1、采樣與保持仿真實驗、實驗目的與要求1、了解數/模轉換器的零階保持器作用。2、驗證零階保持器在控制系統中的作用。3、驗證采樣周期對系統穩定性的影響。4、學習控制系統計算機輔助設計軟件MATLAB及其仿真環境SIMULINK的使用。、仿真軟硬件環境PC機，MATLAB R2009三、實驗原理其中零階保持器描述回路的采樣功能和D/A轉換器的保持功能。四、SIMULINK 仿真結構圖 五、仿真實驗記錄六、思考題1、在微機控制系統中采樣周期T的選擇應注意哪些方面答：采樣周期取越小值，復現精度就越高，也就是說“越真”。若采樣周期太長。計算 機控制系統受到的干擾就得不到及時克服而帶來很大誤差，使系統動態品質

2、惡化， 甚至導致計算機控制系統的不穩定。2、若模擬量在 A/D轉換時變化較大，是否要加保持器為什么?答：從啟動信號轉換到轉換結束的數字輸出，經過一定時間，而模擬量轉換期間， 要求模擬量信號保持不變，所以必須用采樣保持器.？該電路具有兩個功能：采樣跟蹤輸入信號； 保持暫停跟蹤輸入信號，保持已采集的輸入信號，確保在A/D轉換期間保持輸入信號不變。在 A/D轉換期間，為了使輸入信號不變，保持在開始轉換時的值，通常要采用一個采樣保持電路。對于MCS-96單片機的A/D轉換器，啟動轉換實際上是把采樣開關接通，進行采樣，過一段時間后，開關斷開，采樣電路進入保持模式，才是A/D真正開始轉換。3、D/A轉換器

3、為什么會具有零階保持器的作用?答：在這種結構中每一個通道都有一個 D/A轉換器。D/A轉換器是按照采樣周期 T對控 制器輸出的數字量進行 D/A轉換的，但由于D/A轉換器具有數據輸入鎖存功能， 它能夠在接 收下一組數字量之前， 一直保持前一組數字量不變， 因而D/A轉換器的輸出模擬量， 能夠在 一個采樣周期內保持不變，也就是說，D/A轉換器本身就具有零階保持器的功能。4、計算機控制系統模擬量輸出通道中若無零階保持器會出現什么問題？答：模擬量輸出通道中要有輸出保持器，這是因為計算機控制是分時的，每個輸出回路只能周期地在一個時間片上得到輸出信號，即這時執行部件得到的是時間上離散的模擬信 號，而實際

4、的執行部件卻要求連續的模擬信號，因此為了使執行部件在兩個輸出信號的間隔時間內仍然能得到輸出信號，就必須有輸出保持器， 通過它將前一采樣控制時刻的輸出信號保持下來，直到下一個采樣控制時刻到來，重新得到新的輸出信號？計算機控制系統中通常采用零階保持器，即前一采樣時刻的輸出值原封不動的(理想化的)保持到下一采樣時刻到來。？零階保持器通常用和模擬量輸入通道中的采樣保持器一樣的電容保持電路來實現。5、系統的平滑性與什么有關？答：計算機控制系統平滑性與采樣周期有關。當一個連續被控過程由計算機控制時，計算機產生的指令信號是通過零階保持器輸出的，因此，它是一組階梯信號。 在這組階梯信號作用下，被控過程的輸出是

5、一組彼此相連的階躍響應。由于信號階梯的大小與采樣周期成正比，在采樣周期較大時， 信號階梯增大，使被控對象的輸出響應不平滑，產生不允許的高頻 波動。為了減小這種波動，采樣周期應取得小些為好，以保證在響應過程中有足夠多的采樣 點數。實驗二微分與平滑仿真實驗一、實驗目的與要求1、了解微分對采樣噪音的靈敏響應。2、了解平滑算法抑制噪音的作用。3、進一步學習MATLA改其仿真環境SIMULINK的使用。二、仿真軟硬件環境PC機，MATLAB R2009三、實驗原理如圖微分加在正反饋輸入端，計算機用 D(Z)式進行微分運算。R為階躍輸入信號，C為 系統輸出。由于微分是正反饋，當取合適的微分時間常數時，會使

6、系統響應加快。若微分時 間常數過大，則會影響系統穩定性。四、D(Z)設計1、未平滑時的D(Z)用一階差分代替微分運算: 式中Td為微分時間常數，T為計算機采樣周期。2、平滑后的D(Z)微分平滑運算原理如圖：Xk*Xk-2 x取Y (k)為西個點的微分均值，柏' X Xk-1* 五、SIMULINK 仿真結構圖六、仿真實驗記錄 LT 0.5T 0.5T T " g a " , i i « rre m n i i i i i七、思考題1、微分噪音與采樣噪音和采樣周期T有什么關系與微分時間常數有什么關系答：在采樣周期 T相同情況下，TD越大，微分噪音越嚴重；？在

7、TD相同情況下，采樣周期 T越小，微分噪音越嚴重。2、平滑后系統輸出有無改善是否一定需要平滑答：微分平滑后輸出有了明顯改善。并非所有的情況下都需要平滑，在系統輸出情況良好的情況下，無需平滑。實驗三積分分離PID控制仿真實驗一、實驗目的與要求1、學會PID三個系數的選取。2、了解積分分離值的模擬實驗選取。3、掌握SIMULINK的仿真方法。二、仿真軟硬件環境PC機，MATLAB R2009三、實驗原理如圖，R為輸入，C為輸出。計算機不斷采人誤差E,進行積分判別與 PID運算，然后判結果是否溢出(若溢出則取最大或最小值)，最后將控制量輸送給系統。五、整定調節參數與系統開環增益 用臨界比例帶法整定參

8、數。設采樣周期為 50ms,先去掉 微分與積分作用，只保留比例控制，增大Kp,直至系統等幅振蕩，記下振蕩周期 Tu和振蕩時所用比例值Kpu,按以下公式整定參數（比例、積分、微分調節）：T=0.167Tu , & =0.27/Kpu , Ti = 0.4Tu , Td= 0.22Tu六、SIMULINK 仿真結構圖七、自定義函數設計實現積分分離功能的自定義函數設計（文件名jffl ）:function y=jffl（x）y=x;EI=5（或 2）;else y=0 ;if abs（x）=EIend八、仿真實驗數據及相應曲線T test= 50ms Tu= 0.37s Kpu =0.80 T=61.2ms K p=0.3375 Ti=0.148s Td=0.0814sEiKpKi =Kp/TiKd=KpTdMptsI 用臨界比例帶法整定參數50.33752.28040.02741.37961.6656sII 用I欄PID參數，Ei修改0.150.33752.28040.02741.15251.5053sm 較佳的pid參數50.21.50.0151.51862.5301W 用出欄PID參數，Ei修改0.150.21.50.0151.26821.8731（將四條輸出曲線和輸入曲線一起畫在同一個坐標里。）九、思考題