纯滞后控制实验

实验三 纯滞后控制实验
班级：自控091班 姓名：康灵涛 学号：200908638 1、 实验目的与要求
(1) 掌握应用达林算法进行纯滞后系统)(z D 的设计；
(2) 掌握纯滞后系统消除振铃的方法。

2、 实验设备
(1) 硬件环境
微型计算机一台，P4以上各类微机
(2) 软件平台
操作系统：Windows2000、MATLIB6.5仿真软件
3、 实验原理
在一些工业过程（如化工、加热）控制中，由于物料或能量传输的延迟，许多被控对象具有纯之后性质。

例如，一个用蒸汽控制水温的系统，蒸汽量的变化要经过长度为L 的路程才能反映出来。

这样，就造成水温变化要滞后一段时间τ（v v
L ,=τ是蒸汽的速度）。

对象的这种纯滞后性质常会引起系统产生超调和振荡。

因此，对于这一类系统，采用一般的随动系统设计方法是不行的，二用PID 控制往往效果也欠佳。

本实验采用达林算法进行被控对象具有纯滞后系统设计。

设被控对象为带有纯滞后的一介惯性环节或二阶惯性环节，达林算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数)(s φ，相当于一个惯性环节和一个延时环节相串联，即
NT s e s s
=+=-θτφθ,1
)( 该算法控制将调整时间的要求放在次要，而超调量小甚至没有放在首位。

控制原理如下图所示，其中，采样周期T =0.9秒，期望传递函数τ=0.5秒，被控对象
1
3)(8.1+=-s e s G s
τ；输入信号为单位阶跃信号。

纯滞后系统控制原理图
应用大林算法进行纯滞后系统设计)(z D 控制器。

4、实验内容与步骤
(1)按照纯滞后控制系统要求设计)
D；
(z
(2)按照系统原理图，在simulink下构造系统结构图模型，观察输入输出波形，标明参数，打印结果；
(3)尝试用M文件实现dalin算法控制。

5、实验设计：
图1 单位阶跃输入下纯滞后控制系统仿真结构模型
图2 控制器输出波形
图3 系统输出波形
6、思考与分析
(1)纯滞后控制系统对阶跃信号有无超调？为什么？
答：纯滞后环节对于阶跃信号是有超调的，因为被控对象中的纯滞后部分
仅将控制作用在时间坐标上推移了一个时间，控制系统的过渡过程及其
他性能指标都与被控对象没有滞后因子时完全一致，所以是有超调的。

(2)纯滞后系统与PID控制有何本质区别？消除振铃前后系统输出有什么不同？
答：纯滞后控制与PID控制的本质区别在于：当系统被控对象带有大滞后因子时，数字PID控制为了维持系统的稳定性，必须将控制作用整定的很弱，因此其控制效果不是很理想。

采样周期必须按照纯滞后的大小来选取，尽可能是纯滞后时间接近或等于采样周期的整数倍。

但并没有对被控对象进行补偿。

而在纯滞后控制中为了减少滞后环节对系统稳定性的影响，引入了一个补偿环节与D(s)并接，用来补偿被控对象中的纯滞后部分，使得补偿后的等效对象的传递函数不包含纯滞后特性。

消除振铃前，系统输出在采样点上的值可按期望指数形式变化，但采样点之间的值会出现大幅度的振荡，会影响系统的稳定性。

消除振铃后，不仅系统输出在采样点上按期望指数形式变化，并且采样点之间的波纹得到基本消除，使系统输出平滑过渡，提高了系统的稳定性及可靠性。