实验4 达林算法仿真

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对具有纯滞后的一阶惯性环节的设计

中央民族大学信息工程学院计算机控制技术综合设计实验报告学生姓名：学号：指导教师：实验地点：实验名称：加热炉系统温度控制器设计目录一、设计题目及要求....................................................................................................................... 3 二、设计方案与结构图 . (3)1、计算机控制系统结构图 ..................................................................................................... 3 2、硬件结构图 ......................................................................................................................... 4 三、电路硬件设计. (4)1、电桥电路 ........................................................................................................................... 4 2、放大环节 ............................................................................................................................. 5 3、滤波电路 ............................................................................................................................. 6 4、A/D 转换器 ......................................................................................................................... 6 5、D/A 转换电路 .................................................................................................................... 7 四、参数计算及仿真.. (8)1、0θ=时数字调节器D （z ）的实现 ................................................................................. 8 a 、无控制作用下系统伯德图 ......................................................................................... 8 b 、最少拍下调节器函数 ................................................................................................. 9 C 、最少拍下系统伯德图 ............................................................................................... 11 d 、单位阶跃响应下系统输出 ....................................................................................... 12 e 、施加阶跃干扰信号 ................................................................................................... 14 f 、施加随机信号影响.................................................................................................... 15 2、/20.374T θ==时数字调节器D （z ）的实现 . (17)a 、无控制作用下系统伯德图 ....................................................................................... 17 b 、达林算法下调节器函数 ........................................................................................... 19 C 、达林算法下系统伯德图（未加增益） ................................................................... 21 d 、达林算法下系统伯德图（加增益） ....................................................................... 21 e 、单位阶跃响应下系统输出 ....................................................................................... 23 f 、施加阶跃干扰信号.................................................................................................... 24 g 、施加随机信号影响 (25)五、心得与体会 (26)一、设计题目及要求1、针对一个具有纯滞后的一阶惯性环节()1sKe G s Ts τ-=+的温度控制系统和给定的系统性能指标：✧ 工程要求相角裕度为30°～60°，幅值裕度>6dB✧ 要求测量范围-50℃～200℃，测量精度0.5％，分辨率0.2℃2、书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图，并转化为系统结构图；3、选择一种控制算法并借助软件工程知识编写程序流程图；4、用MATLAB 和SIMULINK 进行仿真分析和验证;对象确定：K=10*log(C*C-sqrt(C)),rand(‘state ’,C),T=rang(1), 考虑θ=0或T/2两种情况。

仿真算法知识点总结

仿真算法知识点总结一、简介仿真算法是一种通过生成模型和运行模拟来研究系统或过程的方法。

它是一种用计算机模拟真实世界事件的技术，可以用来解决各种问题，包括工程、商业和科学领域的问题。

仿真算法可以帮助研究人员更好地理解系统的行为，并预测系统未来的发展趋势。

本文将对仿真算法的基本原理、常用技术和应用领域进行总结，以期帮助读者更好地了解和应用仿真算法。

二、基本原理1. 离散事件仿真（DES）离散事件仿真是一种基于离散时间系统的仿真技术。

在离散事件仿真中，系统中的事件和状态都是离散的，而时间是连续变化的。

离散事件仿真通常用于建模和分析复杂系统，例如生产线、通信网络和交通系统等。

离散事件仿真模型可以用于分析系统的性能、验证系统的设计和决策支持等方面。

2. 连续仿真（CS）连续仿真是一种基于连续时间系统的仿真技术。

在连续仿真中，系统中的状态和事件都是连续的，而时间也是连续的。

连续仿真通常用于建模和分析动态系统，例如电力系统、控制系统和生态系统等。

连续仿真模型可以用于分析系统的稳定性、动态特性和系统参数的设计等方面。

3. 混合仿真（HS）混合仿真是一种同时兼具离散事件仿真和连续仿真特点的仿真技术。

混合仿真可以用于建模和分析同时包含离散和连续过程的系统，例如混合生产系统、供应链系统和环境系统等。

混合仿真模型可以用于分析系统的整体性能、协调离散和连续过程以及系统的优化设计等方面。

4. 随机仿真随机仿真是一种基于概率分布的仿真技术。

在随机仿真中，系统的状态和事件都是随机的，而时间也是随机的。

随机仿真通常用于建模和分析具有随机性质的系统，例如金融系统、天气系统和生物系统等。

随机仿真模型可以用于分析系统的风险、概率特性和对策选择等方面。

5. Agent-Based ModelingAgent-based modeling (ABM) is a simulation technique that focuses on simulating the actions and interactions of autonomous agents within a system. This approach is often used for modeling complex and decentralized systems, such as social networks, biologicalecosystems, and market economies. In ABM, individual agents are modeled with their own sets of rules, behaviors, and decision-making processes, and their interactions with other agents and the environment are simulated over time. ABM can be used to study the emergent behavior and dynamics of complex systems, and to explore the effects of different agent behaviors and interactions on system-level outcomes.三、常用技术1. Monte Carlo方法蒙特卡洛方法是一种基于随机模拟的数值计算技术。

达林算法实验报告

一、实验目的1. 理解达林算法的基本原理和设计过程。

2. 掌握如何利用达林算法解决具有纯滞后特性的控制系统问题。

3. 分析达林算法在不同纯滞后时间下的控制效果，并验证理论分析的正确性。

二、实验原理在工业生产中，许多过程对象含有纯滞后特性，这会对自动控制系统的稳定性、动态性能和适应性产生不利影响。

当纯滞后时间与对象的惯性时间常数之比超过0.5时，常规的PID控制往往难以获得良好的控制性能。

达林算法（大林算法）是一种针对具有纯滞后特性的控制系统提出的特殊控制方法，可以有效解决这一问题。

达林算法的基本思想是：在控制器的设计中，采用一个相当于连续一阶惯性环节的传递函数来代替最少拍多项式，如果对象有纯滞后，则传递函数应包含有同样的纯滞后环节。

通过调整达林算法中的参数，可以实现对具有纯滞后特性的控制系统的有效控制。

三、实验仪器1. MATLAB 6.5软件一套2. 个人PC机一台四、实验步骤1. 建模与仿真（1）根据实验要求，构建具有纯滞后特性的被控对象模型。

（2）在MATLAB中编写代码，实现达林算法的控制器设计。

（3）设置不同的纯滞后时间，进行仿真实验。

2. 参数调整与优化（1）根据仿真结果，分析达林算法在不同纯滞后时间下的控制效果。

（2）调整达林算法中的参数，优化控制效果。

（3）记录参数调整过程及结果。

3. 结果分析与讨论（1）对比分析不同纯滞后时间下，达林算法的控制效果。

（2）分析参数调整对控制效果的影响。

（3）总结达林算法在解决具有纯滞后特性的控制系统问题中的应用。

五、实验结果与分析1. 仿真结果通过仿真实验，得到了不同纯滞后时间下，达林算法的控制效果。

结果表明，随着纯滞后时间的增加，系统的稳定性逐渐降低，动态性能变差，超调和持续振荡现象加剧。

2. 参数调整在实验过程中，对达林算法中的参数进行了调整。

通过调整参数，可以改善控制效果，降低超调，缩短调节时间，提高系统的稳定性。

3. 结果讨论实验结果表明，达林算法在解决具有纯滞后特性的控制系统问题中具有较好的应用效果。

达林算法的应用研究

相似文献(1条) 1.期刊论文张秀玲.ZHANG Xiu-ling 达林算法在电阻炉温度控制系统中的应用 -基础自动化2000,7(3)
介绍了将达林算法用于电阻炉温度的计算机控制系统中的结构、原理.阐述了达林算法作为一种直接数字设计法,适用于被控对象为滞后的系统.仿真结果表明,该算法优于常规PID算法,是一种较好的控制算法.
（ +）（ +） 3 " （ + ）$ 5 （ +）［’ / " （ +）］ 4
（ 6）就是要求设计的直接数字控制器，它可由计算 & 机程序来实现。由式中可知，它与广义被控对象（ 6）有关，求取对象特性采用实验测定法。本系统 7 中的对象可近似认为是一纯滞后的一阶惯性环节，其传递函数为 %&’ /!# (’ # ) ’ 式中 89 为对象的放大倍数， 4’ 为对象的时间常数， ! !（ " # ）$
通过 * 变换求得（ ) ）# ( 代入（(）式得（ )）（( $ % $ & ’ &( ) $ (）（( $ % $ & ’ &( ） & ’ &( & ’ &( $ ( $ $ ）［( $ % ］ *（ ) （( $ % $ & ’!） ) $ ,$！ + ( $ % 经简化得到 . $ /0 $ ( （ ) ）# ( $ 1) $ ( $（( $ 1 ） ) $ ,$！式中 ( $ % $ & ’! / # .% $ & ’ &( $ & ’ &( *（ + ( $ % 根据 & （ *）! + （ *）（ *）得 %, . # 1 # % $ &

仿真算法知识点总结图解

仿真算法知识点总结图解一、仿真算法的基本原理1.1 仿真概念仿真是指通过模拟实际系统的运行过程来预测系统性能、评估方案、优化设计等的一种方法。

仿真可以用于模拟现实世界中的各种系统，如物理系统、信息系统、经济系统等。

1.2 仿真模型仿真模型是对实际系统的简化描述，它包括系统的结构、行为规则、参数等信息。

通过建立仿真模型，我们可以在计算机上进行模拟实验，以探索系统的性能、行为特征和优化方案。

1.3 仿真算法的分类根据系统类型和仿真目的的不同，仿真算法可以分为连续系统仿真算法和离散系统仿真算法。

连续系统仿真算法适用于连续变量的系统，如物理系统和控制系统；离散系统仿真算法适用于离散事件的系统，如排队系统和生产系统。

1.4 仿真算法的基本步骤仿真算法的基本步骤包括建模、验证、实验设计、模拟运行和结果分析等。

建模是仿真算法的核心，它涉及到系统结构的抽象化、参数的设定、规则的定义等。

验证是指通过比较仿真结果与实际观测数据的一致性来检验仿真模型的有效性。

实验设计是指设计合理的仿真实验以获取有用的信息。

模拟运行是指在计算机上运行仿真模型进行试验。

结果分析是指对仿真结果进行统计分析和评价。

1.5 仿真算法的评价指标仿真算法的评价指标包括仿真精度、仿真效率和仿真可信度等。

仿真精度是指仿真结果与实际观测数据的一致程度；仿真效率是指仿真模型的计算速度和资源消耗；仿真可信度是指仿真结果的合理性和可靠性。

二、连续系统仿真算法2.1 连续系统方程的数值解法连续系统方程通常是由微分方程或偏微分方程描述的，为了在计算机上进行仿真，需要采用数值解法对这些方程进行离散化处理。

常用的数值解法包括欧拉法、梯形法、四阶龙格-库塔法等。

2.2 连续系统仿真的模拟程序设计连续系统仿真的模拟程序通常包括系统方程的离散化模型、时间步长控制、数值解法的选择、边界条件处理等内容。

设计一个高效、稳定的连续系统仿真程序是非常具有挑战性的。

2.3 连续系统仿真的优化方法针对连续系统仿真的高维度、非线性等特点，通常需要采用一些优化方法来提高仿真效率和精度。

计算机控制技术：4.9 常规及复杂控制技术(九)

2.振铃现象及其消除
利用这一算法，当输入为单位阶跃时，则输出为
0.3935z 2 Y (z) R(z)(z) (1 0.6065z1)(1 z1)
0.3935z2 0.6322z3 0.7769z4 0.8674z5 ....
控制量为
U
(z)
Y (z) G(z)
(1
2.6356(1 0.7413z1) 0.733z1)(1 z1)(1 0.6065z1)
下面，我们通过一个例子，看看振铃情况？
【例】含有纯滞后为1.46s，惯性时间常数为3.34s的连续
一阶滞后对象
G(s)
1
e 1.46s
3.34s 1
采样周期T=1s，经过采样保持后，其广义对象的脉冲传递
函数为
G(z)
0.1493z2 (1 0.733z1) 1 0.7413z1
2.振铃现象及其消除
G(z) 1 eT T z 1 (1 eT T )z N 1
1.数字控制器D(z)的形式
被控对象Gc(s)是带有纯滞后的一阶惯性环节
Gc
(s)
1
K T1s
e s
或被控对象Gc(s)是带有纯滞后的二阶惯性环节
Gc
(s)
(1
K T1s)(1
T2 s)
e s
其中：
τ——纯滞后时间；
T1、T2——时间常数； K ——放大系数。
选取Φ(z)，时间常数为Tτ=2s,纯滞后时间为1s，
则
(z)
1
0.3935z 2 0.0.6065z
1
D(z)

1 G(z)
(z) 1 (z)
(1
2.6356(1 0.7431z1) 0.733z1)(1 z1)(1 0.3935z1)

matlab仿真算法流程

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确定输入和输出变量。

matlab仿真算法流程

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确定输入和输出变量。

纯滞后控制实验

纯滞后控制实验实验三纯滞后控制实验1. 实验⽬的与要求(1) 掌握应⽤达林算法进⾏纯滞后系统D(z)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：Windows 2000以上；仿真软件⼯具：MATLIB5.3以上。

3. 实验原理在⼀些⼯业过程（如热⼯、化⼯）控制中，由于物料或能量的传输延迟，许多被控制对象具有纯滞后性质。

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，就造成⽔温的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，对于这⼀系统，采⽤⼀般的随动系统设计⽅法是不⾏的，⽽⽤PID 控制往往效果也⽋佳。

本实验采⽤达林算法进⾏被控制对象具有纯滞后系统设计。

设被控对象为带有纯滞后的⼀阶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Φ(s)，相当于⼀个延时环节和⼀个惯性环节相串联，即1)(+=Φ-s e s sτθ，NT =θ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。

控制原理如图1，其中：采样周期T=0.9秒，期望传递函数τ=0.5秒，被控对象123)(8.1+=-s e s G s；输⼊信号为单位阶跃信号。

图1 纯滞后系统控制原理图应⽤达林算法进⾏纯滞后系统设计)D控制器。

(z4.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.实验结果simulink框图（⽤simulink实现dalin算法）: Array图2 纯滞后控制设计图3：纯滞后控制器输出结果图4 纯滞后控制系统输出结果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：纯滞后控制系统对阶跃信号有超调，因为由纯滞后系统输出特性可知，图形在y(t)=1(t)上、下摆动，最后趋于稳定，⽽超调量是描述系统相对稳定性的⼀个动态指标，所以对阶跃信号有超调。

催青室温度控制器的设计与仿真

了整个催青的质量，难以提高整个养蚕业，而ＰＩＤ控
图１系统总体框图
制方法自动化程度虽有所提高，但是传统的ＰＩＤ控由于达林算法的设计目标是使整个闭环系统的制方法结构简单，只能根据人工经验设置Ｐ（比例）、Ｉ传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节，（积分）、Ｄ（微分）值，这样推广性就比较差。为此在控即式（２）：制算法上，本文采用达林算法应用于此温度控制系（）：（２）
，
，
ｚ
分别为对象的时间常数；
０＝Ⅳ 为被控对象的纯延迟时间；郧为被控对象的放大倍数；丁为对象的纯滞后时间，为了简化设它为采样周期的整数倍，Ｎ为正整数。控制系统框图如图１所示。
表法和ＰＩＤ控制温度。仪表法控制精度低，自动化程度低，费时费力，监控状态不能快速掌握，进而影响
性环节，由于此式比较复杂，那么通过ｚ变换，然后
系统稳定性分析：
简化得到式（５）：比）：Ｆ，
由下图仿真结果表明采用专家ＰＩＤ对催青室进行控制能很取得很好的控制效果，其结果如图３、图
４所示。
Ａ面譬，Ｂ＝Ａｅ－Ｖｎ，Ｃ＝ｅ
删］
（４）
由式（４）可知，求取对象特性可采用试验测定法。本系统中的对象可近似认为是纯滞后的一阶惯

实验四达林算法仿真[整理]

实验四达林算法仿真一、实验目的1．设计达林算法的Simulink 仿真模型；2．用S 函数实现达林算法；3．观察达林算法中的滞后时间常数和采样周期的选取对系统输出的影响。

二、实验内容被控对象：142)(+=S S G 1．达林算法仿真模型达林算法的SIMULINK 仿真模型如图4.1所示。

达林算法适用于一、二阶惯性加纯滞后环节对象，仿真模型仅对工业控制中常见的一阶惯性加纯滞后环节对象作仿真。

图4.1 达林算法仿真模型1．达林算法的S 函数实现达林算法控制器的S 函数程序darlincon.m 清单如下：function[sys,x0,str,ts]=darlincon(t,x,u,flag,Ttao,T1,K,Tao,T )global umax k1 k2 k3 uk ek_1 Nswitch flagcase 0,sizes=simsizes;sizes.NumContStates=0;sizes.NumDiscStates=0;sizes.NumOutputs=1;sizes.NumInputs=1;sizes.DirFeedthrough=1;sizes.NumSampleTimes=1;sys=simsizes(sizes);str=[];ts=[T 0];umax=50;N=floor(Tao/T);uk=zeros(N+2,1);ek_1=0;k1=exp(-T/Ttao);k2=exp(-T/T1);k3=(1-k1)/K/(1-k2);case 3,ek=u;uk(1)=k3*(ek-k2*ek_1)+k1*uk(2)+(1-k1)*uk(N+2);if uk(1)>umaxuk(1)=umax;endif uk(1)<-umaxuk(1)=-umax;endek_1=ek;uk(2:N+2)=uk(1:N+1);sys=[uk(1)];case{1,2,4,9}sys=[];otherwiseerror(['Unhandled flag',num2str(flag)]);end3．参数设置及系统输出曲线程序中的斜体部分就是有关的达林算法实现所用的变量和语句。

基于达林算法的温度控制

电子信息与电气工程系课程设计报告设计题目：基于达林算法的温度控制系别：电子信息与电气工程系年级专业：08级自动化（3）班学号：**********学生姓名：**指导教师：**2011年6 月17日目录前言 (2)摘要 (3)正文 (3)1系统方案 (3)1.1设计任务和要求 (3)1.2系统方案设计 (4)1.2.1总体方案设计 (4)1.2.2控制系统的建模和数字控制器的设计 (5)1.2.3硬件方案设计 (7)2硬件设计 (9)2.1单片机芯片AT89C52 (9)2.2LCD1602 (9)LCD1602引脚 (9)2.3转换器ADC0809，DAC0832 (9)2.4SN54HC164移位寄存器 (10)3 系统软件设计 (11)3.1主程序结构框图 (11)3.2程序流程控制图 (12)4实验总结 (14)参考文献 (14)前言电阻炉在化工、冶金等行业应用广泛，因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。

其控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。

采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义。

常规的温度控制方法以设定温度为临界点，超出设定允许范围即进行温度调控：低于设定值就加热，反之就停止或降温。

这种方法实现简单、成本低，但控制效果不理想，控制温度精度不高、容易引起震荡，达到稳定点的时间也长，因此，只能用在精度要求不高的场合。

电加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。

电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点。

其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。

当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数，应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制效果。

本设计采用大林算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制。

大林算法控制器设计（精）

《计算机控制》课程设计报告题目: Dahlin算法控制器设计**: ***学号: *********2012年7月13日《计算机控制》课程设计任务书指导教师签字：系（教研室）主任签字：2012年7 月5 日一．课题名称Dahlin 算法控制器设计二．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．提供的实验条件（1）软件：Matlab, Altium Designer ，KEIL （2）仪器和设备：计算机、单片机四．课程设计内容被控对象为s e s s s G 12)110)(2.0(20)(-++=，T=0.5s ，6=τT ,采用Dahlin算法设计消除振铃的数字控制器。

五．工作原理在控制系统应用中，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。