其中A为增益,相当于给定一个速度,在时间 期间内,按照A作为加速度,匀加速或者匀减速到速度给定值
同样的,也适用于速度环,对于不同的被控对象,增益的物理意义也不同,但是斜坡函数的最终目的就是让输入信号变得更加平缓,减少系统超调,从而优化系统的时间响应。
进行离散化
将方程进行离散化,按照 的时间采样,那么可以将输入离散化:
首先这里简单讲一下斜坡函数实现的思路:
通常在实际控制系统中,在定时器中断或者事件函数中,需要根据系统当前值,目标值,和延迟时间进行一次计算,得到斜坡函数需要执行的步数和斜坡函数的斜率。
下面用matlab
先用模拟一下斜坡函数的生成,另外实际测试了一下C语言在实际硬件上的运行情况。
以下程序模拟了采样时间为1,并且在delay
时间(delay为sample_time的整数倍)之后最终到达target
,具体程序如下所示;
function ramp_func()
%采样时间为1
sample_time = 1;
current = 0;
%到达目标值期望的时间
delay = 10;
%需要步数
step = delay/sample_time;
fprintf('step:%d\n',step);
%目标值
target = 20;
%斜率 增益A
inc_dec = (target - current)/step;
output = 1:1:step;
i=1;
while i <= step
output(i) = current inc_dec;
current = output(i);
fprintf('output(%d):%d\n',i,output(i));
i = i 1;
end
plot(output);
end
最终的运行结果如下;
下面是一个速度的斜坡函数,相关参数封装到speed_ramp_mod中,具体如下所示;
struct speed_ramp_mod{
int16_t target_val; //目标参考值
int16_t present_ref; //当前参考值
int16_t step_val; //当前参考值到目标参考值所需要的步数
int16_t inc_val; //步长/斜率
int16_t freq_hz; //速度环频率
};
typedef struct speed_ramp_mod speed_ramp_mod_t;
speed_ramp_mod_t user_ramp = {
.target_val = 0, //目标参考值
.present_ref = 0, //当前参考值
.step_val = 0, //当前参考值到目标参考值所需要的步数
.inc_val = 0, //步长
.freq_hz = RAMP_SPEED_FREQ //速度采样频率
};
int16_t speed_ramp_calc(speed_ramp_mod_t *p){
int32_t ref;
ref = p->present_ref;
if(p->step_val > 1){
ref = p->inc_val;
p->step_val--;
}else if(p->step_val == 1){
ref = p->target_val;
p->step_val = 0;
}else{
/**
Do Nothing
*/
}
p->present_ref = ref;
return ref;
}
uint8_t speed_ramp_exec(speed_ramp_mod_t *p,int16_t target_val,int16_t durationms){
int32_t inc = 0;
int16_t ref = 0;
ref = p->present_ref;
if(durationms == 0){
p->step_val = 0;
p->inc_val = 0;
p->present_ref = target_val;
}else{
p->target_val = target_val;
//计算步长度
p->step_val = (int32_t)durationms*p->freq_hz / 1000;
p->inc_val = (p->target_val - ref)/p->step_val;
}
}
uint8_t speed_ramp_completed(speed_ramp_mod_t *p){
uint8_t retval = 0;
if(p->step_val == 0){
retval = 1;
}
return retval;
}
void speed_ramp_stop(speed_ramp_mod_t *p){
p->step_val = 0;
p->inc_val = 0;
}
下面是测试程序,可以将程序放到定时器中进行周期性执行;
int16_t spd_ref = 0;
int16_t speed_ramp_ref = 0;
int16_t rpm_speed_set = 0;
void test(void){
if(speed_ramp_completed(&user_ramp)){
speed_ramp_exec(&user_ramp,rpm_speed_set,USER_RAMP_DELAY);
}
speed_ramp_ref = speed_ramp_calc(&user_ramp);
printf('%d\r\n', speed_ramp_ref);
}
最终给定的速度曲线和实际的速度采样曲线如下图所示;
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