null8计算机控制系统的数字仿真 8计算机控制系统的数字仿真 计算机控制系统一般是指对被控制对象性能指标的控制由计算机或其他数字控制装置来完成的系统。因为这类系统的特点是控制量不随时间连续变化，而是以一定的时间周期 断续变化，如对系统误差的检测，是按周期T定时采样并能过A/D单元变为数字信号进行处理的，这与传统意义上的采样控制系统完全类似，故也沿用采样控制系统的称法，或称数字控制系统。又因这类系统中的变量仅在离散时t=kT有意义，在离散时刻之间是不定的，故也可称其为离散控制系统。null典型的计算机控制系统基本结构如图8.1所示。图中，A/D单元相当于采样开关，把模拟信号e(t)转换为采样信号e(kT),其采样周期为T；控制单元为计算机或其他数字控制器，将误差信号进行处理后送出控制信号；D/A单元采样保持器，把控制单元输出的数字信号u(kT)转换为阶梯信号uk(t)。 null图8.1计算机控制系统基本结构null可见计算机控制系统完全可用图8.2所示的采样控制系统结构图来描述。图中前一个采样开关即表示A/D采样过程，采样周期为了T；后一个采样开关即表示D/A转换过程，采样周期同为T；D（z）表示控制单元脉冲传递数；Gh(s)表示采样保持器传递函数；G0（s）表示控制对象传递函数。null图8.2采样控制系统结构nullnullnullnullnullnullnullnull4、采样系统数学描述的相互转换
采样系统的几种数学描述形式，除了定义域的区别外，形式上与连续系统完全一样，相互转换的关系也与连续系统相同，几种形式之间得用MATLAB语言控制系统工具箱中的数学模型转换函数tf2ss()、tf2zp()、ss2tf()、ss2zp()、zp2ss()以及residue()等作相互转换，因离散系统模型转换过程中遵循的原则和采用的算法与连续系统没有区别，仅在各参量的表达意义上有所不同，故在连续系统下应用此类函数完全相同。nullnullnull就能按信号传递过程，从参考输入开始，逐步求得各部分解、和输出。仿真程序框图如图8.4所示。图中运行参数T为采样周期（仿真步长），r为输入幅值；为终止时间。 null图8.4差分方程递推求解仿真程序框图null差分方程描述的就是离散量在采样时刻点上的相互关系和变化情况，因此当仿真步长取采样系统的实地采样周期为T时，求取的结果无截断误差，从理论上说算法是精确的。
这种方法简便易行，只要D（z）、G(z)已知，则仿真过程非常简单，且无截断误差，结果可靠。缺点是当 系统复杂时，G（z）难以求取，即使求出G（z）也无法观察系统中其他中间变量的响应特性，也不便考虑有非线性影响的情况。 null2、连续部分按环节离散化
当系统连续部分较复杂时，不必去化简和求取G(z),而按照连续系统环节离散化仿真方法，交连续部分中各环节经离散化处理后，与采样部分一并考虑进行仿真。 nullnullnull图8.6 连续部分采样环节离散化方法的仿真框图nullnull可见，对这类系统仿真，要顾及到两部分连续系统各环节D(s)、G0(s)的实际变化过程，对这两部分都应正正确地通过仿真得到准确的结果，并在每个采样周期T到来时变化结果及时传递到相应环节去，这样所得采样控制系统仿真结果才合理且有意义，仿真框图如图8.8所示。null图8.8控制器为D（s）形式的系统仿真框图null由图8.8可知，在采样时刻kT与(k+1)T之间，连续部分一直在变化，故必须以步长t=h（选取原则同上小节）同时仿真计算所有连续部分各环节D(s)、G0(s)的输出。当采样时刻t=(k+1)T到来时，交信号变化结果经系统的采样开关传递到相应环节，这时所有环节才被全部连接起来，进行整个系统离散（采样）部分的数值计算，因此能得到整个采样控制系统较准确的仿真数据结果。nullnullnullnullnullMATLAB语言实现该步骤的仿真程序如下：
A＝［a1 ,… an］ ％n维分母系数向量
B＝［b0 ,… bm］ ％m+1维分子系数向量
U＝zeros(m+1,1) ％建立输入u的存储向量
Y＝zeros(n,1) ％建立输出y的存储向量
yk=o:yt=0;t=o
for k=1:N
u=［uk; u(1:m)］ ％存入→平移
yk=-A*y+B*U; ％取出→计算
Y=［yk;y（1:n-1）］; ％存入→平移
yt=［yt,yk］; ％输出响应数据向量
t=［t,k*T］; ％采样时刻序列向量
end
plot［t,yt］nullnullnullnull图8.10 为采样周期T整倍数的仿真过程nullnullnullnull图8.11 直线插补的仿真过程null
本文档为【8计算机控制系统的数字仿真】，请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑，
图片更改请在作品中右键图片并更换，文字修改请直接点击文字进行修改，也可以新增和删除文档中的内容。
该文档来自用户分享，如有侵权行为请发邮件ishare@vip.sina.com联系网站客服，我们会及时删除。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生，若发现您的权利被侵害，请联系客服邮件isharekefu@iask.cn，我们尽快处理。
本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权，请谨慎使用。
网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传，仅限个人学习分享使用，禁止用于任何广告和商用目的。
浙公网安备 33021202002483