最少拍无纹波控制器的设计
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Φ(z)选择式形式上相同，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(1-z-1)因子的阶次；b1,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=1的极点不计在内)。
待定系数c0,c1,…,cq+v-1，由下列方程确定(2)(2) 设计举例〖例1〗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(1+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=10s-1，T=Tm=0.025s,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=1,v=0(z=1的极点除外),m=1,q=2。
与又纹波系统相同，统计v时，z=1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。
图1 输出序列波形图有纹波系统调整时间为2T，无纹波系统调整时间为3T，无纹波系统调整时间增加了1T；有纹波系统输出经2T后在采样点间有纹波，因经2T后控制器输出u(t)仍有脉动，而无纹波系统经3T后，u(t)为恒值，系统输出在采样点间不存在纹波。
072无波纹最少拍控制设计
−m
(1 − bi z −1 )(φ0 + φ1 z −1 + L + φq + v − 2 z − ( q + v − 2) ) ∏
i =1
u
阶次相同， 使Φ(z) Φe(z) 阶次相同，待定系数与阶次匹配
jsjkz15
Φ e ( z ) = 1 − Φ ( z ) = (1 − z ) F3 ( z )
z −1 1 2 −1 2 −1 • = z − + 0.75 z − (1 − z ) (1 + 0.75 z ) (1 − z −1 ) 2
10
粉红：输出y(kT) 粉红：输出y kT)
e(0) = 0 , e(T ) = 1, e( 2T ) = 0.75 , e(3T ) = L = 0
演示： 演示： liti7_2b1xz. mdl
q0 A( z −1 ) D( z ) = 1 − q0 B ( z −1 )
q0 A( z −1 ) U ( z ) = Q ( z ) R( z ) = 1 − z −1 −1 C ( z ) = Φ ( z ) R( z ) = q0 B ( z ) 1 − z −1
j值：(理解) 规定控制量初值： 理解) 规定控制量初值 (1)q (1) 0＝u(0)的试选值 的试选值
u (0) = 0 , u (T ) = 2.5 , u (2T ) = −1.5 , u (3T ) = L = 0 (7)输出 C ( z ) = Φ ( z ) R( z ) = 输出: 输出
z −1 (1 + z −1 )(1.25 − 0.75 z −1 ) ⋅ z −1 = = 1.25 z − 2 + 3 z − 3 + 4 z −4 + L (1 − z −1 ) 2
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, , 零阶保持器传递函数, 采样周期。
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
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、控制信号以与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：
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、控制信号以与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。
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。
最少拍无纹波控制器的设计
最少拍无纹波控制器的设计无纹波控制器是一种重要的电子设备，用于减小和控制电源输出的纹波电压。
在电源供电过程中，由于电源的不稳定性或其他原因，输出电压可能会产生波动，这会对连接的电子设备产生负面影响。
无纹波控制器的设计可以减小这种波动，保证电源输出的稳定性和可靠性。
本文将详细介绍无纹波控制器的设计步骤和关键要点。
无纹波控制器的设计步骤如下：1.确定设计需求：首先要明确设计的目标和要求，包括输出电压的稳定性要求、纹波电压的上限、设计成本和可靠性等。
这些需求将指导后续的设计工作。
2.选择滤波电路：滤波电路是减小纹波电压的关键。
常用的滤波电路有电容滤波和电感滤波。
根据设计需求选择合适的滤波电路，并进行电路参数计算。
3.选择功率开关元件：无纹波控制器需要使用功率开关元件来控制电源的输出。
根据设计需求选择合适的功率开关元件，包括晶体管、开关二极管等。
根据所选元件的特性和参数计算其电路参数。
4.设计反馈控制回路：反馈控制回路是无纹波控制器的核心。
通过测量电源输出电压并与设定值进行比较，控制功率开关元件的开关和关断，从而调整电源输出的纹波电压。
在设计反馈控制回路时，需要选择合适的反馈电路和控制算法，并进行电路参数计算。
5.进行电路仿真和优化：使用电路仿真软件对设计的无纹波控制器进行验证和优化。
通过仿真可以评估电路的性能和稳定性，并进行必要的优化。
6.进行电路实现和测试：在完成电路设计和优化后，可以进行电路的实现和测试。
根据设计需求和实际制造条件选择合适的元件和制造工艺，制作无纹波控制器原型，并进行性能测试。
7.进一步优化和改进：根据测试结果和实际应用情况，对无纹波控制器进行进一步的优化和改进。
通过调整电路参数、选择更合适的元件或改进控制算法等方式提高无纹波控制器的性能和可靠性。
在无纹波控制器的设计过程中1.功率开关元件的选择和电流承载能力：功率开关元件需要能够承受供电系统的电流负载，并具有较低的开关损耗和导通压降。
最少拍无纹波计算机控制系统设计说明书
指导教师评定成绩：计算机控制技术课程设计报告设计题目：最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：2011年12月11日最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真摘要最少拍系统设计是以采样点上误差为零或保持恒定为基础.采用Z变换方法进行设计并保证采样点之间的误差也为零或保持恒定值.因此在采样点之间可能存在波纹.即在采样点之间有误差存在.这就是有波纹设计。
而无波纹设计是指在典型输入信号的作用下.经过有限拍系统达到稳定.并且在采样点之间没有波纹.输入误差为零。
即要求采样点之间产生的波纹不能反映在采样点信号上.也就是对采样点之间的信号.不能形成闭环控制。
要得到无波纹系统设计.其闭环Z传递函数)(zΦ必须包含被控制对象G（z）的所有零点。
设计的控制器D(Z)中消除了引起纹波振荡的所有极点.采样点之间的波纹也就消除了。
系统的闭环Z传递函数)Φ中的1-Z的幂次增高.系统的调整时间t s就(z增长。
本文以实例来介绍最少拍无波纹控制的实现方法。
关键词：最少拍无波纹控制系统一、设计目的1．学习并掌握有纹波最少拍控制器的设计和MATLAB实现方法；2.研究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3．学习并掌握最少拍无纹波控制器的设计和MATLAB实现方法；4．研究输出采样点间的纹波消除方法以及最少拍无纹波控制系统对三种典型输入的适应性二、设计分析（１）准确性要求。
系统对某种典型输入, 在采样点上无稳态误差,对特定的参考输入信号在到达稳态后系统输出在采样点的值准确跟踪输入信号即采样点上的输出不存在稳态误差。
（２）快速性要求。
闭环系统过渡过程最短, 即最少采样点数内使采样点上稳态误差趋于零.即在各种使系统在有限拍内到达稳态的没计中系统准确跟踪输入量所需的采样周期数应为最少。
（３）稳定性要求。
系统输出在采样点上不发散、不振荡, 且采样点之间也不能发散, 当广义对象G( Z) 含单位圆上或圆外零点或极点时, 前面两步设计出的 （z） , 不能保证稳定性要求.数字控制器必须在物理上可实现且应该是稳定的闭环系统。
最少拍无纹波计算机控制系统设计
指导教师评定成绩：计算机控制技术课程设计报告设计题目：最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：2011年12月11日最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真摘要最少拍系统设计是以采样点上误差为零或保持恒定为基础，采用Z变换方法进行设计并保证采样点之间的误差也为零或保持恒定值，因此在采样点之间可能存在波纹，即在采样点之间有误差存在，这就是有波纹设计。
而无波纹设计是指在典型输入信号的作用下，经过有限拍系统达到稳定，并且在采样点之间没有波纹，输入误差为零。
即要求采样点之间产生的波纹不能反映在采样点信号上，也就是对采样点之间的信号，不能形成闭环控制。
要得到无波纹系统设计，其闭环Z传递函数)Φ必须包含被控制对象G（z）的所(z有零点。
设计的控制器D(Z)中消除了引起纹波振荡的所有极点，采样点之间的波纹也就消除了。
系统的闭环Z传递函数)Φ中的1-Z的幂次增高，系统的(z调整时间t就增长。
本文以实例来介绍最少拍无波纹控制的实现方法。
s关键词：最少拍无波纹控制系统一、设计目的1．学习并掌握有纹波最少拍控制器的设计和MATLAB实现方法；2.研究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3．学习并掌握最少拍无纹波控制器的设计和MATLAB实现方法；4．研究输出采样点间的纹波消除方法以及最少拍无纹波控制系统对三种典型输入的适应性二、设计分析（１）准确性要求。
系统对某种典型输入, 在采样点上无稳态误差,对特定的参考输入信号在到达稳态后系统输出在采样点的值准确跟踪输入信号即采样点上的输出不存在稳态误差。
（２）快速性要求。
闭环系统过渡过程最短, 即最少采样点数内使采样点上稳态误差趋于零.即在各种使系统在有限拍内到达稳态的没计中系统准确跟踪输入量所需的采样周期数应为最少。
（３）稳定性要求。
系统输出在采样点上不发散、不振荡, 且采样点之间也不能发散, 当广义对象G( Z) 含单位圆上或圆外零点或极点时, 前面两步设计出的Φ（z ） , 不能保证稳定性要求.数字控制器必须在物理上可实现且应该是稳定的闭环系统。
毕业论文设计最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真实现(一)
毕业论文设计最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真实现(一)毕业论文设计最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真实现随着科技的发展，无纹波电机技术逐渐成熟，越来越多的企业开始采用无纹波电机技术，然而对于无纹波电机的控制理论还未得到足够的深入研究。
因此，如何进行无纹波电机的控制和优化设计成为了现代工程技术领域亟需探索的问题。
本文以计算机控制为理论基础，设计一个最少拍无纹波电机控制系统，并通过仿真实现。
一、无纹波电机的基本知识无纹波电机是一种新型的高效电机，相较于传统的感应电机和永磁同步电机，在高速和高精度方面有着绝对优势。
在不牺牲效率的前提下，无纹波电机可以在稳态工作下大幅减小震动和噪音，使其在自动化工业和机器械领域中有广泛的应用前景。
二、控制模型的建立基于电机动态特性模型，本文建立了无纹波电机控制系统模型，采用数学公式和模型变量来描述电机的工作特性，从调速系统和起动系统两个方面入手，探索了控制机理。
三、控制器的设计针对建立的无纹波电机控制模型，本文设计了基于计算机控制的无纹波电机控制器。
控制器的设计主要涉及到驱动电路、采集电路、测量电路、保护电路等多个方面，其中，控制器的精度、控制周期和响应时间等是系统性能的主要指标，装置的设计需要满足以上要求。
四、仿真实验的实现本文基于电机控制器的控制模型，利用matlab软件进行多组仿真实验，并得到了运行数据，进一步证明了本文无纹波电机控制系统设计的稳定性和有效性。
结论本文基于计算机控制理论与技术，针对无纹波电机的特性和控制要求，设计了一种最少拍无纹波电机控制系统，并通过仿真实验验证了其运行性能。
在实际应用中，这个系统将大幅减小系统运行过程中的噪音和震动，进一步提升无纹波电机的性能和应用前景。
(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。
最少拍无纹波系统的设计
H 0(s)
1 e s
Ts
,
Gc (s)
kv s (1 T m s )
v(nT)
nT
问题归结为：设计一个系统在典型输入作用下，u(nT)经过有限个周期以后，达到 相对稳定。
● 设计原理 系统的闭环脉冲传递函数为：
(z)
要使u(nT)稳定，就要使
C (z) R(z)
2z
1
1 1 1 2 1 1 1
Tz
(1 z
z ( 1 0 . 718 z
2
1
1
)( 1 . 407 0 . 826 z 0 . 10 z
4
1
)
(1 z
)( 1 0 . 368 z
) )
)
3 . 68 z ( 1 0 . 718 z
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1
0 . 38 z
(1 e K (1 e
T / T1 T / T
N 1
1 e 1 e
1
T / T1
T / T1
z
1
D(z)
)1 e
)( 1 e z
1
T / T1
z
) )z
N 1
T / T
(1 e
T / T
►
被控对象为带有纯滞后的二阶惯性环节
3 . 68 z (1 z ( 1 0 . 718 z
1 1
G (z)
) )
1
)( 1 0 . 368 z
T=1秒，在单位速度输入下，设计最少拍无纹波控制器D(z)。
解：
(z) 1 e(z) z
最少拍及无波纹最少拍系统设计原则+实例
一、在最少拍设计时,()z Φ及()e z Φ的选取应遵循下述原则:1)()e z Φ的分子中必须包含1(1)m z --因式(保证系统稳态误差为零)。
注意:1()(()1)m e Φz z F z -=-,式中:()F z 为不含1(1)z --因子的待定的1z -的有限项多项式。
一般取12()1...F z az bz --=+++为有限项多项式。
2)以1z -为变量的()z Φ展开式的项数应尽量少(保证瞬态过程在有限拍内结束,保证随动系统为最少拍系统)。
3)()c G z 应就是物理可实现的有理多项式,其零点数不能大于极点数(即()z Φ的分母与分子阶次之差应大于、等于()G z 的分母与分子的阶次之差)。
一般已知的()G z 这条都满足。
4)()e z Φ的零点必须包含()G z 中位于单位圆上及单位圆外的极点(保证闭环系统稳定)。
5)()z Φ的零点必须包含()G z 中位于单位圆上及单位圆外的零点(保证控制器稳定)。
6)()z Φ中必须包含()G z 中的纯延迟环节(保证控制器就是物理可实现的)。
注意:前3条一定需要,后三条不一定需要。
二.最少拍系统设计实例情况1:假定()G z 无延迟,且不含不稳定零点与不稳定极点(即不含单位圆上与单位圆外的零极点(1,1i i p z ==除外)),且()G z 的分母多项式最多比分子多项式高一次。
在上述条件下构造()Φz 与时,只需考虑设计原则中的前三条即可,故取1()(1)()m e Φz z F z -=-,()1F z =。
下面就再这样的假设条件下,讨论最少拍系统在不同典型输入作用下,数字控制器脉冲传递函数()c G z 的确定方法。
比如:单位阶跃输入:————————————最少拍设计开始--------——————————— 当()1()r t t =时,有[]11()1()1R z Z t z-==-,则取()1F z = 111()(1)()1()1()m e e z z F z z z z z---Φ=-=-Φ=-Φ= 所以,数字控制器脉冲传递函数为:11()()()()(1)()c e z z G z G z z z G z --Φ==Φ- ————————————最少拍设计到此结束————————— 注意:几拍？瞧误差脉冲序列与输出脉冲序列的Z 变换。
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。
计算机控制技术最少拍控制器设计报告
0.3830(1−0.3679������ −1 )(1−0.5859������ −1 )
六、MATLAB 仿真 1、最少拍无静差控制器仿真框图
而按最少拍有波纹控制系统设计出来的闭环系统，经过 3 拍后， 其输出跟踪输入，输出为一恒定值，不会产生波纹。 最少拍无静差控制器根据确定的输入进行设计的，具有较大局限 性 。相对于最少拍无纹波控制器来说，最少拍有纹波控制器能使系 统输出达到稳态是的拍数最少， 但不能保证任意两个采样点之间的稳 态误差为零。 最少拍无纹波控制器在采样点上和采样点间的输出均不 存在稳态误差，但是其缺点是响应速度相对较慢。3;0.718������ −1 )
(1−������ −1 )(1−0.3679������ −1 )
最少拍无静差数字控制器为：
D(z)= =
1
������（������）
������（������） 1−������（������） ������（������）(1−������ −1 )������ (1+0.718������ −1 )(1−������ −1 )
二、系统结构
三、最少拍无静差控制器设计步骤
广义对象为： G(z)=Z[������ℎ (������)������0 (������)]=Z[ =(1-������ −1 )Z[
10
������ −1 (1−������ −1 )2
1−������ −������������ ������
������0 (������)]=(1-������ −1 )Z[
计算机控制技术最少拍无波纹控制器的设计与仿真
指导教师评定成绩：计算机控制技术课程设计报告设计题目：最少拍无波纹控制器的设计与仿真学生姓名：专业：班级：指导教师：一：课程设计题目：最少拍无波纹控制器的设计二：设计内容摘要在单位阶跃、单位速度典型输入下对最少拍无波纹控制进行研究。
Matlab仿真结果表明，最少拍无波纹能较快的跟随输入，经过有限拍系统达到稳态，并且在采样点之间没有纹波，输入误差为零。
表明最小拍无波纹控制能实现较高的控制品质。
关键词：最少拍无波纹Matlab仿真设计准备：要得到最少拍无纹波系统设计，其闭环z传递函数Φ(z)必须包含被控对象G(z)的所有零点。
设计的控制器D(z)中消除了引起纹波振荡的所有极点，采样点之间的纹波也就消除了。
已知对象传递函数)11.0(10)(0s s s G ，采样周期T=0.1s ，零阶保持器se s G Tsh1)(系统控制原理框图如下：系统广义对象的脉冲传递函数为因G (z )有z -1因子，零点z =-0.707，极点p 1=1，p 2=0.368。
闭环脉冲传递函数Φ(z )应选为包含z -1因子和G (z )的全部零点，所以 Φ(z )=1-Φe(z )=az -1(1+0.717z -1)Φe(z)应由输入形式、G (z )的不稳定极点和Φ(z )的阶次三者来决定。
所以选择Φe(z )=(1-z -1)(1+bz -1)式中(1-z -1)项是由输入型式决定的，(1+bz -1)项则应由Φe(z )与Φ(z )的相同阶次决定。
因Φe(z)=1-Φ(z )，将上述所得Φe(z )与Φ(z )值代D (s )B (s )ΦG h (s )G o (s )－＋G (s )C (s )E (z )U (z )E (s )G (z )R (z )R (s )C (z )11111100.368(10.717)()(0.11)(1)(10.368)Ts e z z G z Z s s s z z -----⎡⎤-+==⎢⎥+--⎣⎦入后，可得(1-z -1)(1+bz -1)=1-az -1(1+0.717z -1)所以，解得a =0.5824，b =0.4176。
最少拍无纹波控制器的设计
目录序言： .........................................................................................................错误 !不决义书签。
1课题简介 .................................................................................................错误 !不决义书签。
课程设计目的 ...............................................................................................................错误 !不决义书签。
课程设计内容 ...............................................................................................................错误 !不决义书签。
2最小拍无纹波系统控制算法设计 .........................................................错误 !不决义书签。
设计原理 .......................................................................................................................错误 !不决义书签。
算法实现 .......................................................................................................................错误 !不决义书签。
计算机实时控制系统的设计2(最少拍)
在单位加速度作用下
T 2 1 T 2 1 T 2 2 E(z) ( z z 2 ) 0 z 0 z z 0 z 3 0 z 4 2 2 2
e ( z ) (1 z 1 )3
( z) 1 e ( z) 3z 1 3z 2 z 3
计算机控制
·
4．2 最少拍控制
本节主要内容
1．闭环脉冲传递函数的结构设计 2．最少拍有纹波控制器的设计 3．最少拍无纹波控制器的设计
4．最少拍系统的改进措施
• 计算机控制系统设计就是根据系统的稳态和动 态性能指标，在已知被控制对象的前提下，确定控制 器的数学模型。 • 连续化设计方法的主要缺点是采样周期的值不 能取得过大，否则，会使系统性能变差。 • 而直接数字化设计方法就克服了这个缺点。
2 1
1
e ( z) (1 z 1 )M F ( z) 误差传递函数的结构为 取 M p ，则一定能保证
1 1 M F ( z ) A( z ) e lim z 1)e ( z ) R( z ) lim(1 z )(1 z ) ( 0 1 p z 1 z 1 (1 z )
1 M
即要求： M p 且 F ( z ) a0 1 则有： E ( z ) A( z )
在最短时间内 E ( z ) 0
D(z ) 的物理可实现性
• 最少拍系统设计的可实现性是指将来时 刻的误差值，它是还未得到的值，不能用来 计算现在时刻的控制量。也就是说，控制器 当前的输出信号只能与当前时刻的输入信号、 以前的输入信号和输出信号有关，而与将来 的输入信号无关，即要求数字控制器的z传递 函数D(z)，不能有z的正幂项zr(即不能含有超 前环节)。
最少拍无纹波控制器的设计
目录前言： (1)1 课题简介 (2)1.1课程设计目的 (2)1.2课程设计内容 (2)2 最小拍无纹波系统控制算法设计 (3)2.1设计原理 (3)2.2算法实现 (4)3 最小拍无纹波控制软件编程设计 (5)3.1运用simulink进行仿真 (5)3.2Matlab程序仿真 (8)4 结果分析 (9)5最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题 (9)6设计总结 (10)参考文献 (11)最少拍无纹波控制器的设计3摘要：本实验介绍了对一阶惯性环节控制对象,采用最少拍无纹波控制算法设计的一种数字控制器，《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。
关键词：最少拍无纹波控制；控制；计算机控制；；前言：本实验通过对最少拍无纹波控制器的设计及仿真了解和掌握了最少拍无纹波设计及有纹波设计。
首先，通过学习和搜集相关书籍资料了解和掌握了最少拍控制器的设计原理，从而分别根据单位阶跃信号输入和单位速度信号输入情况，设计了不同的最少拍无纹波控制器，并采用Simulink进行了仿真，同时又通过matlab程序验证了仿真结果的正确性。
其次，我们以单位速度信号输入为例，比较了有纹波和无纹波控制器的区别，最终得出结论：最少拍无纹波调整时间较长，但精度较高；最后，我们通过选择不同的输入信号对同一个最少拍无纹波控制器进行仿真，研究了最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题，最终发现根据某一种输入信号情况设计的无纹波控制器可适用于较低阶的输入信号情况，但不适用于更高阶的输入信号情况。
实验四最小拍控制器设计
实验报告课程名称 成 绩 实验项目 最小拍控制器投计 指导教师 学生姓名 学号 班级专业 实验地点 实验日期 年 月 日一、实验目的：1、了解和掌握有纹波和无纹波最小拍控制器的原理和设计方法。
2、利用Matlab 仿真，观察系统的输入输出曲线。
二、实验内容系统如图所示，一、当s T s s s G 1,)1(10)(=+=时 A 、阶跃输入信号作用下，有纹波最小拍控制器、无纹波最小拍控制器设计；最小拍有纹波控制器设计:11111211)()1(12211111111)2(11.01.0)](1)[()()()()()(;)(,;);1(;1)1()1)(1(][)()1)(1(])2(1[10]1)([)(G -------+-++-+-----------+-=Φ-Φ=ΦΦ==Φ==+⋅⋅⋅++⋅+⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅++=Φ---+=-⋅=z e z e z z G z z z G z z D z z z m z z z z z f z f z f z f z f z z e z z e z e s e s G Z z e Lq p m p m m m m m sT 制器设计故相当于简单最小拍控无纯滞后环节除外无单位圆外的零极点阶跃输入βββ最小拍无纹波控制器设计: 11111111)2()1(1.01.0)](1)[()()()()()(;1])2(1[)(,11,1)1(];)2(1[)(,)(G )(-------+--=Φ-Φ=ΦΦ=--+=Φ-==Φ-+=ΦΦz e e z e z z G z z z G z z D e z e z z e f z e z f z z z e 则又则中的所有零点包含B 、使A 中采样点间增加4个点进行显示，观察有纹波、无纹波控制器的区别； 在采样点间增加4个点相当于T=0.2s;最小拍有纹波控制器设计:12.02.012.0111211)()1(1221112.0122.012.0)1210()810(1)](1)[()()()()()(;)(,;);1(;1)1()1)(1(][)()1)(1()1210()810(]1)([)(G ----------+-++-+------------+--=Φ-Φ=ΦΦ==Φ==+⋅⋅⋅++⋅+⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅++=Φ---+-=-⋅=z e e z e z z G z z z G z z D z z z m z z z z z f z f z f z f z f z z e z z e z e s e s G Z z e Lq p m p m m m m m sT 制器设计故相当于简单最小拍控无纯滞后环节除外无单位圆外的零极点阶跃输入βββ最小拍无纹波控制器设计: 12.02.012.02.022.012.02.02.0112.02.011)1210(221)](1)[()()()()()(;1)65()45()(,145,1)1();45651()(,)(G )(-----------------+--=Φ-Φ=ΦΦ=--+-=Φ--==Φ--+=ΦΦz e e z e z z G z z z G z z D e z e z e z e e f z e e z f z z z e 则又则中的所有零点包含 二、当s T ss G 1,1)(==时 A 、阶跃输入信号作用下，无纹波最小拍控制器设计D 1(z)；最小拍无纹波控制器设计:1)](1)[()()()()()(;)(,1,1)1(;)(,)(G )(;);1(;1)1()1)(1(][)(1]1)([)(G 1111111211)()1(1221111=Φ-Φ=ΦΦ==Φ==Φ=ΦΦ==+⋅⋅⋅++⋅+⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅++=Φ-=-⋅=------+-++-+------z z G z z z G z z D z z f z f z z z z m z z z z z f z f z f z f z f z z z s e s G Z z e Lq p m p m m m m m sT 则又则中的所有零点包含无纯滞后环节除外无单位圆外的零极点阶跃输入βββB 、斜坡输入信号作用下，无纹波最小拍控制器设计D 2(z)；最小拍无纹波控制器设计:11221211221111211)()1(122111112)](1)[()()()()()(;2)(,1,20)(,1)1(;)(,)(G )(;);1(;2)1()1)(1(][)(1]1)([)(G ----=------+-++-+--------=Φ-Φ=ΦΦ=-=Φ-===Φ=Φ+=ΦΦ==+⋅⋅⋅++⋅+⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅++=Φ-=-⋅=z z z z G z z z G z z D z z z f f dz z d z f z f z z z z m z z z z z f z f z f z f z f z z z s e s G Z z e z Lq p m p m m m m m sT 则又则中的所有零点包含无纯滞后环节除外无单位圆外的零极点斜坡输入βββ三、实验步骤及结果一、Amatlab 代码：% 有纹波T=1;gz=c2d(tf(10,[1 1 0]),T)dz=tf([0.1*exp(1) -0.1],[1 exp(1)-2],T)sys=feedback(gz*dz,1)step(sys)% 无纹波T=1;gz=c2d(tf(10,[1 1 0]),T);dz=tf([0.1*exp(1) -0.1],[exp(1)-1 exp(1)-2],T)sys=feedback(gz*dz,1)step(sys)Bmatlab 代码：% 有纹波T=0.2;gz=c2d(tf(10,[1 1 0]),T)dz=tf([1 -exp(-0.2)],[10*exp(-0.2)-8 10-12*exp(-0.2)],T)sys=feedback(gz*dz,1)step(sys)% 无纹波T=0.2;gz=c2d(tf(10,[1 1 0]),T);dz=tf([1 -exp(-0.2)],[2-2*exp(-0.2) 10-12*exp(-0.2)],T) sys=feedback(gz*dz,1)step(sys)二、Amatlab代码：% 无纹波T=1;gz=c2d(tf(1,[1 0]),T)dz=tf(1,1,T)sys=feedback(gz*dz,1)step(sys)二、Bmatlab代码：% 无纹波T=1;gz=c2d(tf(1,[1 0]),T)dz=tf([2 -1],[1 -1],T)sys=feedback(gz*dz,1)step(sys)四、实验结果分析：五、实验心得与体会：欢迎您的下载，资料仅供参考！致力为企业和个人提供合同协议，策划案计划书，学习资料等等打造全网一站式需求。
最少拍无纹波控制器的设计
目录0.前言 (1)1.题目分析 (1)2.最少拍无纹波控制原理 (2)3.最少拍无纹波控制器设计步骤 (3)4.用MATLAB软件仿真 (4)4.1单位阶跃输入信号 (4)4.2单位速度输入信号 (5)4.3单位加速度输入信号 (6)参考文献 (6)附录 (7)课设体会 (8)最少拍无纹波控制器的设计1任甜甜沈阳航空航天大学北方科技学院摘要:本次课程的目的是学习并熟悉使用计算机软件matlab去建模、分析、设计和仿真最少拍无纹波控制器。
最少拍控制器的设计应首先根据零阶保持器将传递函数离散化，解出待定系数，然后求出相应的闭环脉冲传递函数和数字控制器。
得出的闭环脉冲传递函数在后续工作中还需要进行多次调整，从而获得最佳表达形式。
最后分别使用程序仿真方法和simulink去分析系统在速度和加速度两种输入信号下的动态性能和稳定性能。
关键词：离散化；数字控制器；程序仿真前言最少拍设计，是指系统在典型输入信号的作用下，经过最少拍使系统输出的系统误差为零。
最少拍控制器是基于准确的被控对象而建立的一种控制算法，设计一个数字控制器，使系统到达稳定所需要的采样周期最少，而且在采样点的输出值能准确地跟踪输入信号，不存在静差。
应用数字控制器设计的随动系统的快速性一般以系统需要多少个采样周期数来表征。
通常称一个采样周期为一拍，那么在越少的拍数内，系统的输出能跟上给定值，则系统的快速性越好。
最少拍控制就是为满足这一要求的一种离散化设计方法。
1.题目分析根据题目要求，设计无波纹最小拍控制器。
采用零阶保持器的单位反馈离散系统，被控对象要求系统在单位阶跃输入时，实现无波纹最小拍控制，用离散设计法设计数字控制器。
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，透切理解最少拍、最少拍有纹波数字控制器、最少拍无纹波数字控制器的概念，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 平台对最少派控制器进行系统仿真。
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目录0、前言 01、题目分析 02、最少拍无纹波控制原理 (1)3、最少拍无纹波控制器设计步骤 (2)4、用MATLAB软件仿真 (3)4、1单位阶跃输入信号 (3)4、2单位速度输入信号 (4)4、3单位加速度输入信号 (5)参考文献 (5)附录 (6)课设体会 (7)最少拍无纹波控制器的设计1任甜甜沈阳航空航天大学北方科技学院摘要:本次课程的目的就是学习并熟悉使用计算机软件matlab去建模、分析、设计与仿真最少拍无纹波控制器。
最少拍控制器的设计应首先根据零阶保持器将传递函数离散化,解出待定系数,然后求出相应的闭环脉冲传递函数与数字控制器。
得出的闭环脉冲传递函数在后续工作中还需要进行多次调整,从而获得最佳表达形式。
最后分别使用程序仿真方法与simulink去分析系统在速度与加速度两种输入信号下的动态性能与稳定性能。
关键词:离散化;数字控制器;程序仿真前言最少拍设计,就是指系统在典型输入信号的作用下,经过最少拍使系统输出的系统误差为零。
最少拍控制器就是基于准确的被控对象而建立的一种控制算法,设计一个数字控制器,使系统到达稳定所需要的采样周期最少,而且在采样点的输出值能准确地跟踪输入信号,不存在静差。
应用数字控制器设计的随动系统的快速性一般以系统需要多少个采样周期数来表征。
通常称一个采样周期为一拍,那么在越少的拍数内,系统的输出能跟上给定值,则系统的快速性越好。
最少拍控制就就是为满足这一要求的一种离散化设计方法。
1、题目分析根据题目要求,设计无波纹最小拍控制器。
采用零阶保持器的单位反馈离散系统,被控对象要求系统在单位阶跃输入时,实现无波纹最小拍控制,用离散设计法设计数字控制器。
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,透切理解最少拍、最少拍有纹波数字控制器、最少拍无纹波数字控制器的概念,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平台对最少派控制器进行系统仿真。
实验设备及仪器:装有matlab 软件的PC 微机一台。
2、最少拍无纹波控制原理其中,被控对象的传递函数为:2345213111)5)(2(10)(s s s s s s s G +++++=(1)针对单位阶跃信号设计最少拍无纹波控制器)(z D ,并用计算机进行仿真。
最少拍控制就是一种直接数字设计方法。
所谓最少拍控制,就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)( (2)在这里,N 就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1 最少拍系统控制原理图图1所示计算机控制系统框图中:G (s ) —— 被控对象的连续传递函数 D (z ) —— 数字控制器的Z 传递函数 H (s) —— 零阶保持器的传递函数 T —— 采样周期3.最少拍无纹波控制器设计步骤已知公式(1)G(s),可根据控制系统的性能指标要求构造Ф(z),则根据()z G = Z [])()(S G S H •=Z ⎥⎦⎤⎢⎣⎡•--)(1s G s e Ts =(1-z 1-)Z⎥⎦⎤⎢⎣⎡s s G )( (3)带零阶保持器的广义被控对象为()G s 通过matlab,进行z 变换,即当采样周期为0、1时,得出广义对象的脉冲传递函数为:()z G = 3329.0153.245.5772.6142.40006174.00009736.0005884.0003367.0001517.02345234-+-+-++-+z z z z z z z z z (4)想要求()z e Φ与()z Φ,必须把()z G 函数变换成零极点相乘的形式,即:()z G =)4966.01)(7408.01)(9048.01()1()2408.01)(6065.01)(8187.01)(403.31(001517.01112111111-------------+--+z z z z z z z z z (5)由()z G 零极点图分析:d =1,w =4,v =2,j =2,因为就是单位阶跃响应,可知q =1,因为j >q ,可以得出m =w +d =5,n =v =2。
要使稳态误差e(∞)=0,必须有:()z e Φ=)()1(1(1111z F z z a qj v i i --=--⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∏ (6) ()z Φ=()z F z b z w i i d211)1(⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∏=-- (7)其中:m n z f z f z f z F ---++++=12121111...1)( (8) ()n n z f z f z f z F ---++=22221212......由)(1)(z z e Φ-=Φ得)(1)(z z e Φ-=Φ (9) 令对应项系数相等,通过matlab 软件中solve 函数求得:111=f ,5657.112-=f ,2580.713-=f ,6897.214=f ,0440.115=f ,5657.221=f ,022=f 所以由上面系统闭环脉冲传递函数为()z Φ=)()(z R z C =654320440.16457.19476.96923.55657.2-----++-+z z z z z (10) 系统误差脉冲传递函数为:()z e Φ=1-()z Φ= 654320440.16457.19476.95623.55657.21-------+--z z z z z (11) 数字控制器脉冲传递函数为:()z D =7654210123765432101230006174.00002745002426.004106.01713.01391.00567.0003254.000578.0001517.0003949.003882.01618.03642.04506.02181.01826.03753.02691.009501.001377.0-------------+--++-+---+-+--+-+-z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z(12)4、用MATLAB 软件仿真将()z G 与()z D 相应的函数式填入matlab 原理框图中仿真过程的位置,如图2所示。
仿真被控过程的响应曲线见图3。
4、1单位阶跃输入信号根据稳定性要求,G (z )中z=1的极点应包含在Φe (z )的零点中,系统针对阶跃输入进行设计,q=1,显然准确性条件中已满足了稳定性要求。
按照系统原理图,在simulink 下构造系统结构图模型,取输入信号为单位阶跃信号,如图2、图3所示。
图2 单位阶跃信号输入时的系统仿真图图3 单位阶跃信号输入时的系统仿真图4、2单位速度输入信号(z)的零点中,系统针对阶跃输入进行根据稳定性要求,G(z)中z=1的极点应包含在Φe设计,q=2,显然准确性条件中已满足了稳定性要求。
按照系统原理图,在simulink下构造系统结构图模型,取输入信号为单位速度信号,如图4、图5所示。
图4 单位速度信号输入时的系统仿真图图5 单位速度信号输入时的系统仿真图4、3单位加速度输入信号(z)的零点中,系统针对阶跃输入进行根据稳定性要求,G(z)中z=1的极点应包含在Φe设计,q=2,显然准确性条件中不满足稳定性要求,无法进行设计。
参考文献[1] 王划一、自动控制原理、北京:国防工业出版社,2007[2] 于海生,丁军航,潘松峰,吴贺荣、微型计算机控制技术、北京:清华大学出版社,2011附录源程序的M 文件:num=[0 0 0 10 70 100]; %多项式()s G 的分子 den=[1 11 31 21 0 0]; %多项式()s G 的分母 Gs=tf(num,den);Gz=c2d(Gs,0、1,'zoh'); %将传递函数()s G 离散化为()z Gzsys=zpk(Gz); %将脉冲传递函数()z G 转化为零极点分布形式 num1=[0 0 2、5657 5、6923 -9、9476 1、6457 1、0440]; %系统闭环脉冲传递函数()z Φ den1=[1 0 -2、5657 -5、6923 9、9476 -1、6457 -1、0440]; %系统误差传递函数()z e Φ Us=tf(num1,den1);Uz=c2d(Us,0、1,'zoh');Tz=1/Gz*Uz; %数字控制器()z D[a,b,c,d,f]=solve('a-1=-f','b-a=-2、2186*f','c-b=3、87715981*f','d-c=-0、6414287914*f','d=0、4068871994*f') %a,b,c,d,f 分别代表12f ,13f ,14f ,15f ,21f课设体会为期三周的课设马上就要结束了,在这三周的课程设计时间里,有痛苦,也有欢乐,当分到题目时,心中一阵窃喜,因为之前做过的实验与这个题目有一点类似。
但就是,需要自己查找的资料还有很多,很多函数自己不知道,要求用的c2d函数与solve函数之前都没有接触过,所以需要自己查阅。
在做这个题目的时候,首先需要求的就是广义脉冲传递函数,很幸运找到求解它的代码。
但就是在算接下来的数字控制器时,遇到了麻烦。
开始自己第一次算的时候没有找到零极点分布的形式,所以很难瞧出零极点,也就没有办法求解闭环脉冲传递函数与闭环误差传递函数。
在求助于老师之后,经过老师的耐心讲解,结合老师上课时所讲的内容,进而很顺利地求出数字控制器的函数。
在接下来的步骤中,问题解决地就游刃有余了。
这次课设,使我对matlab软件更加了解,可以做很多与我们日常生活中有关联的东西,进行设计、仿真、出现结果。
同时也就是对我们课上学习内容的深化与对查阅与课程相关内容的能力的大大提高。
总之,受益匪浅。
[0、01377 -0、09501 0、2691 0、3753 0、1826 -0、2181 -0、4506 0、3642 0、1618 0、03882 -0、003949][0、001517 -0、00578 -0、003254 0、0567 -0、1391 0、1713 0、04106 -0、002426 -0、002745 0、0006174][2014年7月3日完成]。