大林算法课程设计报告

微型计算机控制技术课程设计报告

班级：自动化901

A

B

C

一、课题名称

大林算法控制系统设计

二、课程设计目的

课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。

《计算机控制技术》是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。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融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，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。

三、课程设计内容

已知被控对象的传递函数为：

采样周期为T=0.5s ，用大林算法设计数字控制器D(z)，并分析是否会产生振铃现象。

四、课程设计要求 1、用大林算法设计数字控制器D(z) ；

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；

3、绘制并分析数字控制器的振铃现象；

4、对振铃现象进行消除;

5、得出仿真结果并进行仿真分析;

6、程序清单及简要说明;

7、成设计说明书（列出参考文献，以及仿真结果及分析）。

五、大林算法控制系统方案设计

在控制系统应用中，纯滞后环节往往是影响系统动态特性的不利因素。工业过程中如钢铁，热工和化工过程中往往会有纯滞后环节。对这类系统，控制器如果设计不当，常常会引起系统的超调和持续振荡。

由于纯延迟的存在，使被控量对干扰、控制信号不能即时的反映。即使调节机构接受控制信号后立即动作，也要经过纯延时间t 后才到达被控量，使得系统产生较大的超调量和较长的调节时间。当t >=0.5T （T 为对象的时间常数）时，实践证明用PID 控制很难获得良好的控制品质。

对这类具有纯滞后环节系统的控制要求，快速性往往是次要的，通常要求系统稳定，要求系统的超调量要小，而调整时间允许在较多的采样周期内结束。

这样的一种大时间滞后系统采用PID 控制或采用最少拍控制，控制效果往往不好。本节介绍能满足上述要求的一种直接数字控制器设计方法

——达林(Dahlin)算法

()1s e G s s -=+

达林算法的设计思想：设计一个合适的数字控制器，使整个闭环系统相当于一个延迟环节和一个一阶惯性环节相串联。并期望整个闭环系统的纯滞后时间与被控对象的纯滞后时间相同。即系统的闭环传递函数可设为

式中: Tt 为闭环系统的时间常数，实际使用时需要整定；t 为纯滞后时间，与被控对象的相同，并且与采样周期T 有整数倍的关系t =NT (N=1,2,…)。若t 与采样周期T 不成整数倍的关系，可采用修正的Z 变换法进行处理 一阶被控对象的达林算法

已知被控对象为1

)(1+=-s T Ke s G s

p τ则数字控制器算式为]

)1(1)[1()1)(1()()1(/1//1//11+------------=N T T T T T T T T T T z e z e e K z e e z D τττ 采用达林算法设计具有纯延迟过程的计算机控制系统时，会出现所谓的振铃现象：闭环系统的输出以指数形式较快地趋向于稳态值， 而数字控制器的输出以二分之一的采样频率大

幅度的衰减振荡。

振铃现象会增加执行机构大幅度的摆动，加剧了磨损. 但是对系的输出没有影响。振铃现象还有可影响到系统的稳定性。振铃现象与被控对象的特性、闭环时间常数、采样周期、纯滞后时间等因素有关。下面分析之。

系统的输出Y (z )为：

上式表示了数字控制器的输出与系统输入信号之间的关系。是分析振铃现象的基础。

对于单位阶跃输入函数R (z )=1/(1-z -1)，含有z=1的极点；如果Fu (z )在z 平面的负实轴上有极点，即被控对象Gp (z )含有负实轴上的零点，且与z=-1点相近，则数字控制器的输出序列u (k )中将含有这两种幅值相近的瞬态项，而且这两个瞬态项的符号在不同时刻是不同的。当两瞬态项符号相同时，数字控制器的控制作用加强；符号相反时，控制作用减弱，从而造成数字控制器的输出序列u (k )的幅值以2T 为周期大幅度波动，这便是振铃现象。

对于带纯滞后环节的一阶惯性环节，极点z 永远大于零，故可以得出如下结论：在纯滞后一阶惯性环节促组成的系统中，数字控制器输出对输入的脉冲传递函数不存在负实轴上面的极点，这种系统不存在振铃现象。

s e s

T s ττ-+=Φ11)()

()()()()(z z G z z R z U u Φ=Φ=∴)

()()(z R z z U u

Φ=故：

振铃消除方法

【方法一】找出数字控制器D(z)中引起振铃现象的因子(即z=-1附近的极点)，然后人为地令该因子中的z=1，就可以有效地抑制振铃幅度。

附：

实验截图

【方法二】通过适当的选择采样周期T 和期望的系统时间常数T τ，可以把振铃现象抑制在最低的限度内。 在有的情况下，期望的闭环时间常数T τ作为系统的性能指标被首先确定了。但仍可以在通过振铃幅度RA 与采样周期的关系的前提下，得出在允许振铃幅度RA 下的采样周期，从而将振铃现象抑制在可以接受的范围内。

7. 小结与体会

A：课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它有利于我们全面牢固地掌握课堂教学内容、培养我们的实践和实际动手能力。这次的课程设计，让我对《微型计算机控制技术》这门课和课程设计有了一个全新的认识，也有了很多的体会和心得。《微型计算机控制技术》是一门实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。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融合。通过这次的课程设计，我认识到任何课程的学习都需要理论结合实际，这样才能更好地掌握所学的知识并将它很好地应用于实践中。同时，在实践过程中，可以通过查找资料、分析资料和请教老师和同学，使一些不清楚的问题得以解决，这样的话，可以起到事半功倍的效果。当然，最关键的还是靠自己亲自去思考问题、解决问题，掌握独自面对各类的问题的方法。总之，这次的课程设计给了我很多的体会和心得。让我们有机会去锻炼和提升自己，收获很多。

B：计算机控制技术是一门以电子技术、自动控制技术、计算机应用技术为基础，以计算机控制技术为核心，综合可编程控制技术、单片机技术、计算机网络技术，从而实现生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化及机电控制系统的最佳化的专门学科。

通过本次课程设计，让我受益良多。原来我学习计算机控制的时候，基本上不清楚学习的理论知识如何应用在实践中，所以觉得计控学习起来比较难，经过这次课程设计，让我清楚了计算机控制的一些理论在实践中的应用。经过了这次课程设计，我发现学到了很多的东西，首先我觉得能把自己所学到的东西应用到实践中去，这是一个很大的收获。其次，仅仅是所学到的东西根本就不能满足工程或者说一个具体的项目的要求，要完成一个具体的项目，需要额外的学习很多新的东西，因此不能满足于自己的所学，应该养成终身学习的态度。

C: 课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它有利于我们全面牢固地掌握课堂教学内容、培养我们的实践和实际动手能

力。