系统仿真技术—第5章 采样控制系统仿真.ppt

系统仿真技术第5章采样控制系统仿真
剡昌锋刘军
兰州理工大学机电工程学院
采样控制系统仿真
从数字仿真的建模方法学角度来看,虽然采样控制系统有它自身的特点,但与连续系统没有本质的区别,因而一般将其归类为连续系统仿真。
采样控制系统的基本结构
x(t)
+
-
y(t)
A/D
采样器
采样控制系统框图
数字
控制器
D/A
信号重构器
被控对象
(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;
与离散相似法所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,离散相似法可以很方便地用于采样控制系统的仿真。
采样系统仿真特点:
采样系统仿真特点:
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。
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。
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。
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,如何处理在不同采样间隔下的差分模型?

记为采样周期,T为仿真步距
仿真步距的选择有三种情况:(1)采样周期与仿真步距T相等;(2)仿真步距T小于采样周期;(3)改变数字控制器的采样间隔。
T
V(s)
+
-
Y(s)
T
U*(s)
E(s)
E*(s)
U(z)
U(s)
D(z)

H(s)
G(s)
采样周期与仿真步距相等
与连续系统仿真完全相同。条件:采样周期比较小,系统的阶次比较低。
连续部分离散化:虚拟采样开关及信号重构器的数目应尽量少:在连续部分入口加采样器和信号重构器,连续部分H(s)G(s)内部不再增加虚拟采样开关和信号重构器。
R(s)
+
-
X(z)
T=Ts时仿真模型
R(z)
D(z)
G(z)
z
-1
U(z)
T=Ts
模型: ZH(s)G(s)=G(z)
或:
特别是当为零阶信号重构器时,可得:
仿真步距T小于采样间隔
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。
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。
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, 。
模型有两种频率的采样开关:离散部分的采样周期,连续部分的仿真步距T。一般取=NT,其中N为正整数
另一种情况是:采样系统中有多个回路,且每个回路的采样周期不同,模型有多种频率的采样开关。
多种频率的采样如何同步?一般将大采样周期设定为小采样周期的若干整数倍。小周期计算若干次,大周期计算一次。小周期采样时,按大周期保持器的输出规律确定采样值。
是
否
否
是
输入系统参数及仿真参数包括T,Ts
s
计算离散部分
(数字控制器)差分模型
计算连续部分
(受控对象)差分模型
输出第
N
次结果
N
到
次否
停止计算

仿真计算结束否
t