最少拍无纹波控制器的设计.docx
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最少拍无纹波控制器的设计
目
录
序言：
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1
课题简介.................................................................................................
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课程设计目的...............................................................................................................
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课程设计内容...............................................................................................................
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2
最小拍无纹波系统控制算法设计.........................................................
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设计原理.......................................................................................................................
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算法实现.......................................................................................................................
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最小拍无纹波控制软件编程设计.........................................................
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运用simulink进行仿真...............................................................................................
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程序仿真.......................................................................................................................
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结果剖析.................................................................................................
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最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题
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设计总结..................................................................................................
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参照文件.....................................................................................................
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最少拍无纹波控制器的设计3
纲要：
本实验介绍了对一阶惯性环节控制对象,采纳最少拍无纹波控制算法设计的一种数字控制器，《计算机控制技术》是一门理论性、适用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应据有更为重要的地位。
计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识交融。
经过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实质应用，使学生从整体上认识计算机控制系统的实质构成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。
重点词：
最少拍无纹波控制；控制；计算机控制；
；
序言：
本实验经过对最少拍无纹波控制器的设计及仿真认识和掌握了最少拍无纹波设计
及有纹波设计。
第一，经过学习和收集有关书本资料认识和掌握了最少拍控制器的设计原理，进而分
别依据单位阶跃信号输入和单位速度信号输入状况，设计了不一样的最少拍无纹波控制器，
并采纳Simulink进行了仿真，同时又经过matlab程序考证了仿真结果的正确性。
其次，我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的差别，最后得
出结论：
最少拍无纹波调整时间较长，但精度较高；
最后，我们经过选择不一样的输入信号对同一个最少拍无纹波控制器进行仿真，研究了
最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题，最后发现依据某一种输入信号状况设计
的无纹波控制器可合用于较低阶的输入信号状况，但不合用于更高阶的输入信号状况。
1课题简介
课程设计目的
1.采纳零阶保持器失散化，采样周期取秒；
2.利用matlab软件中的c2d（）函数、solve（）等函数求解D（z）的参数；
3.绘制出单位加快度输入信号闭环系统的仿真曲线；
4.剖析单位阶跃输入信号和单位速度输入信号时闭环系统动向性能和稳态性能，并绘制出系统的响应曲线；
5.课程设计报告中要给出系统控制算法的程序流程图；达成课程设计文档、依据课程设计要求撰写课程设计报告。
课程设计内容
下边以一个详细实例介绍最少拍系统的设计和仿真。
如图1所示的采样-数字控制系统，
图1失散控制系统结构图
68
（s+2）
此中对象G（s）
（s+4）（s+8）
s2（s+1）
选择采样周期T=，试设计无纹波最少拍控制器，并剖析仿真结果
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结果，画出数字控制器和系统输出波
形。
3.与有纹波系统进行对照剖析（采纳单位速度输入进行对照剖析即可）
4.商讨最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题
2最小拍无纹波系统控制算法设计
设计原理
最小拍控制的闭环脉冲传达函数要求有以下的形式：
（z）1z12z2............NzN
这一形式表示经历有限个采样周期后输出能跟上输入的变化，系统在采样点没有静差。
依据z变换的终值定理和系统的稳态偏差的状况，要求系统的
e（z）1
（z）（1z1）qF（z）
即有
（）1
e
（
）1（1
z
1）q
（）
z
z
F
z
这里F（z）是对于z
1
（z）能够实现，F（z）首项应为1，即
的待定系数多项式。
明显，为了使
F（z）
1f1z
1
f2z2............
pz
p
所以最少拍控制器
D（z）为Dz
1
（z）
1（1z1）q
G（z）1
（z）
G（z）（1
z1）q
图2控制原理图
最小拍无纹波控制系统要求在非采样时间的时候也没有偏差，所以一定知足：
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对加快度输入，当t≥NT时，有y''（t）=常数。
所以，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）一定起码有一
个积分环节，使得控制信号u（k）为常值时，Gc（s）的稳态输出是所要求的速度函数。
同理，
若针对加快度输入函数设计的无纹波控制器，则Gc（s）中一定起码有两个积分环节。
最小拍控制的广义对象含有
D个采样周期的纯滞后G（z）
B（z）z
d所以
A（z）
（z）
A（z）R（z）
（z）R（z）此中
（z）
（z）
。
U（z）
A（z）
zdB（z）
z
dB（z）
要使控制信号u（k）在稳态过程中为常数或
0，那么
（z）只好是对于z1的有限多项式。
所以
（z）
zdB（z）F2（z）
zd[
（1
biz1）]F2（z）
i1
w为G（z）全部零点数（包含单位圆内、单位圆上以及单位圆外的零点
）。
b1,b2,...bw为其
全部零点。
算法实现
2.2.1单位阶跃输入
（1）带零阶保持器的广义被控对象为
G（s）经过matlab，z变换程序为
num=[000068136]
den=[113443200]
Gs=tf（num,den）;
Gz=c2d（Gs,,'zoh'）;
zsys=zpk（Gz）
num=0
0
0
0
68
136
den=1
13
44
32
0
0
Zero/pole/gain:
（z+（z+（z+
------------------------------------------------------
（z-1）^2
Samplingtime:
即
（z+（z+（z+
G（z）=------------------------------------------------------
（z-1）^2
（2）若已知G（s），且可依据控制系统的性能指标要求结构
Ф（z），则依据
Gz=ZH（S）?
G（S）=Z
1
eTs
?
G（s）=（1-
1
G（s）
（3）
s
z
）
Z
s
Dz
=
U（z）
=
1
Φ（z）
E（z）
G（z）
1φ（z）
（4）
系统闭环脉冲传达函数为：
z
=
C（z）
D（z）G（z）
1
（）
R（z）
=1D（z）G（z）
=z
6
E（z）
1
1
系统偏差脉冲传达函数为：
e
z=R（z）=1-
z=
1D（z）G（z）=1-z
（7）
数字控制器脉冲传达函数：
z^10-
z^9+
z^8-
z^7+
z^6-
z^5+
z^4-
z^3+
z^2-
z+
D（z）=-------------------------------------------------------------------------------
z^9+
z^8-z^7+
z^6-
z^5-
z^4+
z^3-
z^2+
z+
3最小拍无纹波控制软件编程设计
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仿真输出结果
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仿真输出结果
3.1.3单位加快度信号
系统simulink仿真模型框图如图7,图8
图7单位加快度系统simulink仿真模型框图
图8单位加快度系统simulink仿真输出结果
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结果剖析
仿真结果：
最少拍有纹波在第二拍就和输入信号大小相等，但在采样点外依旧存在误
差；最少拍无纹波在第三拍才开始跟从输入信号，且以后不存在偏差。
所以最少拍有纹波调整时间较短，但精度低，采样点外偏差向来存在。
最少拍无纹波调整
时间较长，但精度高，信号跟从后向来保持一种，不存在偏差。
5最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题
第一，我们利用单位阶跃输入时的无涟漪控制器，分别输入单位阶跃和单位加快度两
种信号，结果如图10,图11
图10（a）单位速度信号输入（b）单位加快度信号输入
其次，我再采纳单位速度时的最少拍无纹波控制器，分别输入单位阶跃和单位加快度信号，输出结果以下列图
图11（c）单位阶跃信号输入（d）单位加快度信号输入
察看图10及图11，明显依据单位速度信号设计的最少拍无纹波控制器用于单位阶跃信号时，系统依旧能够达到稳固状态，如图11（c）所示。
但依据单位阶跃信号设计的最
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。
所以，合用于高阶信号输入状况的最少拍无纹波控制器能够应用于低阶信号输入状况，但依据低阶信号输入状况设计的最少拍无纹波控制器没法应用于高阶信号输入状况。
总之，我们依据某种信号输入设计的最少拍无纹波控制器对低阶信号输入状况拥有兼容性，但对更高阶信号输入不拥有兼容性。
6设计总结
本次课程设计，让我们感觉收获好多专业方面的知识。
先期资料的查找，中期的
编程和仿真，后期写作的整理我们既分工合作又互相帮助，碰到不懂的问题我们一同议论，
找学长。
在此次学习中锻炼了自己的合作能力。
本次课程设计，我们学习了最少拍无纹波控制器设计，matlab，simulink等知识。
经
过亲手操作实践，我们将课本所学的知识运用于实践，加强了我们的学习链，丰富了我们
的学习生活。
经过课程设计，让我们对计算机控制这门学科有了更为深刻的认识和理解。
提升了我们的学习热忱，培育了我们的学习兴趣。
参照文件
[1]于海生，计算机控制技术，机械工业第一版社，2010
[2]李元春，计算机控制系统，高等教育第一版社，2009
[3]郑学坚，周斌.微型计算机原理与应用，清华大学第一版社
[4]姚燕南，薛钧义.微型计算机原理，西安电子科技大学第一版社
[5]张静等，MATLAB在控制系统中的应用，电子工业第一版社，2007
[6]黄忠霖编著，自动控制原理的MATLAB实现，国防工业第一版社，2007
课设领会
课程设计结束了，在此次的课程设计中不单查验了我所学习的知识，也培育了我怎样去掌握一件事情，怎样去做一件事情，又怎样达成一件事情。
在设计过程中，与同学互相商讨，互相学习，互相监察。
学会了合作，学会了运筹决胜，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必许多的过程．”积少成多”，经过此次课程设计，我深深领会到这句千古名言的真实含义．我今日仔细的进行课程设计，学会脚扎实地迈开这一步，就是为明日能稳重地在社会大潮中奔跑打下坚固的基础．
经过此次课程设计，自己在多方面都有所提升。
经过此次课程设计，综合运用本专业所学课程的理论和计算能力，稳固与扩大了最少拍无纹波等课程所学的内容，掌握很多知识的应用，同时各科有关的课程都有了全面的复习，独立思虑的能力也有了提升。
在此次设计过程中，懂得了学致使用、享受自己劳动成就的愉悦心情，从中发现自己平常学习的不足和单薄环节，进而加以填补。
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