最少拍无纹波控制器的设计样本.docx

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最少拍无纹波控制器的设计样本

至少拍无纹波控制器设计3

摘要：

本实验简介了对一阶惯性环节控制对象,采用至少拍无纹波控制算法设计一种数字控制器，《计算机控制技术》是一门理论性、实用性和实践性都很强课程，课程设计环节应占有更加重要地位。

计算机控制技术课程设计是一种综合运用知识过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面知识融合。

通过课程设计，加深对学生控制算法设计结识，学会控制算法实际应用，使学生从整体上理解计算机控制系统实际构成，掌握计算机控制系统整体设计办法和设计环节，编程调试，为从事计算机控制系统理论设计和系统调试工作打下基本。

核心词：

至少拍无纹波控制；控制；计算机控制；

；

前言：

本实验通过对至少拍无纹波控制器设计及仿真理解和掌握了至少拍无纹波设计及有纹波设计。

一方面，通过学习和收集有关书籍资料理解和掌握了至少拍控制器设计原理，从而分别依照单位阶跃信号输入和单位速度信号输入状况，设计了不同至少拍无纹波控制器，并采用Simulink进行了仿真，同步又通过matlab程序验证了仿真成果对的性。

另一方面，咱们以单位速度信号输入为例，比较了有纹波和无纹波控制器区别，最后得出结论：

至少拍无纹波调节时间较长，但精度较高；

最后，咱们通过选取不同输入信号对同一种至少拍无纹波控制器进行仿真，研究了至少拍无纹波控制系统对典型输入适应性问题，最后发现依照某一种输入信号状况设计无纹波控制器可合用于较低阶输入信号状况，但不合用于更高阶输入信号状况。

1课题简介

1.1课程设计目

1.采用零阶保持器离散化，采样周期取0.1秒；

2.运用matlab软件中c2d（）函数、solve（）等函数求解

参数；

3.绘制出单位加速度输入信号闭环系统仿真曲线；

4.分析单位阶跃输入信号和单位速度输入信号时闭环系统动态性能和稳态性能，并绘制出系统响应曲线；

5.课程设计报告中要给出系统控制算法程序流程图；

完毕课程设计文档、按照课程设计规定撰写课程设计报告。

1.2课程设计内容

下面以一种详细实例简介至少拍系统设计和仿真。

如图1所示采样-数字控制系统，

图1离散控制系统构造图

其中对象

选取采样周期T=0.1s，试设计无纹波至少拍控制器，并分析仿真成果

1.分别在单位阶跃/单位速度输入下设计无纹波有限拍控制器

2.在Simulink仿真环境画出仿真框图及得出仿真成果，画出数字控制器和系统输出波形。

3.与有纹波系统进行对比分析（选用单位速度输入进行对比分析即可）

4.探讨至少拍无纹波控制系统对典型输入适应性问题

2最小拍无纹波系统控制算法设计

2.1设计原理

最小拍控制闭环脉冲传递函数规定有如下形式：

这一形式表白经历有限个采样周期后输出能跟上输入变化，系统在采样点没有静差。

依照z变换终值定理和系统稳态误差状况，规定系统

即有

这里F（z）是关于

待定系数多项式。

显然，为了使

可以实现，F（z）首项应为1，即

因而至少拍控制器D（z）为

图2控制原理图

最小拍无纹波控制系统规定在非采样时间时候也没有偏差，因而必要满足：

①对阶跃输入，当t≥NT时，有y（t）=常数。

②对速度输入，当t≥NT时，有y'（t）=常数。

③对加速度输入，当t≥NT时，有y''（t）=常数。

因而，设计最小拍无纹波控制器时，对速度输入函数进行设计，则Gc（s）必要至少有一种积分环节，使得控制信号u（k）为常值时，Gc（s）稳态输出是所规定速度函数。

同理，若针对加速度输入函数设计无纹波控制器，则Gc（s）中必要至少有两个积分环节。

最小拍控制广义对象具有D个采样周期纯滞后

因此

其中

。

要使控制信号u（k）在稳态过程中为常数或0，那么

只能是关于

有限多项式。

因而

w为G（z）所有零点数（涉及单位圆内、单位圆上以及单位圆外零点）。

为其所有零点。

2.2算法实现

2.2.1单位阶跃输入

（1）带零阶保持器广义被控对象为G（s）通过matlab，z变换程序为

num=[000068136]

den=[113443200]

Gs=tf（num,den）;

Gz=c2d（Gs,0.1,'zoh'）;

zsys=zpk（Gz）

num=000068136

den=113443200

Zero/pole/gain:

0.00022933（z+8.071）（z+0.8034）（z-0.8187）（z+0.07975）

------------------------------------------------------

（z-1）^2（z-0.9048）（z-0.6703）（z-0.4493）

Samplingtime：

0.1即

0.00022933（z+8.071）（z+0.8034）（z-0.8187）（z+0.07975）

G（z）=------------------------------------------------------

（z-1）^2（z-0.9048）（z-0.6703）（z-0.4493）

（2）若已知G（s），且可依照控制系统性能指标规定构造Ф（z），则依照

=

=

=（1-

）

（3）

=

=

（4）

系统闭环脉冲传递函数为：

=

=

=

（6）

系统误差脉冲传递函数为：

=

=1-

=

=1-

（7）

数字控制器脉冲传递函数：

0.3485z^10-3.14z^9+12.68z^8-30.22z^7+47.02z^6-49.9z^5+36.55z^4-18.23z^3+5.92z^2-1.128z+0.09572

D（z）=-------------------------------------------------------------------------------

0.0002293z^9+0.0007257z^8-0.007037z^7+0.01512z^6-0.01153z^5-0.00246z^4+0.009181z^3-0.005052z^2+0.0007287z+9.497e-005

3最小拍无纹波控制软件编程设计

3.1运用simulink进行仿真

3.1.1单位阶跃信号

系统simulink仿真模型框图如图3,图4

图3单位阶跃系统simulink仿真模型框图

图4单位阶跃系统simulink仿真输出成果

3.1.2单位速度信号

系统simulink仿真模型框图如图5,图6

图5单位速度系统simulink仿真模型框图

图6单位速度系统simulink仿真输出成果

3.1.3单位加速度信号

系统simulink仿真模型框图如图7,图8

图7单位加速度系统simulink仿真模型框图

图8单位加速度系统simulink仿真输出成果

3.2Matlab程序仿真

3.2.1单位阶跃信号

num=[000068136];

den=[113443200];

>>step（num,den）

>>grid

图9单位阶跃相应信号

4成果分析

仿真成果：

至少拍有纹波在第二拍就和输入信号大小相等，但在采样点外依然存在误差；至少拍无纹波在第三拍才开始跟随输入信号，且之后不存在误差。

因此至少拍有纹波调节时间较短，但精度低，采样点外误差始终存在。

至少拍无纹波调节时间较长，但精度高，信号跟随后始终保持一种，不存在误差。

5至少拍无纹波控制系统对典型输入适应性问题

一方面，咱们运用单位阶跃输入时无波纹控制器，分别输入单位阶跃和单位加速度两种信号，成果如图10,图11

图10（a）单位速度信号输入（b）单位加速度信号输入

另一方面，我再采用单位速度时至少拍无纹波控制器，分别输入单位阶跃和单位加速度信号，输出成果如下图

图11（c）单位阶跃信号输入（d）单位加速度信号输入

观测图10及图11，显然依照单位速度信号设计至少拍无纹波控制器用于单位阶跃信号时，系统依然可以达到稳定状态，如图11（c）所示。

但依照单位阶跃信号设计至少拍无纹波控制器不合用于单位速度信号输入，如图10（a）所示。

因此，合用于高阶信号输入状况至少拍无纹波控制器可以应用于低阶信号输入状况，但依照低阶信号输入状况设计至少拍无纹波控制器无法应用于高阶信号输入状况。

总之，咱们依照某种信号输入设计至少拍无纹波控制器对低阶信号输入状况具备兼容性，但对更高阶信号输入不具备兼容性。

6设计总结

本次课程设计，让咱们感觉收获诸多专业方面知识。

前期资料查找，中期编程和仿真，后期写作整顿咱们既分工合伙又互相协助，遇到不懂问题咱们一起讨论，找学长。

在这次学习中锻炼了自己合伙能力。

本次课程设计，咱们学习了至少拍无纹波控制器设计，matlab，simulink等知识。

通过亲手操作实践，咱们将课本所学知识运用于实践，强化了咱们学习链，丰富了咱们学习生活。

通过课程设计，让咱们对计算机控制这门学科有了更加深刻结识和理解。

提高了咱们学习热情，培养了咱们学习兴趣。

参照文献

[1]于海生，计算机控制技术，机械工业出版社，

[2]李元春，计算机控制系统，高等教诲出版社，

[3]郑学坚，周斌.微型计算机原理与应用，清华大学出版社

[4]姚燕南，薛钧义.微型计算机原理，西安电子科技大学出版社

[5]张静等，MATLAB在控制系统中应用，电子工业出版社，

[6]黄忠霖编著，自动控制原理MATLAB实现，国防工业出版社，

课设体会

课程设计结束了，在这次课程设计中不但检查了我所学习知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完毕一件事情。

在设计过程中，与同窗互相探讨，互相学习，互相监督。

学会了合伙，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是咱们专业课程知识综合应用实践训练，着是咱们迈向社会，从事职业工作前一种必不少过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言真正含义．我今天认真进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实基本．

通过这次课程设计，本人在多方面均有所提高。

通过这次课程设计，综合运用本专业所学课程理论和计算能力，巩固与扩充了至少拍无纹波等课程所学内容，掌握许多知识应用，同步各科有关课程均有了全面复习，独立思考能力也有了提高。

在这次设计过程中，懂得了学以致用、享有自己劳动成果喜悦心情，从中发现自己平时学习局限性和薄弱环节，从而加以弥补。