最少拍无纹波设计(东华理工大学)
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。
计算机控制系统课程设计--- 最少拍控制系统设计
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：电气工程及其自动化班级：电气0902 姓名：孙威学号： 091302224第一部分任务书《计算机控制技术》课程设计任务书一、课题名称最少拍控制系统设计二、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、课程设计内容设计以89C51单片机和ADC 、DAC 等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算机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（用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）；由运放实现的被控对象。
2. 控制算法：最少拍控制。
3. 软件设计：主程序、中断程序、A/D 转换程序、滤波程序、最少拍控制程序、D/A 输出程序等。
四、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. 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。
3. 每个同学选择不同的被控对象：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 ==++++4. 设计无纹波最少拍控制器。
微机计算机控制技术课后于海生(第2版)习题详解答案
1.计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
6.操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。
计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。
其原理框图如图1.2所示。
(2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。
DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。
(3)计算机监督控制系统(SCC系统)：SCC系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等。
SCC系统的原理框图如图1.4所示。
SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。
2.数字量过程通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道。
数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路、并行接口电路和定时计数电路等组成。
数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。
其中：输入调理电路转换滤波、保护、消除触点抖动，以及进行信号隔离等5.模拟量输入通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？模拟量输入通道一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑电路组成。
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。
最小拍控制系统
实验六 最小拍控制系统一、实验目的1．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函数D （Z ）的设计方法。
2．了解最少拍设计的饱和非线性条件及改进设计。
二、实验仪器与设备1．TDN —ACS 实验教学系统一台 2．PC 微机一台 3．电阻电容若干三、实验原理（一）最小拍有纹波系统1．原理见图6—1。
R 为输入，C 为输出，计算机对误差E 定时采样按D （Z ）计算输出控 制量U 。
图中K=5。
图6—1针对阶跃输入进行计算机控制算法D （Z ）设计。
2．D（Z）算法采样周期T=1S ，（Z ）为计算机输入，U （Z ）为输出，有：32133221101)()()(−−−++++++==Z P ZP Z P Z K Z K Z K K Z E Z U Z D式中K i 与P i 取值范围：–0.9999~+0.9999，计算机分别用相邻三个字节存储其BCD 码。
最低字节存符号，00H 为正，01H 为负。
中间字节存前2位小数，最高字节存末2位小数。
例有系数0.1234，则内存为：地址 内容2F00H 00H 2F01H 12H 2F02H 34H程序运行时转换为二进制模2定点小数。
注意，D （Z ）中缺项相当于系数为零， 应在相应内存三字节全存入00H 。
系数存储安排如表6—1表6—12F00H 2F0CH 2F01H 2F0DH 2F02H 2F0EH K 0P 12F03H 2F0FH 2F04H 2F10H 2F05H 2F11H K 1P 22F06H 2F12H 2F07H 2F13H 2F08H 2F14HK 2P 3 2F09H2F0AH 2F0BHK 3将D （Z ）式写成差分方程，则有：3322113322110−−−−−−−−−+++=K K K K K E K K U P U P U P E K E K E K E K U式中E K ~ E K-3，误差输入；U K ~ U K-3 ，计算机输出。
最少拍无纹波
以例6.5所示系统为例，分别设计单位阶跃输入 和单位速度输入时的无纹波控制器。采样周期 T=0.1秒。 解：广义对象的Z传递函数为
0.368z 1 (1 0.717z 1 ) G( z ) (1 z 1 )(1 0.368z 1 )
例6.7
(1)
输入为单位阶跃信号时
转化DSP形式脉冲 传递函数命令为： sys=filt(num,den ,Ts)。
数字信号处理 (Digital Signal Processing)
例6.7仿真曲线
ts=0.2s=2T
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4.7仿真曲线
Step Response 2 System: untitled1 Time (sec): 0.0483 Amplitude: 1.58
1 1
例6.7仿真曲线
t=0.1;f0=1/1.717;f1=0.717*f0;
numgs=10;dengs=[0.1 10]; gs=tf(numgs,dengs)
gz=c2d(gs,t);
numhd=[0 f0 0.717*f0]; denhd=1;hz=filt(numhd,denhd,t) ; numhed=conv([1 -1],[1 f1]); denhed=1;hez=filt(numhed,denhed, t) dz=hz/gz/hez; figure(1);[y,x]=step(hz,0.8);stem(x, y); hold on;plot(x,y)
由式
所以 再由
H ( z) z1 1
f0
可得
H ( z) z1 1.717 f0 1
6直接设计法最少拍有限无纹波
Gc ( z) z r St ( z 1 )Tl ( z 1 )
G( z ) K z (1 q z 1 )
r i 1 m
i
(1 z ) (1 p j z )
1 s 1 j 1
n
，r 0, s 0
R( z )
Ap 1 ( z 1 ) (1 z 1 ) p
是z-1的l+t+r阶多项式，可有l+t+r +1个系数方程 总共有q+1+l+1个待定系数
E( z) Ge ( z ) (1 z 1 ) p Bq ( z 1 ) R( z )
可求得D(z)的约束条件
1） l+t+r =p+q —— Gc(z)和Ge(z)阶数相同 2） 由l+t+r +1个线性方程组成的，包含q+1+ l+1个待定 系数的方程组有解
Gc ( z ) j 1 D( z ) m Ge ( z )G( z ) Ge ( Z ) Kz r (1 q z 1 )
i 1
Gc ( Z ) (1 p j z 1 )
i
n
设计结果为： E( z) Ap1( z1)Bq ( z1)
，有q+1个待定系数 r 1 1 G ( z ) z S ( z ) T ( z ) ，有l+1个待定系数 t l c 带入 Gc ( z) Ge ( z) 1 1 p 1 r 1 1 ( 1 z ) B ( z ) z S ( z ) T ( z ) 1 得 q t l
r m 1
G( z ) K
i 1
第6章例3-最小拍与最小拍无纹波设计-20150617
题目要求：已知被控对象的传递函数()().G s s s =+10011采样周期T=0.1s ，采用（物理上的）零阶保持器，单位反馈系统。
要求：（1）针对单位阶跃输入信号设计最少拍系统的D (z )，并计算输出相应y (kT )、控制信号u (kT )和误差e (kT )序列，画出它们随时间变化的波形。
（2）针对单位阶跃输入信号设计最少拍无纹波系统的D (z )，并计算输出相应y (kT )、控制信号u (kT )和误差e (kT )序列，画出它们随时间变化的波形。
解：求被控对象G (z )，()()()()()()()()()()().........Ts Te G z Z s s s z Z s s z Z s s s z Tz z zz z z e z z z z z z z z z z z --------⎡⎤-=⎢⎥+⎣⎦⎡⎤=-⎢⎥+⎣⎦⎡⎤=--+⎢⎥+⎣⎦⎡⎤-=-+⎢⎥---⎢⎥⎣⎦-=-+--+=--+=--12122101111110011101011101111011011111103680368026410368036810717110368设单位圆外极点个数为i ，圆内外所有零点个数为j ，延时因子个数1z -为r ，输入函数阶次为p 。
（1）最少拍有纹波系统① 广义被控对象零极点的分布单位圆外极点，无，i =0单位圆外和单位圆上零点，无，j =0 延时因子，1z -，r =1输入阶跃函数R (z )的阶次，p =1 ② 确定期望的闭环结构闭环传递函数()c G z ：()()1r c l G z z T z --=，其中单位圆上和单位圆外没有零点， 误差传递函数()e G z ：()()()111e q G z z B z --=- 因为()c G z 和()e G z 的阶数要相同 所以l+r=1+q按最小拍设计，又因延时因子r =1，应使的l 和q 尽量小， 所以l=q=0所以：()()110c G z z T z --= ()()()1101e G z z B z --=- 于是令 ：()()100100T z a B zb--==代入上式，得：()10c G z z a -=()()101e G z z b -=-根据()()1c e G z G z +=，得：01a =，01b = 所以可得： ()1c G z z -= ()11e G z z -=- ③ 确定控制器结构()()()()()().(.)()()(.)....(.).c e G z z D z z z G z G z z z z z z z z --------==+-----==++11111111036810717111036827170368103680368107170717 ④ 检验控制序列的收敛性()()()()()()()()()------------==-==-++--=-+-+111111111234110.36810.3680.2640.36810.717110.3682.717 2.948 2.114 1.516 1.087c G z U z D z E z R z G z z z z z z z z z z z z z ()()()()()() 2.717 2.9481 2.1142 1.1563 1.0874u kT k k k k k δδδδδ=--+---+-即控制量从零时刻起的值为2.717，-2.948, 2.114，-1.516, 1.087，．．．．，是收敛的。
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。
最少拍无纹波设计(东华理工大学)
《计算机控制技术》课程设计设计题目：最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真实现学院：机械与电子工程专业：自动化班级：1121502学号：201120150229姓名：曾小燕指导老师：张道海目录引言 (1)1、课题介绍 (1)1.1、课程设计目的 (1)1.2、课程设计内容 (2)2、课题论证 (2)2.1最少拍计算机控制系统 (3)2.2、最少拍有纹波控制系统 (3)2.3 最少拍无纹波控制系统 (4)3 系统设计 (5)3.1、单位阶跃信号输入时的最少拍无纹波设计 (5)3.2单位速度信号输入时的最少拍无纹波设计 (10)4 结果分析 (16)4.1有纹波系统和无纹波系统的对比 (16)4.2最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题 (16)4.3 K的变化对系统的影响 (18)d5 设计总结 (20)6参考文献 (20)引言《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，课程设计环节就占有更加重要的地位。
本次课程设计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和有纹波设计。
首先，通过学习和搜集资料了解和掌握了最少拍控制器的设计原理，设计了最少拍无纹波控制器，通过MATLAB程序验证了正确性。
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(z)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(z)中的Z-1的幂次增高，系统的调整时间ts就增长。
微型计算机控制专业技术课程答案
微型计算机控制专业技术课程答案《微型计算机控制技术》复习题纲1.1 计算机控制系统的结构。
1.2 计算机控制系统的典型形式有哪些? 各有什么优缺点? （P5）1.3 实时、在线⽅式和离线⽅式的含义是什么?2.1 采⽤74LS244和74LS273，设计与PC总线等⼯业控制机的数字量(开关量) 输⼊输出接⼝，要求:画出接⼝电路原理图，并采⽤8086汇编语⾔编写数字量输⼊输出程序。
2.2 ⽤8位A／D转换器ADC0809与PC总线等⼯业控制机接⼝，设计模拟输⼊通道以及数据采集程序流程图。
2.3 采样信号有何特点? 采样保持器的作⽤是什么?是否所有的模拟量输⼊通道中都需采样保持器? 为什么?2.4 什么是串模⼲扰和共模⼲扰? 如何抑制?2.5 计算机控制系统中地线有哪⼏种?2.6 什么是波反射? 如何消除波反射?3.1 插补计算程序流程：(1) 直线插补程序；(2) 圆弧插补程序。
3.2 给出⼀段直线或圆弧。
要求：(1) 按逐点⽐较法插补进⾏列表计算；(2) 作出⾛步轨迹图，并标明进给⽅向和步数。
3.3 三相步进电机的⼯作⽅式。
3.4 利⽤8255A设计x轴步进电机和y轴步进电机的控制电路，要求：(1) 画出接⼝电路原理图；(2) 分别列出x轴和y轴步进电机在三相单三拍、三相双三拍或三相六拍⼯作⽅式下的输出字表。
4.1 数字控制器的连续化设计步骤。
（P103）4.2 PID控制器的三个参数对系统性能的影响。
4.3 数字控制器的离散化设计步骤是什么?4.4 最少拍⽆纹波控制器的设计。
4.5 模糊推理的计算。
6.1 测量数据预处理技术包括哪些？(185~190)7.1 什么是现场总线?有哪⼏种典型的现场总线?7.2 分布式控制系统的设计原则是什么？DCS系统分为哪⼏层？各层实现哪些功能？⽅程段11 部分1第⼀章（绪论）作业1.1 什么是计算机控制系统？它由哪⼏部分组成？答：计算机控制系统就是利⽤计算机来实现⽣产过程控制的系统。
2012计算机控制技术复习题解析
计算机控制技术复习题、填空题1、通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为 ______ 。
2、弱电控制与强电控制之间常用的隔离方式有变压器隔离、继电器隔离和_等。
3、常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、 ________ o4、在计算机控制系统中，被测信号有和两种输入方5、信号接地方式应采用方式，而不米用方式。
6、主要的电源干扰包括、、和7、数字程序控制方式有、、。
8、插补计算过程由、、、四个步骤组成9、将D(S)离散化为D(Z)常用方法有__________ 、__________ 、__________ o10、三相步进机的转子为60个齿，定子为3对磁极，工作在三相六拍方式时，则步距角是 ________ 和齿距角是__________ o11、三相步进电机通常有_______ 、 _________ 和_________ 工作方式12、PID控制中对积分项可采取 ______ 、________ 、__________ 和 ________ 四种改进措施。
13、对微分项进行改进主要有_______________ 和____________________ 两种方法。
14、按简易工程法整定PID参数的方法有 ________ 、_______ 和___________ o15、最少拍控制算法有___________ 、____________ 和____________ 三种典型输入信号。
二、选择题1、已知偏差e (k),积分分离阈值B，以下正确的是( )A. 当e(k) > B时，采用PI控制B. 当e(k) > B时，采用PD控制C.当e(k)之时，采用PD控制D.当e(k)叼时，采用PI控制2、设加工第一象限直线OA起点为0( 0,0 )，终点为A (6,3 )，进行插补计算所需的坐标进给的总步数My为( )A.7B.8C.9D.103、已知离散系统脉冲传递函数为：G( Z) = (Z+0.5) /(Z-0.5+j0.5F2, 可知该系统是( )。
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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《计算机控制技术》课程设计设计题目：最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真实现学院：机械与电子工程专业：自动化班级：1121502学号：************姓名：***指导老师：***目录引言 (1)1、课题介绍 (1)1.1、课程设计目的 (1)1.2、课程设计内容 (2)2、课题论证 (2)2.1最少拍计算机控制系统 (3)2.2、最少拍有纹波控制系统 (3)2.3 最少拍无纹波控制系统 (4)3 系统设计 (5)3.1、单位阶跃信号输入时的最少拍无纹波设计 (5)3.2单位速度信号输入时的最少拍无纹波设计 (10)4 结果分析 (16)4.1有纹波系统和无纹波系统的对比 (16)4.2最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题 (16)4.3 K的变化对系统的影响 (18)d5 设计总结 (20)6参考文献 (20)引言《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，课程设计环节就占有更加重要的地位。
本次课程设计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和有纹波设计。
首先，通过学习和搜集资料了解和掌握了最少拍控制器的设计原理，设计了最少拍无纹波控制器，通过MATLAB程序验证了正确性。
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(z)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(z)中的Z-1的幂次增高，系统的调整时间ts就增长。
本文以实例来介绍最少拍无波纹控制的实现方法。
关键词：计算机控制技术最少拍无纹波 MATLAB单位阶跃信号单位速度信号1、课题介绍1.1、课程设计目的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）研究最少拍控制系统对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Simulink 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典型输入的适应性。
5）编写算法MATLAB/simulink 仿真程序实现（模拟步进电机进给过程）； 6）撰写设计说明书。
1.2、课程设计内容下面以一个具体实例介绍最少拍系统的设计和仿真。
如图1所示的采样-数字控制系统，被控对象： 120()(1)(2)dK G s T s T s =++ （1-1）零阶保持器： 1()Tse H s s--= （1-2）K d =2、T 1=1、T 2=1，选择采样周期T=1s ， 试设计无纹波最少拍控制器，并分析仿真结果1. 分别在单位阶跃/单位速度输入下设计无纹波有限拍控制器2. 在Simulink 仿真环境画出仿真框图及得出仿真结果，画出数字控制器和系统输出波形。
3. 与有纹波系统进行对比分析（选用单位速度输入进行对比分析即可）4. 探讨最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题5.分析K d 的变化对系统的影响2、课题论证2.1最少拍计算机控制系统最少拍设计，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。
图2-1 离散系统模型数字控制器模拟化设计方法是基于连续系统的设计，并在计算机上采用数字模拟方法来实现，选用的采样周期须足够小，且采样周期的变化对系统影响不大。
如图1 的数字离散控制系统中，GC(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，它是由单片机来实现的，D(Z)的输入输出均为离散信号。
上面图1示计算机控制系统框图中：Gc(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 ——采样周期广义对象的脉冲传递函数为：G(z)=Z[H(s)×G(s)] （2-1）2.2、最少拍有纹波控制系统数字控制器原理方框图如图所示图 2-2数字控制器原理方框图2.3 最少拍无纹波控制系统2.3.1产生纹波的原因：产生纹波的原因在于数字控制器u（k）经若干拍数后，不为常值或零，而是震荡收敛的。
它的作用在于保持器的输入端，保持器的输出必然也波动，使系统输出在采样点之间产生波纹。
2.3.2消除纹波的附加条件：最少拍无纹波系统设计，是在最少拍控制存在纹波时，对期望闭环响应φ（z）进行修正，以达到消除采样点之间波纹的目的。
无纹波系统的调整时间比有纹波系统的调整时间增加若干拍，增加的拍数等于G（z）在单位圆的零点数目。
2.3.3设计分析a)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。
b)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。
c)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。
在采样点上的输出不存在稳态误差，但在采样点间的输出存在稳态误差的系统为有波纹最少拍控制系统。
3 系统设计3.1、单位阶跃信号输入时的最少拍无纹波设计⑴ 最少拍有纹波设计① 用matlab 求出该系统的广义脉冲传递函数G=tf([2],[1 3 2]) Transfer function: 2 ------------- s^2 + 3 s + 2 G1=c2d(G,1,'zoh') Transfer function: 0.3996 z + 0.147 ------------------------ z^2 - 0.5032 z + 0.04979 Sampling time: 1即： )1356.01)(3676.01()368.01(3996.0)(1111------+=z z z z z G （3-11）② z z e z 1)(1)(-=-=φφ （3-12）)11()(--=z z e φ （3-13）③ )1368.01)(11(13996.0)11356.01)(13676.01(1)()()(1)(z z z z z z Z e Z G z e Z D -+--------=-=φφ （3-14） 即：2147.012526.03996.0204979.015032.01)(-----+--=ZZ Z Z Z D （3-15）④根据求出的结果进行仿真仿真原理图：图3-11 阶跃输入最少拍有纹波设计仿真原理图系统输出：图3-12 阶跃输入最少拍有纹波系统输出控制器输出：图3-13阶跃输入最少拍有纹波控制器输出误差输出：图3-14阶跃输入最少拍有纹波误差输出由图3-12、图3-13、图3-14可知：控制器输出不稳定，将使系统出现纹波⑵、最少拍无纹波设计① 求该系统的广义脉冲传递函数)1356.01)(3676.01()368.01(3996.0)(1111------+=z z z z z G （3-16）② 因G(Z)零点Z=-0.368，极点1356.0,3676.021==P P 。
闭环脉冲传递函数)(z Φ应选为包含G(Z)全部零点，所以：)1368.01(1)(1)(-+-=Φ-=Φz az z ez （3-17）)(z eΦ由)(z G 的不稳定极点和)(z Φ的阶次来决定。
所以选择： )11)(11()(-+--=Φbz z z e（3-18） 因)(z eΦ=1-)(z Φ，将上述所得的)(z Φ和)(z e Φ的值代入后，可得)1368.01(11)11)(11(-+--=-+--z az bz z （3-19） 所以解得269.0,731.0==b a③ 求得控制器D(z)的传函为：)1269.01)(11()11356.01)(13676.01(83.1)()()(1)(-+------=ΦΦ-=z z z z Z e Z G z e Z D （3-20） 即:2269.01731.012091.0192.083.1)(-----+--=ZZ Z Z Z D （3-21）④根据求出的结果进行仿真仿真原理图：图3-15阶跃输入最少拍无纹波系统仿真仿真结果图：图3-16阶跃输入最少拍无纹波系统输出图3-17阶跃输入最少拍无纹波控制器输出图3-18阶跃输入最少拍无纹波误差输出由仿真结果可知：控制量稳定，将使系统输出无纹波。
无纹波系统的调整时间比有纹波系统的调整时间增加一拍，增加的拍数正好等于G(Z)在单位圆内的零点数目。
3.2单位速度信号输入时的最少拍无纹波设计⑴、最少拍有纹波设计① 求该系统的广义脉冲传递函数)1356.01)(3676.01()368.01(3996.0)(1111------+=z z z z z G （3-22）② Z Z z e z 212)(1)(---=-=φφ （3-23）)11(2)(--=Z z eφ （3-24）③ )1z (12)z 10.368(1z 10.3996)11356.01)(13676.01)(212()()()(1)(---+--------=-=z z z z Z eZ G z e Z D φφ（3-25）即：Z Z Z Z Z Z Z D 3147.021056.016552.03996.0304979.026028.01006.22)(-+-+-----+--= （3-26）④ 根据求出的结果进行仿真仿真原理图：图3-19 速度输入时的有纹波系统仿真图仿真结果图：图3-20速度输入有纹波系统的输出图3-21速度输入有纹波系统的控制器输出图3-22速度输入有纹波系统的误差波形 由仿真结果可知：输出波形有纹波。
⑵、最少拍无纹波设计① 求该系统的广义脉冲传递函数)1356.01)(3676.01()368.01(3996.0)(1111------+=z z z z z G （3-27）② 因G(Z)有1-Z 零点Z=-0.368，极点1356.0,3676.021==P P 。