%95%b0字调节器的状态矩阵参数分析与实现.pdfVIP

第31卷第8期 核 技 术 V01．31，No．8 2008年8月 NUCLEAR 2008 TECHNIQUES August 用于加速器电源的数字调节器的状态矩阵 参数分析与实现 龙银东1’2乔为民1赵龙1’2敬岚1 1(中国科学院近代物理研究所兰州730000) 2(中国科学院研究生院北京100049) 摘要介绍了在基于CyclonelI芯片，采用状态空间方程所实现的数字调节器系统中，必不可少的状态矩阵参 数分析与实现的软件平台。通过对算法优化和对MATLAB自带函数的调用，实现了针对被控对象具体需求， 精度范围在1064以内的参数获取。同时还加入了极点选取规则，使最终得到的参数更符合实际需求，为实现 精确、实时的数字调节器系统提供了必要的保证。 关键词极点，MATLAB，数字调节器，状态空间方程 中图分类号TP214 20世纪80年代，兰州重离子加速器(HIRFL) X’=AX+Bu (1) 合成了20多种远离稳定线的新核素，其控制系统也 Y=CX+Du (2) 不断更新。随后建设的兰州重离子加速器冷却储存 式中，x为状态向量∽维向量)，】，为输出向量(纯 环(HIRFL-CSR)，则更须进一步提高系统的稳定性 量)，U为控制信号(纯量)。可选取控制信号：“=．^Ⅸ， 和精确度。 其中lxn维矩阵K即为状态反馈增益矩阵。 随着集成芯片的不断发展和现代控制理论的进 图1为一个单输入单输出的数字调节器系统， 一步完善，使用状态空间方程的设计方法，实现高 实线部分即为具体的被控对象，虚线部分即为针对 精度、实时的数字调节器，以保证加速器得到更好 此被控对象的观测器，左端即为连接的一个阶跃输 的束流已成为可能【l】。本文实现的针对状态矩阵参 入信号。实验表明，数字调节器系统不仅能达到万 II 数分析与实现的软件系统，是以Cyclone分之一精度和毫秒级的响应要求，还具有状态空间 II 2C20F484芯片作为硬件平台，以Quartus5．0作 方程设计方法所具有的局部最优化、稳定性高和抗 为硬件编程环境，最终开发出的数字调节器系统寻 噪性能强等一系列特点。图2为有与没有该数字调 找到适合于具体被控对象和系统响应要求的零极 节器的被控对象阶跃响应比较图。 点，从而为加速器电源的改造成功提供重要保证。 由图2，加有此调节器的被控对象在调节时间 同时，可根据用户输入的具体被控对象指标，得到 等指标上都远好于未加前。由于此设计基于状态空 适合于不同被控对象的数字调节器参数，为数字调 间方程理论，影响系统性能的是每个模块的具体参 节器普遍使用带来可能，有助于提高此数字调节器 数，则如何获得满足被控对象性能需求的参数，就 的经济效应，降低开发成本，实现整个数字调节器 成为整个数字调节器系统成功与否的关键。本文的 系统的产品化生产口J。 状态矩阵参数分析与实现的软件平台，即由此孕育 1整体设计 而生。此软件平台提供的阶跃响应由MATLAB的 double类型所定义，其有效数值在