最少拍控制系统设计
实验三 最少拍控制系统设计实验
实验三 最少拍控制系统设计实验1. 实验目的（1）理解最少拍控制系统的基本原理。
（2）掌握最少拍控制系统设计过程。
2. 实验仪器（1） MATLAB 6.5软件 一套 （2） 个人PC 机 一台3. 实验原理最少拍设计，是指系统在典型输入信号（如阶跃信号、速度信号、加速度信号等）作用下，经过最少拍（有限拍）使系统的输出稳态误差为零。
所以，最少拍控制系统也称最少拍无差系统或最少拍随动系统，实质上是时间最优控制系统，系统的性能指标就是系统的调节时间最短或尽可能短。
可以看出，这种系统对闭环Z 传递函数的要求是快速性和准确性。
最少拍控制系统的设计与被控对象的零极点位置有很密切的关系。
如图1所示是最少拍控制系统结构图：ZOHD(Z)r (t)e (t)u (k)y (t)G 0(S)G(Z)e (k)E(Z)U(Z)Y(Z)图1 最少拍系统结构图闭环Z 传递函数为：)()()(Z R Z Y Z W =,闭环误差Z 传递函数为：)()()()(1)(1)(Z R Z E Z R Z Y Z W Z W e =-=-=，由于)()()(Z R Z W Z E e =，根据终值定理得 )()()1()()1()(1111Z R Z W Zim l Z E Zim l e e z z -→-→*-=-=∞,对于以上三种典型输入信号)(Z R 分别为 单位阶跃：111)(--=ZZ R单位速度：211)1()(---=ZTZ Z R单位加速度：31112)1(2)1()(----+=ZZ Z T Z R统一表达式：mZZ A Z R )1()()(1--=式中)(Z A 为不含因子)1(1--Z 的1-Z 的多项式。
其中T 为采样周期。
对于单位阶跃：1)(,1==Z A m 单位速度：1)(,2-==TZZ A m单位加速度：2)1()(,3112--+==ZZT Z A m则有: me z ZZ A z W Zim l e )1()()()1()(111--→*--=∞从上式可知，要求稳态误差为零的条件是)(z W e 应具有如下形式)()1()(1Z F Zz W me --=则 )()()1()(11Z F z A Zim l e z -→*-=∞其中)(Z F 是待定的不含因子)1(1--Z 的关于1-Z 的有理分式或1-Z 的有限项多项式， m 是)(Z R 的分母)1(1--Z的阶数。
计算机控制系统 第2章(第3次课 最少拍)
各个采样时刻的输出序列为：
y(0) 0, y(T ) 0, y(2T ) T 2 , y(3T ) 3.5T 2 , y(4T ) 7T 2 ,
2.3.2 最少拍(dead-beat)控制系统设计
需求与问题
• 经历最少的采样周期（最短的时间 ），使输出达到参考值。
解决的基本思路
• 使E(z)有限项（以z-1多次幂的多项式为有限项）， 且项数越少越好。 • D(z)满足物理可实现性 • 闭环系统稳定性
2.3.2 最少拍控制系统设计
最少拍（有限拍）控制是一种时间最优控制方式。 设计目标：设计一个数字控制器D(z)，使系统在 典型输入信号r(t)作用下，经过最少的采样周期， 消除输出和输入之间的偏差，达到平衡。通常 把一个采样周期称为一拍。 设计准则：1）单位阶跃输入
1 z
各采样时刻输出序列为：
2 z 1 z 2 z 3 z 4
y(0) 0, y(T ) 2, y(2T ) 1, y(3T ) 1,
系统的输出响应曲线如图2-16(a)所示。
（2）单位加速度输入
Y ( z) Gc ( z) R( z )
而输入序列 y(0) 0, y(T ) 0.5T 2 , y(2T ) 2T 2 , y(3T ) 4.5T 2 , y(4T ) 8T 2 , 系统的输入和输出响应曲线如图2-16(b)所示。
最少拍控制器中的最少拍是针对某一典型输入设计的， 对于其它典型输入则不一定为最少拍，甚至引起大的超调 和静差。
最少拍控制系统课程设计
最少拍控制系统课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握最少拍控制系统的原理、设计和应用，培养学生分析和解决自动控制问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：–掌握最少拍控制系统的概念、原理和特点。
–了解最少拍控制系统的设计方法和步骤。
–熟悉最少拍控制系统的应用领域和实际工程中的应用。
2.技能目标：–能够运用最少拍控制理论分析和解决自动控制问题。
–具备使用最少拍控制系统设计和优化控制器的能力。
–能够进行最少拍控制系统的仿真和实验操作。
3.情感态度价值观目标：–培养学生的创新意识和团队合作精神，提高学生解决实际问题的能力。
–增强学生对自动控制领域的兴趣和好奇心，激发学生进一步学习的动力。
–培养学生的工程责任感和职业道德，使学生在设计和应用最少拍控制系统时能够考虑到安全、环保和社会影响。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括最少拍控制系统的原理、设计和应用。
具体内容如下：1.最少拍控制系统原理：–介绍最少拍控制系统的概念和基本原理。
–分析最少拍控制系统的优势和特点，与其他控制系统的比较。
–讲解最少拍控制系统的数学模型和控制器设计方法。
2.最少拍控制系统设计：–介绍最少拍控制系统的设计步骤和流程。
–讲解最少拍控制系统的控制器参数选择和调整方法。
–分析最少拍控制系统在实际工程中的应用和案例。
3.最少拍控制系统应用：–介绍最少拍控制系统在各个领域的应用，如工业自动化、机器人、交通运输等。
–分析最少拍控制系统在实际工程中的优势和局限性。
–探讨最少拍控制系统的发展趋势和未来挑战。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法相结合的方式。
具体方法如下：1.讲授法：教师通过讲解最少拍控制系统的原理、设计和应用，引导学生理解和掌握相关知识。
2.讨论法：学生进行小组讨论，鼓励学生提出问题、分享观点，培养学生的思考和沟通能力。
3.案例分析法：通过分析实际工程中的最少拍控制系统案例，使学生能够将理论知识应用于实际问题。
[整理版]最小拍控制系统
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最小拍控制系统一、实验目的掌握最少拍有纹波系统和最少拍无纹波系统的计算机控制脉冲传递函数D （Z ）的设计方法。
二、实验设备PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套三、实验内容1.对给出的模拟对象，针对阶跃输入进行最小拍有纹波系统计算机控制算法D （Z ）设计，观测系统输出及控制器设置。
2.对给出的模拟对象，针对阶跃输入进行最小拍无纹波系统计算机控制算法D （Z ）设计，观测系统输出及控制器设置。
四、实验线路五、实验数据记录1.最小拍有纹波针对阶跃输入，其有纹波系统控制算法可设计为：11717.012.0543.0)()()(--+-==ZZ Z E Z U Z D ,输入长度为6S ，幅值为2V 的阶跃信号。
A.实验波形图4-1 阶跃R 和输出C 波形图4-2 输出C 和U 波形 B.实验数据测量采样时间（s ）0 1 2 3 C 理论 2 2 2 2 C 实测 2 1.95 2 1.90 U 理论 1.087 -1.18 0.84 -0.6 U 实测 1.053-1.100.78-0.552.最小拍无纹波针对阶跃输入，其无纹波系统控制算法可设计为：21215920.04080.011651.07320.07650.0)()()(------++==Z Z Z Z Z E Z U Z U ,输入长度为6S ，幅值为6V 的斜坡信号。
A.实验波形图4-3 R和输出C波形图4-4 C和U波形B.数据测量采样时间（s）0 1 2 3 4 C理论0 1.4 3 4C实测0 1.48 2.821 4U理论0 0.765 0.035 0.2 0.2 U实测0 0.769 0.089 0.346 0.205六、心得体会此次实验是关于最小拍控制系统，这次实验让我更加深刻的了解了一些关于最小拍控制系统的内容，并且对计算机控制课程里相关的最小拍控制有了更为直观的印象，将课程里的知识运用在了此次实验中。
实验中对于一些信号源的选择以及参数的确定，都让我学到了许多的新知识。
第4章 控制算法(2)最少拍控制1
1. 稳定、不包含纯滞后环节的广义对象的最少拍控制器设计 前面已得到广义被控对象的脉冲传递函数为
G(z) = Z[G(s)] = Z[H(s) Gc (s)]
这里，广义被控对象的脉冲传递函数没有在 平面单位圆上及单 这里，广义被控对象的脉冲传递函数没有在Z平面单位圆上及单 位圆外的极点，且不含有纯滞后环节。 位圆外的极点，且不含有纯滞后环节。 闭环脉冲传递函数为： 闭环脉冲传递函数为：
1 4
15
一般， 一般，输入函数可以表示为
A(z1) R(z) = 1 q (1 z )
对于不同的输入信号， 的取值不同 的取值不同。 对于不同的输入信号，q的取值不同。 分子A(z 是不包含 是不包含（ 因子的多项式——如果包含，它就 如果包含， 分子 -1)是不包含（1-z-1)因子的多项式 因子的多项式 如果包含 与分母的…… 与分母的
24
T 2 z 1 (1+ z 1 ) R(z) = 单位加速度输入 2(1 z 1 )3 T 2 z1(1+ z1) E(z) = Φe (z) 2(1 z1)3
为使E(z)项数最少，选择
（3）.单位加速度输入
Φe (z) = (1 z )
1 3
选择Φe(z)=(1-z-1)3,即选择 公式4.57的P=2,F(z)=1 会使E(z)项数最少
i =0 i =1
(4.50 )
数字控制器的直接涉及方法与步骤基本就是这样。 数字控制器的直接涉及方法与步骤基本就是这样。
6
（4）设计步骤归纳
给据性能指标要求和其它约束条件， ① 给据性能指标要求和其它约束条件，构造所要求的闭环脉冲 传函φ(Z) 传函 对被控对象传函G(S)带0阶保持器进行离散化 ② 对被控对象传函 带 阶保持器进行离散化 求出D(Z) ③ 求出 求出u(k) ④ 求出
4.2.2 最少拍控制【4学时】
纯滞后，即： G(z) gd 1z (d 1) gd 2 z (d 2)
(d 0)
而所期望的闭环脉冲传递函数的一般形式为：
(z) 1z 1 2 z 2
d z d d 1z ( d 1) d 2 z ( d 2) D( z ) G ( z ) 1 ( z ) ( gd 1z ( d 1) gd 2 z ( d 2) )(1 1z 1 2 z 2 )
则所得Φe(z)既可满足准确性，又可满足快速性要求。 于是有：(z) 1 e ( z) 1 (1 z 1 )m
三、典型输入下最少拍控制系统分析
（1）单位阶跃输入
e ( z) (1 z )，( z) 1 (1 z ) z
1 1 1 2
1
3、系统闭环脉冲传递函数Φ(z)的确定
Ф(z)
Rz
R s E s c* t
Ez
e *t
+
-
e t
数字控制器 U s D(z) ut
U z
u*t
广义对象G(s)
H0 s
零阶保持器
Gc s
被控对象
3.774(1 z 1 )(1 0.286 z 1 ) (1 2.78z 1 )(1 0.2 z 1 )
Y ( z ) ( z ) R( z ) z 1 输出量为：
1 1 2 3 z z z 1 1 z
控制量为： U ( z ) E ( z ) D( z ) e ( z ) R( z ) D( z )
稳定。
如果控制器 D( z ) 选择不当，极端情况下控制量 u 就可能是 发散的，而系统在采样时刻之间的输出值以振荡形式发散，实 际连续过程将是不稳定的。
最少拍控制系统设计
题目：最少拍控制系统设计课程：计算机控制技术专业：控制工程姓名：韩庆芝学号：142085210202摘要《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，计算机控制技术的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。
通过设计，加深对控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，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。
在数字随动系统中，通常要求系统输出能够快速地、准确地跟踪给定值变化，最小拍控制就是适应这种要求的一种控制策略。
在数字控制系统中，通常把一个采样周期称为一拍。
所谓最小拍控制，是指系统在某种典型输入信号（如阶跃信号、速度信号、加速度信号等）作用下，经过最少的采样周期使得系统输出的稳态误差为零。
最小拍控制系统也称为最小拍无差系统或最小拍随动系统。
显然这种系统对闭环脉冲传递函数的性能要求是快速性和准确性。
最小拍控制是一类时间最优控制，系统的性能指标就是要求调节时间最短。
目录1 课题简介.................................................................................................................................. 错误！未定义书签。
1.1 设计内容 (1)1.2 设计要求 (1)2 最少拍控制方案设计 (2)2.1 最少拍控制器的介绍 (2)2.2 控制系统框图及闭环工作原理 (2)3最少拍控制系统硬件电路设计 (3)3.1 总体硬件电路图 (3)3.2 输入双极性的实现原理 (4)3.3 输出双极性的实现原理 (5)3.4 给定的被控对象的实现 (5)4 最少拍无纹波系统控制算法设计 (7)4.1 最少拍无纹波控制的基本原理 (7)4.2 最小拍无纹波控制的算法实现 (8)5最小拍无纹波控制软件编程设计 (9)5.1 主程序及中断程序的思考图及具体流程图 (9)5.2 重要程序的作用与实现 (9)6 实验与结果分析 (11)6.1 仿真结果 (11)6.2 上机调试结果 (11)7 小结与体会.............................................................................................................................. 错误！未定义书签。
最小拍控制系统设计
最小拍控制系统设计随着现代科技的不断发展，各种智能化控制系统愈发成熟，而在生产制造和娱乐等领域，拍控制技术显得尤为重要。
什么是拍控制系统呢？简单来说，它就是一种基于节拍而控制动作或事件的系统。
例如，在音乐编曲、灯光秀、机械臂等方面就需要使用到拍控制系统。
在这些应用场景中，强大的拍控制系统让人们能够享受到更加优美、精准的表演和生产体验。
对于拍控制系统的设计来说，最重要的是要保证系统的精准度，这样才能够确保用户得到最好的体验。
一般来说，拍控制系统的设计需要遵循以下步骤：第一步，需要明确控制对象和节拍。
在这个步骤中，需要确认控制的对象以及控制的模式。
例如，在音乐表演中需要确定音乐节奏和乐器的演奏模式，而在机器人制造中需要明确机器臂运动的起点和终点。
第二步，选择合适的控制芯片和传感器。
在这个步骤中，需要根据控制目标来选择合适的控制芯片和传感器。
这些控制芯片和传感器可以带来更加准确的数据传输，同时降低系统的堵塞率。
第三步，确定控制算法。
在这个步骤中，需要确定控制算法，以便在系统中使用。
而在这个步骤中，需要考虑到实际应用中可能出现的各种环境变化和随机因素。
第四步，测试和调试。
在完成上述所有步骤之后，最后需要进行测试和调试。
这可以帮助系统的精准度得到进一步的提升，以达到咱们设计的目标。
需要注意的是，在进行拍控制系统设计时，要注意到系统的稳定性和安全性。
这些是所有控制系统中最为关键的因素。
如果系统不稳定，那么在实际应用中可能会带来严重的后果。
而如果系统存在安全漏洞，可能会造成用户信息泄漏等不良影响，从而严重损害用户的利益。
因此，在设计拍控制系统时，需要充分考虑到这些因素。
在总体上看来，拍控制系统设计是一个相当复杂的工作，需要设计师们不断努力和探索。
只有在这样的努力下，才能带来更强大、更可靠、更有效的拍控制系统，进而让人们的生产、娱乐等活动变得更加美好。
最少拍控制系统课程设计
最少拍控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解最少拍控制系统的基本概念，掌握其工作原理；2. 学生能够运用数学方法分析最少拍控制系统的性能，并描述其特点；3. 学生能够掌握最少拍控制系统的设计方法和步骤。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计并实现最少拍控制系统；2. 学生能够运用仿真软件对最少拍控制系统进行仿真实验，分析并解决实际工程问题；3. 学生能够运用团队合作的方式，进行最少拍控制系统的设计与调试。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习最少拍控制系统，培养对自动化技术的兴趣和热情；2. 学生在团队合作中，培养沟通协作能力和集体荣誉感；3. 学生能够认识到最少拍控制系统在现代工业中的重要作用，树立正确的价值观。
课程性质：本课程为自动化及相关专业高年级的专业课程，旨在帮助学生掌握最少拍控制系统的设计与实现方法。
学生特点：学生已具备一定的自动控制理论基础，具有较强的数学基础和逻辑思维能力。
教学要求：注重理论与实践相结合，强化动手能力培养，提高学生解决实际工程问题的能力。
在教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 最少拍控制系统的基本概念与原理- 控制系统稳定性分析- 最少拍控制的基本原理- 最少拍控制系统的数学描述2. 最少拍控制系统的设计方法- 状态空间设计方法- 基于观测器的最少拍控制设计- 最少拍控制器的参数优化3. 最少拍控制系统的仿真与实验- 仿真软件的应用- 控制系统建模与仿真- 实际控制系统设计与调试4. 最少拍控制系统在实际工程中的应用- 工业控制中的应用案例- 控制系统性能分析- 最少拍控制系统优化与改进教学内容安排与进度：第一周：介绍控制系统稳定性分析，理解最少拍控制的基本原理；第二周：学习最少拍控制系统的数学描述，掌握状态空间设计方法；第三周：学习基于观测器的最少拍控制设计，进行控制器参数优化；第四周：运用仿真软件进行控制系统建模与仿真；第五周：进行实际控制系统设计与调试，分析工程应用案例；第六周：总结最少拍控制系统在实际工程中的应用，进行性能分析与优化。
(完整word版)最少拍控制系统设计
题目：最少拍控制系统设计课程：计算机控制技术专业: 控制工程姓名：韩庆芝学号：142085210202摘要《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，计算机控制技术的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.通过设计,加深对控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，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。
在数字随动系统中，通常要求系统输出能够快速地、准确地跟踪给定值变化，最小拍控制就是适应这种要求的一种控制策略。
在数字控制系统中，通常把一个采样周期称为一拍。
所谓最小拍控制,是指系统在某种典型输入信号(如阶跃信号、速度信号、加速度信号等)作用下，经过最少的采样周期使得系统输出的稳态误差为零。
最小拍控制系统也称为最小拍无差系统或最小拍随动系统。
显然这种系统对闭环脉冲传递函数的性能要求是快速性和准确性。
最小拍控制是一类时间最优控制，系统的性能指标就是要求调节时间最短。
目录1 课题简介............................................................................................................................... 错误!未定义书签。
1。
1 设计内容 (4)1.2 设计要求 (4)2 最少拍控制方案设计 (5)2。
1 最少拍控制器的介绍 (5)2.2 控制系统框图及闭环工作原理 (6)3最少拍控制系统硬件电路设计 (6)3。
1 总体硬件电路图 (7)3.2 输入双极性的实现原理 (8)3。
3 输出双极性的实现原理 (9)3。
4 给定的被控对象的实现 (10)4 最少拍无纹波系统控制算法设计 (11)4。
1 最少拍无纹波控制的基本原理 (11)4.2 最小拍无纹波控制的算法实现 (13)5最小拍无纹波控制软件编程设计 (13)5.1 主程序及中断程序的思考图及具体流程图 (13)5。
第六章 最少拍控制设计
T 2 z2 3.5T 2 z3 7T 2 z4 11.5T 2z 5
r(kT ) 0 0.5T 2 2T 2 4.5T 2 8T 2 12.5T 2
c(kT ) 0 0
T 2 3.5T 2 7T 2 11.5T 2
c(kT)与r(kT)始终存在偏差
结论：
1、一般地说，为一种典型输入所设计的最少拍系统， 用于阶次较低的输入函数时，系统将出现较大的超调， 同时响应时间也增加，但是还能保持在采样时刻稳态偏 差为0；
pi z1 )(z) (1 zi z1 )
i 1
为了保证D(z)的可实现性，应当在Φ(z)中加入z-r因子
和|zi|≥1(不包括z＝1点)的零点。 23
五、稳定性 (z) D(z)G(z)e (z)
若广义对象G(z)的极点中存在单位圆上(pi=1除外) 和单位圆外的极点时，则系统将是不稳定的。
解决方法：采用增加Φe(z)的零点来实现
24
六、设计原则
1、考虑不同类型输入，选择满足最少拍的Φe(z)的形式 2、考虑D(z)可实现性，Φ(z)应包含z-r因子和G(z)中
|zi|≥1(不包括z＝1点)的零点 3、考虑系统稳定性，Φe(z)应把G(z)中的不稳定极点
|pi|≥1(不包括z＝1点)作为自己的零点。
1 z1 1 0.368z1
（2）因为系统输入信号为单位阶跃信号，则：
e z 1 z 1 z1 2
所以系统脉冲传递函数： z 2z1 z2
（3）数字控制器的脉冲传递函数：
D
z
G
z
z
1
z
1 z1 1 0.368z1 2z1 z2
= 3.679z1 1 0.718z1
由此可见，第二拍起，u(kT)就稳定在a0+a1+a2上， 当系统含有积分环节时， a0+a1+a2 ＝0。
实验四-最少拍控制系统设计
实验四 最少拍控制系统设计姓名 学号 班级一、 实验目的1) 通过本实验，熟悉最少拍控制系统的设计方法。
2) 学习基于Matlab/Simulink 的最少拍控制系统的仿真研究方法。
二、实验原理1. 最少拍有纹波控制器的设计 已知被控对象的传递函数，10()s(s+1)G s =,零阶保持器传递函数1e H()sTss -=，采样周期1T s =。
试对单位阶跃、单位速度、单位加速度输入信号分别设计最少拍有纹波控制器。
基本原理参见教材上的相关内容.图1 最少拍有纹波控制器Simulink 仿真图(输入信号为单位速度）2. 最少拍无纹波控制器的设计对图1中的被控对象，试对单位阶跃、单位速度输入信号分别设计最少拍无纹波控制器。
原理参见教材上的相关内容。
三、实验内容1) 设计对单位阶跃、单位速度、单位加速度输入信号的最少拍有纹波控制器的参数,并用Simulink 进行仿真，观察仿真结果并记录系统输出、控制信号以及偏差信号等响应曲线。
根据题意有：有纹波设计如下单位阶跃输入时:响应:单位速度输入时：响应：2)设计对单位阶跃、单位速度输入信号的最少拍无纹波控制器的参数，并用Simulink进行仿真，观察仿真结果并记录系统输出、控制信号以及偏差信号等仿真曲线。
根据题意有：单位阶跃输入时：响应：四、实验报告1)按照实验报告所要求的统一格式，填写实验报告；2)记录控制器参数设计过程、结果、Simulink仿真图和相关响应曲线。
3)根据实验过程和结果进行分析。
能否对单位加速度信号设计无纹波控制器?说明理由。
基于matlab的最少拍控制系统设计
基于MATLAB的最小拍控制系统设计简介在现代工业自动化系统中，控制系统是至关重要的一部分。
其中，最少拍控制系统是一种常见的控制系统，它能够提供稳定的、精确的控制。
本文将介绍基于MATLAB的最少拍控制系统的设计方法和步骤。
什么是最少拍控制系统？最少拍控制系统是一种能够在控制过程中最小化系统的振荡次数的控制系统。
它的设计目标是减少系统的过冲和稳定时间，提高控制的稳定性和精度。
设计步骤基于MATLAB的最少拍控制系统的设计可以分为以下几个步骤：1. 系统建模系统建模是最少拍控制系统设计的第一步。
在这一步中，需要将实际系统抽象成数学模型。
常用的系统建模方法包括传递函数法、状态空间法等。
1.1 传递函数法建模传递函数法是一种常用的系统建模方法。
在MATLAB中，可以使用tf命令来创建传递函数模型。
例如，通过以下代码可以创建一个二阶传递函数模型：num = [1];den = [1 2 1];sys = tf(num, den);1.2 状态空间法建模状态空间法是另一种常用的系统建模方法。
在MATLAB中，可以使用ss命令来创建状态空间模型。
例如，通过以下代码可以创建一个二阶状态空间模型：A = [0 1; -2 -3];B = [0; 1];C = [1 0];D = 0;sys = ss(A, B, C, D);2. 控制器设计控制器设计是最少拍控制系统设计的核心步骤。
在这一步中，需要设计一个合适的控制器来实现最少拍控制系统的要求。
常用的控制器设计方法包括比例控制器、积分控制器、比例积分控制器等。
2.1 比例控制器比例控制器是一种简单的控制器，其输出与输入的线性关系成比例。
在MATLAB中，可以使用pid命令来创建比例控制器。
例如，通过以下代码可以创建一个比例控制器：Kp = 1;C = pid(Kp);2.2 积分控制器积分控制器是一种能够消除系统稳态误差的控制器，其输出与输入的线性关系成比例并且与时间积分。
最少拍控制系统的设计
最少拍控制系统的设计第24卷第2期昆明理工大学学报Vol. 24No. 21999年4月JOURNAL OF KUNMIN G UN IV ERSIT Y OF SCIENCE AND TECHNOLO GY Apr. 1999最少拍控制系统的设计李红松吕() Ξ摘要. 本文从理论上详细.;;Z 变换TP273最少拍设计是系统在典型的输入作用下, 设计出数字调节器, 使系统的调节时间最短或者系统在有限个采样周期内结束过渡时期. 最少拍控制实质上是系统以最快速度达到稳态, 系统的性能指标是调节时间最短.典型输入的Z 变换形式为R (z ) =-1(1-z -1) m最少拍控制系统如图1所示, 图中D (Z ) 是数字调节器模型, 由计算机实现. H0(s ) 是零阶保持器的传递函数. G (S ) 是控制对象的传递函数.图1 最少拍控制系统零阶保持器和控制对象离散化以后, 成为广义对象的Z 传递函数HG (Z ) .HG (Z ) =Z[H 0(s ) G (S ) ]最少拍控制系统的闭环Z 传递函数G c (z ) =1+D (z ) HG (z )最少拍控制系统的误差Z 传递函数G e (z ) ==1-G c (z ) =R (z ) 1+D (z ) HG (z )() 则最少拍控制系统的调节器() D (z ) = 或 D (z ) =G e (z ) HG (z ) G e (z ) HG (z )控制系统的调节时间也就是系统的误差e (k T ) 达到恒定值或趋于零所需的时间, 根据Ξ收稿日期:1999-01-20・162・昆明理工大学学报1999年Z 变换的定义∞E (z ) =k =0∑e (k T ) z -k =e (0) +e (T ) z -1+e (2T ) z -2+e (3T ) z -3+…+(k T ) z -k则根据E (z ) 就可以知道e (0) , e (2T ) , …, e (k T ) . 输入作用下, 当k大于或等于N 时, e (k T ) . N Z 传递函数有:-1E (z ) (z ) ) G (z 1-z -1) m, (z 是尽可能少的有限项, 必须合理地选择误差Z G e (z ) =(1-z -1) M F (z ) M ≥m的有限多项式, 不含有(1-z -1) 因子, 则可能使E (z ) 是有限式多项式. 当选择M =m , 且F (z ) =1时, 不仅可以使数字调节器简单, 阶数比较低, 而且, 还可以使E (z ) 的项数最少, 因而调节时间最短. 对于不同的输入, 可以选择不同的误差Z 传递函数. F (z ) 是z -1由以上推导可看出, 最少拍调节器D (z ) 和系统的输入形式有关, 也跟对象的特性HG (z ) 有关, 因此要注意以下几点.1) 若D (z ) 中存在z r 环节, 则表示数字调节器应具有超前特性. 这样的超前环节是不可能实现的. 所以HG (z ) 分子中含有z -r 因子时, 必须使闭环Z 传递函数G c (z ) 的分子中含有z -r 因子, 以抵消HG (z ) 中的z -r , 以免D (z ) 中出现超前环节.2) 若HG (z ) 中存在单位圆上(Z =1除外) 和单位圆外的零点时, 则D (z ) 将是发散不可实现的. 因此, D (z ) 中不允许包含HG (z ) 的这类零点, 也不允许它们作为Ge (z ) 的极点, 所以只能把HG (z ) 中的这类零点作为G e (z ) 的零点, 从而保证D (z ) 的稳定性. 当然这将使调节时间加长.3) 若HG (z ) 中存在单位圆上(P =1除外) 和单位圆外的极点时, 为了保证系统的输出稳定, 必须由D (z ) 或G e (z ) 的零点将之对消掉. 但是不允许采用增加D (z ) 的零点以对消HG (z ) 的不稳定极点的方法, 因为对象参数的微小飘移, 将有可能对消不完全, 造成系统的不稳定, 因此HG (z ) 的不稳定极点只能用G e (z ) 的零点来对消.4) 系统调节时间为一到几个采样周期, 不可能通过无限增加采样频率来减少调节时间. 事实上从能量的角度来说, 不可能提供无穷大能量, 使系统在一瞬间从某种状况进入到别一种状态. 另外采样频率受到饱和特性的限制, 不可能无限提高. 最少拍控制系统的设计方法是简便的, 结构也是简单的, 设计结果可以得到解析解, 便于计算机实现, 但它也存在如下一些问题:1) 最少拍系统对输入形式的适应性差.2) 最少拍系统对参数的变化很敏感.3) 只能保证采样点上误差为零或恒值, 不能保证采样点之间的误差也为零或恒值.由于这种设计方法只能保证采样点上误差为零或恒值, 不能保证采样点之间的误差也为零或恒值. 因此又提出了最少拍无纹波设计. 根据分析, 纹波是由于零阶保持器的输入的波动造成的, 设它为e 2(k T ) . 无纹波设计就是要求经过有限拍以后, e 2(k T ) 保持恒值或零.由于E 2(z ) =D (z ) E (z ) =D (z ) G e (z ) R (z ) , 若选定D (z ) G e (z ) 是z -1的多项式,第2期李红松等:最少拍控制系统的设计・163・那么, 在确定的输入作用下, 经过有限拍, e 2(k T ) 就能达到某恒定值, 而且能保证系统的输出没有纹波.D (z ) G e (z ) =()HG (z )因此最少拍无纹波的设计, 要求G c (z ) HG z ) . . , G e (z ) 的零点包含HG(z ) 的单位圆上(Z =1. 下面作一简要介绍., 当输入单位跃阶时, 超调量很大. 为了改善过渡过程, . 设系统如图所示.图2 换接程序系统图中, D r (z ) 是按照单位速度输入设计的最少拍调节器D r (z ) =() G e (z ) =(1-z -1) 2A r (z ) () () G e z HG z () G e (z ) =(1-z -1) A s (z ) G e (z ) HG (z ) D s (z ) 是按照单位阶跃输入设计的最少拍调节器Ds (z ) =HG (z ) 是广义对象的Z 传递函数.系统刚投入时, 相当于阶跃输入, D s (z ) 接入系统, 作为过渡程序, 当系统的误差e 1(k T ) 减少到一定程度, 例如|e 1(k T ) |≤E m 时, 再接入正常的跟踪程序D r (z ) . E m 可以根据系统的运行情况, 选择适当的数值. 这种换接程序的方法, 既可以缩短调节时间, 又可以减少超调量. 换接程序的子程序流程图如图3所示.综上所述, 最少拍系统有许多优点, 但是它对输入型式很敏感. 在实际应用中, 要根据实际情况来灵活应用最少拍系统设计方法.参考文献1 谢剑英. 计算机控制. 北京:国防工业出版社,1991. 166～1782 张宇河, 金钅玉. 计算机控制系统, 北京:北京理工大学出版社,1996. 91～1093 郭锁凤. 计算机控制系统. 北京:航空工业出版社,1987. 124～135图3 换接程序的子程序流程(下转第171页)第2期田云鹏:论计算机局域网的维护和管理・171・参考文献1 [美]BillLawrence 著《. Novell Netware 4使用指南》. . 北京:,1995. 45～60,120～1352 [美]Novell公司著《. Netware 4网络管理》. . :27～38,157～164,218～2234 白英彩等《. Novell LAN . 61～66,134～146,237～2665 ,72,88,296,375Defending and Managent of Lacal N et workTain Yunpeng(Yunan Radion and TV University , Kunming 650223)Abstract The defending and management of LAN are vital assurance in order to enable the network to work stably ans safely and to utilize network resources. With the extending of network and application systems ,channelcapacities and signal jams become inevitable. This article elaborated areleted solution for thisproblem.local network ;defending ;netware ;signal jam. K ey w ords(上接第163页)The Design for the Least Time Control SystemLi Hongsong Li Yang(Computer Depertment Kunming University of Science and Technology , Kunming 650093)Abstract In the computer control system , the least time control system has been used widely. This article details the ways of how to design the least time control system being often used in projects.K ey w ords The least time ;transfer function ;Z translation。
最少拍数字控制器的设计
最少拍数字控制器的设计第一篇：最少拍数字控制器的设计离散控制系统最少拍控制摘要本次设计针对一阶惯性积分系统在单位速度信号输入作用下进行最少拍数字控制器的设计，验证了最少拍控制器的优点，并对最少拍算法进行理论分析，分别设计出最少拍有纹波和无纹波数字控制器，利用 MATLAB 仿真平台对设计的最少拍数字控制器进行系统仿真研究，并对有纹波和无纹波系统进行对比研究。
关键词最少拍控制；无纹波控制器；有纹波控制器；Matlab仿真离散控制系统最少拍控制目录摘要 (1)第一章最少拍有纹波控制器设计 (3)1.1 设计原理..............................................................................3 1.2 设计举例..............................................................................5 第二章最少拍无纹波控制器设计..........................................................5 2.1 设计原理..............................................................................5 2.2 设计举例..............................................................................6 第三章基于Matlab的最少拍控制的实现................................................7 3.1 输入单位阶跃信号..................................................................7 3.2 输入单位速度信号..................................................................8 3.3 输入单位加速度信号............................................................9 参考文献..........................................................................................10 致谢 (11)离散控制系统最少拍控制离散控制系统最少拍控制最少拍系统控制设计是指系统在典型输入信号（如单位阶跃输入信号、单位速度输入信号、单位加速度输入信号等）作用下，经过最少拍（有限拍），使系统输出的稳态误差为零。
最少拍控制系统实验报告(精选)
最少拍控制系统实验报告（精选）
本次实验我们设计了一种最少拍控制系统，旨在实现一个简单而稳定的控制系统。
1. 系统结构
系统结构如下图所示：
该系统由一个开关控制器、一个数字控制器（DMC）、一个电机和一个传感器组成。
2. 开关控制器
我们使用一个开关控制器来实现系统的开关操作。
通过控制该开关控制器的开关状态，我们可以决定系统是处于开启状态还是关闭状态。
3. 数字控制器（DMC）
数字控制器（DMC）是实现最少拍控制的核心组件。
我们采用PID控制器来实现控制任务。
PID控制器由比例、积分和微分三个控制元素组成。
比例控制元素处理控制器的当前误差，并根据一定的比例关系输出控制指令；积分控制元素将误差的积分累加到控制器输出中，以增加系统的稳定性和减小未控制的误差；微分控制元素用于响应系统的速度变化，以调整控制器输出并提高系统的响
应速度。
4. 电机和传感器
电机和传感器是系统的执行部分。
电机负责执行控制指令，改变系统状态。
传感器用于监测系统状态，以便反馈给数字控制器。
5. 实验效果
通过实验，我们可以看到该控制系统具有较好的效果。
控制器能够输出稳定的控制指令，通过电机实现系统状态的改变。
传感器及时地反馈系统状态，以便数字控制器做出相应的控制调整。
该最少拍控制系统具有以下优点：
1）系统结构简单明了，易于理解和实现。
2）精度高，能够快速稳定地响应控制指令。
3）系统操作稳定，不易出现异常情况。
本次实验充分展示了我们设计的最少拍控制系统的良好效果，我们相信它能够在现代工业控制领域中得到广泛应用。
实验七 最少拍控制系统
计算机控制实验报告姓名： 学号： 班级：实验一 最少拍控制系统一、实验目的（1）学会对最小拍控制系统的分析方法。
（2）了解输入信号对最小拍控制系统的影响及其改进措施。
2．实验设备（1）硬件环境微型计算机一台， Pentium4以上各类微机 （2） 软件平台操作系统：Windows 2000 MATLIB6.0 仿真软件3．实验原理最少拍控制是一种直接数字设计方法。
所谓最少拍控制，就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态，使系统输出值尽快地跟踪期望值的变化。
它的闭环z 传递函数具有形式N N z z z z ---+++=Φφφφ 2211)(在这里，N 是可能情况下的最小正整数。
这一传递形式表明闭环系统的脉冲响应在N 个采样周期后变为零，从而意味着系统在N 拍之内到达稳态。
其控制原理如图1：图7—1 最少拍系统控制原理图(1)输入信号分别为单位阶跃输入和单位速度输入信号，设计控制器)(z D ; (2)采样周期T =1s 。
4.实验内容与步骤(1) 按系统要求计算)(z D 为有纹波控制器；(2)按照系统原理图，在simulin 下构造系统结构图模型；取输入信号为单位阶跃信号和单位速度信号，设计控制器，观察输入输出波型，标明参数，打印结果； （3）观察系统输出波形在采样点以外的波形。
5. 实验结果Zero-Pole2.1s (s+1.252)2Zero -Order HoldStepScope 1ScopesignalsignalDiscrete Zero -Pole(z-1)(z-0.286)(z+0.2)(z+0.735)图1-2 单位阶跃输入下最少拍有纹波控制系统仿真结构模型6. 思考与分析（1）最少拍受什么限制而使调整节拍增加？答：最少拍控制系统设计出来的闭环系统，在有限拍后进入稳态，这时闭环系统输出在采样时间精确的跟踪输入信号。
如单位阶跃信号在一拍后，单位速度在两拍后，单位加速度信号则在三拍后。
最少拍无纹波控制器设计
最少拍无纹波控制器设计下面看看最少拍无纹波控制器的设计方法。
(1)最少拍无纹波控制器实现的必要条件最少拍无纹波控制能够实现的必要条件是被控对象Gp(s)中含有与输入信号相对应的积分环节数。
从例中还可以看出，系统进入稳态后，若数字控制器输出u(t)仍然有波动，则系统输出就会有纹波。
因此要求u(t) 在稳态时，或者为0,或者为常值。
无纹波系统的闭环脉冲传递函数Φ(z)必须选择为：(1)此式与一般系统的有纹波最少拍系统的①(Z)选择式形式上一样，只是在无纹波系统中，φ(z)包含G(Z)的所有W 个零点。
式中m为广义对象G(Z)的瞬变滞后；q为典型输入函数R(Z)分母的(I-ZT)因子的阶次；bl,b2, ∙∙∙,bw为G(Z)所有的w个零点；V为G(Z)在Z平面单位圆外的极点数(Z=I的极点不计在内)。
待定系数cθ,cl,…，cq+vT,由以下方程确定(2)(2)设计举例K例U试针对等速输入函数设计快速无纹波系统，画出数字控制器和系统的输出序列波形图。
解:被控对象的传递函数GP(S)=K/ [s(l+Tms)],其中有一个积分环节，说明它有能力平滑地产生等速输出响应, 满足无纹波的必要条件。
将G(S)展开得代入K=IOs-I, T=Tm=O∙ 025s,得零阶保持器和被控对象组成的广义对象的脉冲传递函数为可以看出，G(Z)的零点为-0.718(单位圆内)、极点为1(单位圆上)、0.368(单位圆内),故u=l, V=O(Z=I的极点除外)，m=l,q=2。
与又纹波系统一样，统计V时，Z=I的极点不包括在内.根据快速无纹波系统对闭环脉冲传递函数Φ (z)的要求[式(6.17)],得到闭环脉冲传递函数为根据式(1),求得上式中两个待定系数分别为。
于是，快速无纹波系统的闭环脉冲传递函数为最后，求得数字控制器的脉冲传递函数为闭环系统的输出序列为数字控制器的输出序列为无纹波系统数字控制器和系统的输出波形如图1所示。
实验二 最少拍计算机控制系统的设计11.1
实验二 最少拍计算机控制系统的设计一、实验目的：1．学习并掌握有纹波最少拍控制器的设计和Simulink 实现方法；2．理解最少拍控制系统对三种典型输入的适应性及输出采样点间的纹波； 二、实验工具：MATLAB 软件（6.5 版本）。
三、实验内容： 1．实验原理最少拍设计，是指系统在典型输入信号（如阶跃信号、速度信号、加速度信号等）作用下，经过最少拍（有限拍）使系统输出的系统稳态误差为零。
因此，最少拍控制系统也称最少拍无差系统或最少拍随动系统，它实质上是时间最优控制系统，系统的性能指标就是系统调节时间最短或尽可能短，即对闭环Z 传递函数要求快速性和准确性。
下面以一个具体实例介绍最少拍系统的设计和仿真。
考虑图1所示的采样数字控制系统，被控对象的脉冲传递函数为0210G ()(1)s s s =+图0 最少拍采样数字控制系统设采样周期T=1s ，首先求取广义被控对象的脉冲传递函数： 广义被控对象21112111111110()[](1)11(1)10[](1)110.36793.679(10.718)(1)(10.3679)Ts e G z Z s s s z z z z z z z z z -----------=+=-⨯-+---+=--我们知道，最少拍系统是按照指定的输入形式设计的，输入形式不同，数字控制器也不同。
因此，对三种不同的输入信号分别进行考虑： ① 单位阶跃信号：计算可得到最少拍数字控制器为1111()()1()0.2712(10.3679))()()(1())10.718e z z z z z z D z G z z z ----Φ=Φ=-Φ-==-Φ+检验误差序列：()(1())()1E z z R z =-Φ=由误差的变换函数得知，所设计的系统当k>1后，e （k ）=0就是说，一拍以后，系统输出等于输入，设计正确。
② 单位速度信号：原理同上，我们可以得到：1111()0.5434(10.5)(10.3679)()()(1())(1)(10.718)z z z D z G z z z z ----Φ--==-Φ-+ 检验误差：1()(1())()E z z R z z -=-Φ=从E(z)看出，按单位速度输入设计的系统，当k 大于等于2之后，即二拍之后，误差e （k ）=0，满足题目要求。
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能源与动力工程学院课程设计报告题目：最少拍控制系统设计课程：计算机控制技术课程设计专业：班级：姓名：学号：《计算机控制技术》课程设计任务书一、 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整定工作打下基础。
二、 课程设计内容设计以89C51单片机、ADC 、DAC 等电路和运放电路组成的被控对象构成的单闭环反馈控制系统。
1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路ADC0809和模出电路DAC0832；由运放构成的被控对象。
2. 控制算法：最少拍控制、PID 。
3. 软件设计：主程序、定时中断程序、A/D 转换程序、滤波程序、D/A 输出程序、最少拍控制程序等。
三、 课程设计要求1. 模入电路能接受双极性电压输入（-5V~+5V ），模出电路能输出双极性电压（-5V~+5V ）。
2. 被控对象每个同学选择不同：510(),()(1)(0.81)(1)(0.41)G s G s s s s s ==++++45(),()(0.41)(0.81)G s G s s s s s ==++58(),()(1)(0.21)(0.81)(0.21)G s G s s s s s s s ==++++55(),()(0.81)(0.31)(0.81)(0.21)G s G s s s s s ==++++3. 设计无纹波最少拍控制器。
被控对象有积分环节的按斜坡输入信号设计控制器，否则按阶跃输入信号设计控制器。
4. 定时中断间隔可在10-50ms中选取，采样周期取采样中断间隔的整数倍，可取1000-2000ms，由实验结果确定。
5. 滤波方法可选择平均值法，中值法等。
四、课程设计实验结果1. 控制系统能正确运行。
2. 按设计信号下的系统输出响应。
3. 其他典型输入信号下的系统输出响应。
五、进度安排六、课程设计报告内容：总结设计过程，写出设计报告，设计报告具体内容要求如下：1．课程设计的目和设计的任务。
2．课程设计的要求。
3．控制系统总框图及系统工作原理。
4．控制系统的硬件电路连接图（含被控对象），电路的原理。
5．软件设计流程图及其说明。
6．电路设计，软件编程、调试中遇到的问题及分析解决方法。
7．实验结果及其分析。
8．体会。
七、参考文献（列出你所利用的参考文献。
格式参见下。
）[1] 于海生主编，微型计算机控制技术，北京：清华大学出版社，1999[2] 张艳兵等编著，计算机控制技术，北京：国防工业出版社，2008[3] 张毅刚主编，单片机原理及应用，北京：高等教育出版社，2004[4] 陈涛编著，单片机应用及C51程序设计，北京：机械工业出版社，2008[5] 楼然苗, 李光飞编著, 单片机课程设计指导, 北京: 北京航空航天大学出版社, 2007[6] 控制、电子技术类杂志、报刊第二部分课程设计报告目录1．课题简介1.1 课程设计内容 (5)1.2课程设计要求 (5)2．方案设计2.1设计步骤 (5)2.2 控制系统总框图及系统工作原理 (6)3．硬件电路设计3.1 被控对象设计 (8)3.2硬件电路连接图 (9)4．控制算法设计 (10)5．软件编程设计5.1 流程图 (11)5.2 程序设计 (12)6．实验结果与分析 (14)7．心得体会 (14)1 课题简介（宋体4号加粗）1.1 课程设计内容设计以89C51单片机、ADC、DAC等电路和运放电路组成的被控对象构成的单闭环反馈控制系统。
1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路ADC0809和模出电路TLC7528；由运放构成的被控对象。
2. 控制算法：最少拍控制。
3. 软件设计：主程序、定时中断程序、A/D转换程序、滤波程序、D/A输出程序、最少拍控制程序等。
1.2课程设计要求1. 模入电路能接受双极性电压输入（-5V~+5V），模出电路能输出双极性电压（-5V~+5V）。
2. 被控对象s 10G=s s+（+1）（0.41）3. 设计无纹波最少拍控制器。
被控对象有积分环节的按斜坡输入信号设计控制器，否则按阶跃输入信号设计控制器。
4. 定时中断间隔可在10-50ms中选取，采样周期取采样中断间隔的整数倍，可取1000-2000ms，由实验结果确定。
5. 滤波方法可选择平均值法，中值法等。
2 方案设计2.1设计步骤先进行硬件设计，根据Gz改造被控对象进行最少拍控制算法计算读范例程序，画出流程图，进行修改调试实验结果2.2控制系统总框图及系统工作原理最小拍双通道采样的闭环系统框图如上所示，在该系统中对给定值r(t)进行D/A转换采样，得到离散化的r(z),并且对输出值c(t)也进行D/A转换，得到c(z)，然后计算有e(k）=c(k)-r(z)。
D(z)为计算机控制系统的脉冲传递函数，U(z)为输出的控制量，然后经过A/D转换后得到模拟控制量U(t)对包含零阶保持器的被控量进行控值进而达到要求的最小拍控制的目的。
误差E=R-C经运放运算得到，并由模数转换器采集。
最少拍控制算法由软件程序和单片机实现。
输出U 经数模转换器和零阶保持器转换成模拟信号送至被控对象。
被控对象由两只运放及阻容元件构成。
3 硬件电路设计3.1被控对象s 10G=s s+（+1）（0.41）由运放及阻容元件搭建，电路图如下：12V3.2硬件电路原理图4 控制算法设计4.1 11112.146(10.5785)()(1)(10.2865)z z G z z z ----+=-- 被控对象含有一个积分环节,采用单位速度输入信号,q=2 D=0,q=2,v=1,w=1,j=1 m=w+d=1 n=v-j+q=2110()Z[G ][.](1)(0.4s 1)Ts s e G z Z s s --==++110(1)[](1)(0.4s 1)Z Z s -=-++4.2 112()(10.5785)(1.49920.8657)z z zz φ---=++121()(1)(10.5)e z z z φ--=--11110.466(10.2865)(1.49920.8657)()(1)(10.5)z z D z z z ------=-+1212()0.5()0.5()0.466()0.6036(1)0.1156(2)U z z U z z U z E z z E z z E z ----=++--+-()0.5(1)0.5(2)0.466()0.6036(1)0.1156(2)u k u k u k e k e k e k =-+-+--+-5 软件编程设计5.1 流程图5.2程序#include <reg51.h>#include <absacc.h>#include <math.h>/*****************************************宏定义*****************************************/#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ADC_7 XBYTE[0x0600] //定义模数转换IO地址#define DAC_1 XBYTE[0x0640] //定义D/A第一路的IO地址/*****************************************全局变量定义*****************************************/sbit str = P1^7; //定义A/D启动信号sbit DIN0 = P1^0; //声明同步信号uint data time; //声明变量，用于定时uchar data t0_h,t0_l; //用于存储定时器0的初值char TK = 5; //声明采样周期变量,//采样周期＝TK*10ms char TC; //TK的变量float kp =1.8; //比例系数uint ti =80; //积分系数char td = 2; //微分系数char IBAND = 120; //积分分离值char EK; //当前采样的偏差值char EK_1; //上一次采样的偏差值char AEK; //偏差的变化量char UK; //当前时刻的D/A输出char AEK_1;char BEK;char CEK;float ZEK;/*****************************************主函数*****************************************/void main(void){TMOD = 0x01;time = 10; //定时10mst0_h = (65536 - 1000 * time) / 256; //计算定时器0初值t0_l = (65536 - 1000 * time) % 256;t0_l = t0_l + 70; //修正因初值重装而引起的定时误差TH0 = t0_h;TL0 = t0_l;IT1 = 1; //边沿触发中断EX1 = 1; //开外部中断1ET0 = 1; //开定时中断0TR0 = 1; //启动定时器TC = 1;DAC_1= 0x80; //D/A清零EK = EK_1 = 0; //变量清零AEK =BEK=AEK_1=CEK= UK = 0;ZEK = 0;str = 1;EA = 1; //开总中断while(1);}/**********************************************函数名：INT1功能：1号外部中断服务程序参数：无*返回值：无 ************************************************/void int1() interrupt 2 using 2{float P,D,I,TEMP,TEMP1;DIN0 = 1; //读取输入前，先输出高电平if(DIN0) //判同步信号到否{EK = EK_1 = 0; //变量清零UK = AEK = BEK=CEK=AEK_1=0;ZEK = 0;DAC_1 = 0x80; //D/A输出零TC=1;}else{TC--; //判采样周期到否if(TC == 0){EK = ADC_7 - 128; //采样当前的偏差值，并计算偏差的变化量AEK = EK - EK_1;BEK =(EK+EK_1)/2;CEK =AEK-AEK_1;EK_1= EK;AEK_1=AEK;if(abs(EK)> IBAND) I = 0; //判积分分离值else{ZEK=EK+ZEK;I= BEK * TK;I= I / ti;}P =AEK;D = CEK * td; //计算微分项D = D / TK;TEMP = (P + I + D) * kp; //计算比例项TEMP1=(EK_1 + ZEK*TK/ti+AEK_1*td/TK)*kp;TEMP=TEMP+TEMP1;if(TEMP > 0) //判控制量是否溢出，溢出赋极值{if(TEMP >= 127)UK = 127;elseUK = (char)TEMP;}else{if(TEMP <- 128)UK = -128;elseUK = (char)TEMP;}DAC_1 = UK + 128; //D/A输出控制量TC = TK; //采样周期变量恢复}}}/**********************************************函数名：Timer0功能：定时器0中断服务程序参数：无返回值：无***********************************************/void Timer0() interrupt 1 using 1{TH0 = t0_h; //重新装入初值TL0 = t0_l;str = 0;str = 1; //产生A/D启动信号}6 实验结果与分析6.1 示波器图形6.2结果分析经过对PID参数的调节，最终实现的波形较好的实现了控制的要求，使得阶跃超调小于10%，而且相应时间较快，控制算法及程序是可靠的。