计算机控制系统实验报告

南京理工大学

动力工程学院

实验报告

实验名称最少拍

课程名称计算机控制技术及系统专业热能与动力工程

姓名学号

成绩教师任登凤

计算机控制技术及系统

一、 实验目的及内容

通过对最少拍数字控制器的设计与仿真，让自己对最少拍数字控制器有更好的理解与认识，分清最少拍有纹波与无纹波控制系统的优缺点，熟练掌握最少拍数字控制器的设计方法、步骤，并能灵巧地应用MATLAB 平台对最少拍控制器进行系统仿真。

（1） 设计数字调节器D(Z)，构成最少拍随动控制系统，并观察系统 的输出响应曲线；

（2） 学习最少拍有纹波系统和无纹波系统，比较两系统的控制品质。 二、实验方案

最少拍控制器的设计理论

r (t )

c(t )

e*(t)

D (z)

E (z)

u*(t)

U (z)

H 0(s )C (z)

Gc (s )

Φ(z)

G(z)

R(z)

图1 数字控制系统原理图

如图1 的数字离散控制系统中，G C (S)为被控对象，其中 H(S)= (1-e -TS )/S 代表零阶保持器，D(Z)代表被设计的数字控制器，D(Z)的输入输出均为离散信号。

设计步骤:根据以上分析

1）求出广义被控对象的脉冲传递函数G (z )

2）根据输入信号类型以及被控对象G (z )特点确定参数q, d, u, v, j, m, n 3）根据2）求得参数确定)(z e Φ和)(z Φ

4）根据

)(1)

()(1)(z z z G z D Φ-Φ=

求控制器D (z )

对于给定一阶惯性加积分环节，时间常数为1S ，增益为10，采样周期T 为1S 的对象，其传递函数为：G C (S) =10/S(S+1)。

广义传递函数：

G(z)=Z [])()(s G s H c ∙=Z ⎥⎦

⎤⎢⎣⎡∙--)(1s G s e c Ts =10(1-z -1

)Z ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+)1(12s s

=3.68×)

368.01)(1()

717.01(1

111------+z z z z

针对单位速度信号输入，设计 最少拍有波纹系统如下：

∏-=----=Φ-=Φj

v i q i e z F z z a z z 1

111)

()1)](1([)(1)(21)1(--=z

∏=---=Φu

i i d

z F z b z z 1

21)

()]1([)(222121--+=z f z f

结合)(1)(z z e Φ-=Φ

得 2

1222121)1(1----=--z z f z f

根据多项式相等，其系数相等的的性质，有1,22221-==f f 所以，

212)(---=Φz z z

)

(1)

()(1)(z z z G z D Φ-Φ=

)1)(718.01(68.3)

2)(368.01(1

11211-------+--=z z z z z z )1)(718.01()368.01)(5.01(543.01111-----+--=

z z z z 最少拍无波纹系统如下：

j

q z F z z a z z j

v i q i e ≥--=Φ-=Φ∏-=--,)()1)](1([)(1)(1

111

)1()1(1

1121--+-=z f z

∏=---=Φw

i i d

z F z b z z 1

21)

()]1([)())(718.01(2221211---++=z f z f z

由)(1)(z z e Φ-=Φ 得

)1()1(11121--+-z f z ))(718.01(12

221211---++-=z f z f z 展开有 ：

311211111)21()2(1---+-+-+z f z f z f 32222122121718.0)718.0(1----+--=z f z f f z f

对应系数相等，得：592.011=f ，408.121=f ， 825.022-=f

故有

)592.01()1()(1

21--+-=Φz z z e )825.0408.1)(718.01()(211----+=Φz z z z

得 =

Φ-Φ=)(1)()(1)(z z z G z D )1)(592.01()368.01)(5859.01(383.01111-----+--⨯z z z z