一台(586以上机型)
HD1219 12位A/D D/A接口板一块
XSJ-3 小功率直流随动系统学习机一台
4 1/2 数字多用表一台
DT6234 光电式转速表一台
图1.1 实验电路图
小功率随动系统的元部件共包括执行电机、测速发电机、角位置测量电位计、直流放大器、系统控制台、计算机系统等六个主要部分,其中执行电机和系统控制台构成被控对象,测速发电机和角位置测量电位计分别构成速度反馈(内环)和位置反馈(外环),加上计算机系统和A/D、D/A转换器构成数字式的计算机控制系统。
主要元部件的性能指标:
1) 执行电机
本实验系统选取直流低速力矩电机,产品出厂时给定的技术数据为:
峰值力矩Tp:5(-5%)kg.cm
峰值电流Ip:1.8A
峰值电压Vp:20V
空载转速n0:500r/min
2) 测速发电机
选用永磁直流测速发电机70CYD-1,它的主要技术数据为:
信号输出斜率:1 V/rad/s
极限转速:400r/min
输出特性线性度:1%
最小负载:23kΩ
静磨擦力矩:300g.cm
3) 角位置测量电位计
选用高精度合成膜电位计:WHJ-2,主要技术数据如下
阻值:1.5 kΩ
功率:2W
线性度:0.5%
电气角度:
机械转角:无止挡。
4) A/D、D/A板(HD1219)
模出入分芯片采用AD1674
通道数:单端输入16路
输入电压: 0~10V,±5V,±10V
输入阻抗:≥ 10MΩ
分辩率:12位
输出编码:原码 (单极性信号输入)
偏移码(双极性信号输入)
转换速度: 100kHz
转换误差:≤0.1%
A/D起动方式:程序起动,定时起动
A/D工作方式:中断,程序延时
模出部分芯片采用DA1230
通道数:2路
输出电压:0~10V,±5V,±10V
输出阻抗:≤1MΩ
分辩率:12位
建立时间:7μs
定时器/计数器部分。采用8253可编程计数/定时器。
通道数:3路
计数器字长:16位
时钟频率:2MHz
数字量输入输出部分,采用8255,通道数为24路
接口部分,地址分配:占用16个连续I/O端口地址,HD1219板基地址Base=0310H。
1.3 实验对象计算机闭环控制指标要求
设计要求:
速度回路设计:选择静态增益满足以下要求:
当D/A 输出 ≤ 120 mV 时,电机开始转动。
(实际测试,电机起动电压)
当D/A 输出 ±10 V 时,电机转速为 26 rad/s
位置回路设计:在求得上述速度回路传递函数的前提下,利用极点配置方法求全状态反馈增益KF1 KF2 。假定系统的期望极点满足:
ξ≥ 0.9 ,≥ 20 rad/s
且要求输入信号小于40 mV时电机应能起动。
给定采样周期 T =0.025 s
观测器设计:假定伺服系统的转角θ是可测的,设计降维观测器,并假定降维观测器的观测误差衰减速率是闭环系数衰减速率的4倍。
根据全状态反馈增益KF1 KF2及降维观测器方程,求控制器方程。
按零点——极点型编排方法,编排控制器方程的实现算法,并选择合适的比例因子。
1.4 实验目的以及实验要求
通过本实验的训练,应达到下列要求:
1) 学生应了解直流电动机、测速机、电位计、功率放大器等主要部件的工作原理
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