控制系统定时器设置及环节响应示例

1.信号灯顺序点亮控制

（1）控制要求

本示例的信号灯顺序点亮控制系统有5个信号灯，当闭合START开关后，每隔1s点亮一个信号灯，最后一个信号灯点亮后隔1s全部信号灯熄灭。重复上述过程，直到START开关断开。信号灯运行波形图如图3-15所示。

图3-15 信号灯顺序点亮控制系统的信号波形图

（2）变量声明

该控制系统有一个输入变量START，假设其地址为%IX0.0。有5个信号灯，作为输出变量，假设其地址分别为%QX0.0～%QX0.4。设置6个定时器，用于延时。设置一个与函数用于循环。变量声明如下：

变量声明中，定时器功能块都采用延时闭合功能块TON。

（3）功能块图程序信号灯顺序点亮控制系统的功能块图程序如图3-16所示。

图3-16 信号灯点亮控制系统的功能块图程序

功能块图程序中，采用AGAIN反馈变量，它用于信号灯的循环点亮。程序执行过程如下：

开关START闭合时，因AGAIN反馈变量为0，经非运算后的信号为1，因此，经与函数，返回值为1，它被送FB1_1定时器功能块，延时时间1s到后点亮LAMP1地址连接的信号灯，并保持点亮，该信号同时经定时器FB1_2延时1s后点亮LAMP2，依次点亮LAMP3、LAMP4和LAMP5地址连接的信号灯。然后，再延时1s后使AGAIN反馈变量为1，从而使FB1_1与函数的返回值变为0。它将使各信号灯熄灭。一旦信号灯熄灭，AGAIN又变为0，从而开始新一轮信号灯的点亮和熄灭过程。当START开关断开时，各信号灯熄灭，整个过程结束后，等待下一次START开关的闭合。

2.一阶滤波环节功能块

工业生产过程中被控对象测量值需要滤波处理。对被控对象仿真时，也常采用一阶滤波环节和时滞环节组成被控对象。

常用一阶滤波环节数学模型描述为

（1）一阶滤波环节的离散数学模型

一阶滤波环节传递函数中，用差分近似微分，得离散化算式：

X_OUT（k+1）=M^*X_IN（k）+（1−M）X_OUT（k） （3-2）

式中，平滑系数M由确定；k表示第k次采样时刻的值。(www.xing528.com)

根据式（3-2），采用反馈变量X_OUT获得下一次求值的输入。

平滑系数的计算需要先将时间类型的数据T_s和T₁转换为实数数据类型，并进行相除运算。式（3-2）的计算需要用乘、加和减函数实现。

（2）LAG1功能块

LAG1功能块用于输入信号的一阶滤波处理，在控制系统仿真时，该功能块可作为被控对象的数学模型，也可作为扰动通道对象的数学模型。该功能块实例可串联连接，组成多个一阶滤波环节的串联系统。变量声明如下：

根据式（3-2），图3-17显示用功能块编程语言编写的功能块本体程序。

图3-17 用功能块编程语言编写的程序

（3）一阶滤波环节功能块的应用

用三个一阶滤波环节串联作为被控对象，可进行被控对象在阶跃输入信号的输出响应曲线测试。

先建立一阶滤波环节功能块LAG1，如上述。程序的变量声明如下：

功能块图编程语言编写的程序如图3-18所示。

图3-18 确定三阶环节单位阶跃响应曲线的程序

用SEL函数实现单位阶跃信号的输入，当START为1时，SEL函数输出一个单位阶跃信号，它被送到LAG1_3实例，经滤波后的输出OUT3被送LAG1_2实例，其输出OUT2被送实例LAG_1，三阶惯性环节的输出为OUT1。

图3-19显示各环节输出的响应曲线。

图3-19 在单位阶跃输入下三阶系统的响应曲线

图中，横坐标是采样次数，各环节的采样周期都是0.1s，将采样次数乘以采样周期可转换为时间。例如，阶跃响应输入时的采样次数是50，表示记录开始时间是第5秒。

为提高仿真精度，应减小采样周期TS，通常，采样周期约为最小时间常数的1/10左右。示例中，为提高仿真精度，采用的采样周期是0.1s，因此，从OUT3响应曲线的0.632处测得时间为5s，它等于该环节的时间常数。