試驗七最少拍控制系統(tǒng)

1、計算機控制實驗報告姓名：學(xué)號： 班級：實驗一最少拍控制系統(tǒng)一、實驗?zāi)康?1)學(xué)會對最小拍控制系統(tǒng)的分析方法。2) 了解輸入信號對最小拍控制系統(tǒng)的影響及其改進措施。.實驗設(shè)備(1)硬件環(huán)境微型計算機一臺，Pentium4以上各類微機(2)軟件平臺操作系統(tǒng)：Windows 2000仿真軟件.實驗原理最少拍控制是一種直接數(shù)字設(shè)計方法。所謂最少拍控制，就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對于某種特定的輸入在最少個采樣周期內(nèi)達(dá)到無靜差的穩(wěn)態(tài)，使系統(tǒng)輸出值盡快地跟蹤期望值的變化。它的閉環(huán)z傳遞函數(shù)具有形式 TOC o 1-5 h z 12N(z) iZ 2ZnZ在這里，N是可能情況下的最小正整數(shù)。這一傳遞形式表明閉環(huán)系統(tǒng)的脈

2、沖響應(yīng)在個采樣周期后變?yōu)榱?，從而意味著系統(tǒng)在N拍之內(nèi)到達(dá)穩(wěn)態(tài)。其控制原理如圖1:圖71最少拍系統(tǒng)控制原理圖(1)輸入信號分別為單位階躍輸入和單位速度輸入信號，設(shè)計控制器D(z);(2)采樣周期T=1so4.實驗內(nèi)容與步驟(1)按系統(tǒng)要求計算 D(z)為有紋波控制器；(2)按照系統(tǒng)原理圖，在 simulin下構(gòu)造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖模型；取輸入信號為單位階躍 信號和單位速度信號，設(shè)計控制器，觀察輸入輸出波型，標(biāo)明參數(shù)，打印結(jié)果；(3)觀察系統(tǒng)輸出波形在采樣點以外的波形。5.實驗結(jié)果圖1-2單位階躍輸入下最少拍有紋波控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)模型6.思考與分析(1)最少拍受什么限制而使調(diào)整節(jié)拍增加答：最少拍控制系統(tǒng)設(shè)

3、計出來的閉環(huán)系統(tǒng)，在有限拍后進入穩(wěn)態(tài)，這時閉環(huán)系統(tǒng)輸出在采樣時間精確的跟蹤輸入信號。如單位階躍信號在一拍后，單位速度在兩拍后，單位加速度信號則在三拍后。所以最少拍受輸入函數(shù)階數(shù)的限制而使調(diào)整節(jié)拍增加。即輸入函數(shù)的階數(shù)越高，調(diào)解時間越長。(2)無紋波系統(tǒng)對控制器有何要求答：為使系統(tǒng)的輸出值跟蹤上輸入值后在非采樣點無波紋對控制器有如下約束條(1)為使被控對象在穩(wěn)態(tài)時獲得無紋波的平滑輸出，要求被控對象 G(s)必須具有相應(yīng)的能力，使系統(tǒng)輸出y(t)與輸入r(t)相同。例如，若輸入為等速輸入函數(shù)，被控對象G(s)的穩(wěn)態(tài)輸出也應(yīng)為等速函數(shù)。因此就要求G(s)中至少有一個積分環(huán)節(jié)。再如，若輸入為等加速輸入

4、函數(shù)，則被控對象G(s)的穩(wěn)態(tài)輸出也應(yīng)為等加速函數(shù)，要求G(s)中至少有兩個積分環(huán)節(jié)。所以最少拍無紋波控制能夠?qū)崿F(xiàn)的必要條件是被控對象G(s)中含有與輸入信號相對應(yīng)的積分環(huán)節(jié)數(shù)。(2)(s)必須包含G(z)中的圓外圓內(nèi)全部零點N(z)。(3)分析不同輸入信號對最小拍控制系統(tǒng)的影響。答：在單位階躍函數(shù)作用下：R(z)Y(z)即輸出響應(yīng)經(jīng)過一個采樣周期 T,(z)R(z)2z 1 z 21 z 12z1 z 2 z 3輸出與輸入完全跟蹤，即調(diào)整時間為一拍。同理在單位速度作用下經(jīng)兩個采樣周期 T,輸出與輸入完全跟蹤，即調(diào)整時間為二拍 。在單位加速度作用下經(jīng)三個采樣周期 T,輸出與輸入完全跟蹤，即調(diào)整

5、時間為三拍。即輸入函數(shù)的階數(shù)越 高，調(diào)解時間越長，調(diào)節(jié)節(jié)拍增加。實驗二純滯后控制實驗.實驗?zāi)康呐c要求(1)掌握應(yīng)用大林算法進行純滯后系統(tǒng)D(z)的設(shè)計;(2)掌握純滯后系統(tǒng)消除振鈴的方法。.實驗設(shè)備(1)硬件環(huán)境微型計算機一臺，Pentium4以上各類微機(2)軟件平臺操作系統(tǒng)： Windows 2000以上；仿真軟件工具：以上。.實驗原理在一些工業(yè)過程(如熱工、化工)控制中，由于物料或能量的傳輸延遲，許多被控L/v, v是蒸汽的制對象具有純滯后性質(zhì)。 例如，一個用蒸汽控制水溫的系統(tǒng)，蒸汽量的變化要經(jīng)過長度為L的路程才能反映出來。這樣，就造成水溫的變化要滯后一段時間速度)。對象的這種純滯后性質(zhì)

6、常會引起系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào)和振蕩。因此，對于這一類系統(tǒng)，采用一般的隨動系統(tǒng)設(shè)計方法是不行的，而用PID控制往往效果也欠佳。本實驗采用大林算法進行被控制對象具有純滯后系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)被控對象為帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)或二階慣性環(huán)節(jié)，達(dá)林算法的設(shè)計目標(biāo)是使整個閉環(huán)系統(tǒng)所期望的傳遞函數(shù)(S),相當(dāng)于一個延時環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)，即S e(S)-, NTs 1該算法控制將調(diào)整時間的要求放在次要，而超調(diào)量小甚至沒有放在首位?？刂圃砣鐖D-1.8s3e 1,其中：采樣周期T=秒，期望傳遞函數(shù)=秒，被控對象G(s) 三一；輸入信號為單2s 1位階躍信號。4.實驗內(nèi)容與步驟(1)按照純滯后控制系統(tǒng)要求設(shè)計D(z)；

7、(2)按照系統(tǒng)原理圖，在 simulink下構(gòu)造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖模型；(3)做出系統(tǒng)的仿真波形圖，標(biāo)明參數(shù)，打印結(jié)果(包括系統(tǒng)的輸出和控制器的輸出).實驗結(jié)果*口Discrete zerc Poleicopei.思考與分析(1)純滯后控制系統(tǒng)對階躍信號有無超調(diào)為什么答：純滯后控制系統(tǒng)對階躍信號有超調(diào)，因為所謂純滯后控制系統(tǒng)，就是被控對象具有純滯后特性，即時間常數(shù)很大，也就是說反應(yīng)比較慢，而被控對象的 滯后時間會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，動態(tài)性能變壞，即會引起超調(diào)和持續(xù)的振蕩， 因而純滯后控制系統(tǒng)對階躍信號也有一定的超調(diào)。(2)純滯后控制與 PID控制有什么本質(zhì)區(qū)別答：PID控制：比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從

8、而減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是，比例控制不 能消除穩(wěn)態(tài)誤差。比例放大系數(shù)的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分控制的作用是，只要系統(tǒng)有誤差存在，積分控制器就不斷地積累，輸出控制量，以消除誤差。因而，只要有足夠的 時間，積分控制將能完全消除誤差，使系統(tǒng)誤差為零，從而消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。微分控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。應(yīng)用PID控制，必須適當(dāng)?shù)卣{(diào)整比例放大系數(shù)KP,積分時間TI和微分時間TD,使整個控制系統(tǒng)得到良好的性能。純滯后控制：對給定的水位及溫度對象設(shè)計相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，可以對被控過程進行全面的監(jiān)測及控制。主要內(nèi)容有水位及溫度對象的在線實驗建模，并以HJ-2型高級過程控制實驗裝置中的水位對象及溫度對象為被控對象，進行試驗研究；同時以試驗求得的數(shù)學(xué)模型為對象，在 MATLA昉真環(huán)境下進行設(shè)計。試驗結(jié)果表明，由于對象存在較大的 純滯后，采用單回路PID控制效果不佳。但常規(guī)單回路 PID控制