第四章时域离散相似法-Read.pptVIP

第六章 采样控制系统仿真 采样控制系统 (又称数字控制系统）是指间断地对系统中某些变量进行测量和控制的系统。 主要内容 §6.1 采样控制系统的基本结构 §6.2 采样周期与仿真步长 §6.3 纯延迟环节的仿真模型 §5.1 采样控制系统的基本结构 1 例子 声学环境模拟系统（原理图） 2 采样控制系统的基本结构 （1）采样开关或模数转换器。 （2）数模转换器或信号重构器。 （3）离散的数字控制器。 （4）连续的被控对象或被控过程。 3 采样控制系统仿真特点 1 连续系统仿真所用的虚拟采样间隔对整个系统来说一般 是相同的，且是同步的。 2 采样控制系统采样周期、采样器所处位置及保持器的类 型则是实际存在的。 3 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。 两个问题 1对于给定的采样控制系统，如何来确定仿真步距？ 数字控制器G(Z) : 采样速率Ts 连 续 系 统 G(S): 仿真步距 T 实际系统分为离散和连续两部分，如何处理在不同采样间隔下的差分模型？ （2）仿真步长T 仿真步长T的大小取决于： 连续系统特性（线性系统或非线性系统）； 离散方法的选择； 稳定性、仿真速度和仿真精度。 §6.2 采样周期与仿真步长 （1）采样周期Ts与仿真步距T相等 (P158) （2）仿真步距T小于采样周期Ts (P159) （3）改变数字控制器的采样间隔Ts (P160)。 (1) Ts=T （重点掌握） 针对以采样时刻系统的输出为目的的仿真方法。 特点：把连续系统看成一个整体，只在连续系统前加一个采样开关与信号重构器，即仿真步距与采样频率同步。 （2） TTs 以受控对象的状态变量为目标的仿真方法。 TTs的适用情况： （1）采样间隔根据控制算法、系统频带宽度、采样开关硬件的性能来确定。 （2）连续部分若按采样间隔选择仿真步距T，将出现较大的误差，因 此有必要使TTs 。 （3）连续部分存在非线性时，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。为了保证仿真 计算有足够的精度，TTs 。 问题2: 存在两个不同采样频率的差分方程求解问题? 特点：令Ts=NT，分两部分进行仿真计算。离散部分每计算一次差分模型，将其输出按保持器的要求保持，然后对连续部分的仿真模型计算N次，将第N次计算结果作为连续部分该采样周期的输出。 TTs时 §6.3 纯延迟环节的仿真模型 1 表述形式 2 仿真模型 3 具体仿真步骤 a 开辟C0+1个内存单元： M1, M2, M3, …. , M(C0+1) u(k-c0), u(k-c0+1), ……. , u(k) b 当前计算出来的u(k)存入M(C0+1)单元； c 取出u(k-c0)，即为y(k) d 平移。 * * 采样 受控对象 （连续系统） 数字控制 系统 A / D 计算机 D / A 前置放大 低通滤波器 高通滤波器 功放 功放 低频音箱 普通音箱 空气 X 0(t) X1(t) 采样控制系统本质上为连续系统仿真。 图5.1 采样控制系统框图 被控对象连续，系统中均有采样器和保持器，离散相似法可以很方便地用于采样控制系统的仿真 。 信号重构 T （信号重构器或D/A转换模块） 连续系统离散的基本原理 采样控制系统离散的基本原理 虚拟采样开关 实际A/D转换模块 采样周期Ts大小决定于被采样系统的频带、A/D转换器的转换速率、数字控制器的运算复杂程度及采样方法。 采样频率上限 1G HZ 欠采样、过采样与带通采样 数据冗余问题 D(Z) Gh(s) G(s) Y(s) X(s) E(s) E*(s) U(z) U*(s) G(z) Z反变换：U(KT)------E(KT) 图 6.3 计算机控制惯性对象的系统（P158) Y(s) R(s) E(s) U(z) G(z) 采样周期Ts D(z) 仿真步距 T u(s) y(s) 差分模型： 存入 取出 平移 *