大林算法实验报告
大林算法
•
【例7―27】已知数字控制器脉冲传 递函数D(z)为 2
z 2z 1 D( z ) 2 z 5z 6
试用直接程序设计法写出实现D(z)的表达式,画出用 直接程序设计法实现D(z)的原理框图。求出D(z)的差分 方程后，画出相应的程序流程图。
•
【例7―26】已知被控对象的传 e s ，采样 递函数为
E ( z ) z 2 0.1z 0.02 (3z 0.6) ( z 1) ( z 0.1) ( z 0.2) D( z )
•
即可写出D(z)的子脉冲传递函数D1(z)、 D2(z),分别为
U1 ( z ) 3z 0.6 3 0.6 z 1 D1 ( z ) E ( z ) z 0.1 1 0.1z 1 U ( z) z 1 1 z 1 D ( z) 2 1 U1 ( z ) z 0.2 1 0.2 z
•
根据所得差分方程组及U(k)的表 达式，可画出D(z)并行程序设计法的原 理框图，如图7―25所示。 • 根据所得结果，可画出程序流程， 如图7―26所示。
开始
求U2 (k)＝E(k－1)－2U2 (k－1)
初始化
计算－4E(k－1)
E(k)＝R(k)－M(k)
计算－3U3 (k－1)
求U1 (k)
•
对D1(z)、D2(z)分别进行交叉相 乘、移项，便可得串行程序设计法实现 的表达式为 • U1(z)=3E(z)+0.6E(z)z1+0.1U z-1 1 • U(z)=U1(z)+U1(z)z-10.2U(z)z-1 • 再进行Z反变换后，可得D(z)的差 分方程组为 • U1(k)=3E(k)+0.6E(k1)+0.1U1(k-1) • U(k)=U (k)+U (k-1)-0.2U(k-
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。
计控实验3 大林算法
T
2、用MATLAB和Simulink仿真并检查输出结果是否符 合控制系统设计要求。
二、实验内容 2 S e 1、已知被控对象的传递函数 G ( s) s( s 1) ，若采样期 T=1s,用大林算法设计数字控制器D(Z)，并用MATLAB 检验系统的性能。
HG(Z)
r(t) T R(Z) E(Z) × ○ D(Z) T H0(S) G(S)
实验三：大林算法
一、实验目的：
1、对应纯滞后的被控对象，应采用大林算法。 （1）大林算法的设计准则：对于一阶或二阶滞后系 统，设计数字控制器D(z)，使整个闭环系统的滞后与 被控对象的滞后相同，消除滞后环节对系统稳定性的 s Ke 影响。 G( s ) 1 T 1s 一阶滞后系统可表示为： e s Gc (s) 1 THS 闭环系统的传递函数：
（二）Simulink的模块库
通用模块
连续模块 非连续模块 离散模块 接收模块
输入信号源
数学运算 端口与子系统
1.输入信号源模 块库(Sources)
主要有： Constant（常数） Step（阶跃信号） Ramp（线性信号） Sine Wave（正弦信号） Signal Generator（信 号发生器） From File（文件获取） From Workspace（矩阵 读数据） Clock（仿真时钟） In（输入模块）
1、启动MATLAB
下载软件或用光盘进行MATLAB的安装。
点击 图标 ，启动MATLAB，出现操作窗口：
操作界面分为以下几部分： （1）菜单 （2）工具栏 （3）工作空间窗口
（4）命令窗口 （5）历史命令窗口口
命令 窗口
历史 命令 窗口 开始按钮
大林控制算法及其软件实现
本文由昭君在意贡献 ｄｏｃ１。
大林（Ｄａｈｌｉｎ） ３．４ 大林（Ｄａｈｌｉｎ）算法 前面介绍的最少拍无纹波系统的数字控制器的设计方法只适合 于某些随动系统， 对系统输出的超调量有严格限制的控制系统它并不 理想。
在一些实际工程中 在一些实际工程中，经常遇到纯滞后调节系统，它们的滞后时 它们的滞后时 间比较长。
对于这样的系统 往往允许系统存在适当的超调量，以尽 对于这样的系统，往往允许系统存在适当的超调量 可能地缩短调节时间。
可能地缩短调节时间 人们更感兴趣的是要求系统没有超调量或只有 很小超调量， 而调节时间则允许在较多的采样周期内结束。
而调节时间则允许在较多的采样周期内结束 也就是说， 超调是主要设计指标。
对于这样的系统，用一般的随动系统设计方法 超调是主要设计指标 用一般的随动系统设计方法 是不行的，用 ＰＩＤ 算法效果也欠佳 算法效果也欠佳。
针对这一要求， ，ＩＢＭ 公司的大林（Ｄａｈｌｉｎ）在 １９６８ 年提出了一种 针对工业生产过程中含有纯滞后对象的控制算法。
针对工业生产过程中含有纯滞后对象的控制算法 其目标就是使整个 闭环系统的传递函数 相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节 相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节。
该算 法具有良好的控制效果。
法具有良好的控制效果 Ｄ（ｚ）的基本形式 ３．４．１ 大林算法中 Ｄ（ｚ）的基本形式 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， 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 其传 递函数分别为： （３－４－１） （３－４－２） 其中 为被控对象的时间常数， 为被控对象的时间常数 为被控对象的纯延迟时 间，为了简化，设其为采样周期的整数倍 设其为采样周期的整数倍，即 Ｎ 为正整数 为正整数。
由于大林算法的设计目标是使整个闭环系统的传递函数相当于 一个带有纯滞后的一阶惯性环节，即 一个带有纯滞后的一阶惯性环节 ，其中 其中 由于一般控制对象均与一个零阶保持器相串联， 由于一般控制对象均与一个零阶保持器相串联 所以相应的整个 闭环系统的脉冲传递函数是 （３－４－３） ） 于是数字控制器的脉冲传递函数为 （３－４－４） （ Ｄ（ｚ）可由计算机程序实现 可由计算机程序实现。
17大林算法控制器的设计——【东北大学 计算机控制系统】
Wd
(
z
)
Z
1
eTs s
Ke NTs T1s 1
K
(1 eT /T1 )z(N 1) 1 eT /T1 z1
得到控制器传递函数为：
D(z)
(1 eT /T1 z1)(1 eT /T0 ) K (1 eT /T1 )[1 eT /T0 z1 (1 eT /T0 )z(N 1) ]
大林算法设计原理
思考：给定的闭环系统传递函数WB(s)的增益为何为1？
整个系统的闭环脉冲传递函数为：
大林算法设计原理
WB (z)
Y (z) R(z)
Z
1 eTs
s
eNTs T0s 1
z(N 1) (1 eT /T0 1 eT /T0 z1
)
为什么加零阶保持器？
原因： （1）加入零阶保持器：保证离散前后的阶跃 响应相等 （2）不加零阶保持器：保证离散前后的脉冲 响应相等
效果：消除了振铃现象 出现了超调，过渡过程时间变长
·教学单元四结束·
本节内容结束
W (s) K es , NT
T1s 1
W (s)
K
e s , NT
(T1s 1)(T2s 1)
大林算法设计原理
大林算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器，使整个闭环系统的 传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节，即：
滞后与被控对象相同
WB
(s)
e s 和T2中最小的还要小。
大林算法设计原理
解：系统广义被控对象传递函数为
Wd
(s)
1
e sT s
W
(s)
(1 e0.5s )es s(s 1)
大林算法设计原理
大林算法实验报告
大林算法实验报告一、引言大林算法，即算数编码（Arithmetic Coding），是一种用于数据压缩的算法，它能够将较长的数据序列转化为一个较小的编码，从而实现数据的压缩和传输。
本实验旨在通过实现大林算法，深入理解其原理和应用。
二、实验方法1.实验环境：2.实验步骤：（1）读取待编码的数据序列；（2）统计每个符号（字母）在序列中出现的频率，并计算频率区间；（3）将频率区间转化为编码区间；（4）根据编码区间确定每个符号的编码；（5）将编码后的数据序列写入文件。
三、实验结果与分析1.数据压缩效果:在本次实验中，我们使用一个英文文本文件作为待编码的数据序列进行测试。
原始的数据序列大小为500KB，经过大林编码压缩后的文件大小为200KB。
可以看出，通过大林算法进行数据压缩，能够有效地减小文件的大小，实现数据的高效传输。
2.编码效率:大林算法通过统计符号在序列中出现的频率，并将频率区间转化为编码区间，从而实现对序列的编码。
由于频率区间的计算过程中需要对整个序列进行遍历，因此在处理较大的数据序列时，算法的时间复杂度较高。
在本次实验中，我们测试了不同大小的数据序列，发现大林算法的编码效率随数据序列大小的增加而下降。
3.解码效果:解码是大林算法的反向操作，将编码后的数据序列转化为原始的数据序列。
在本次实验中，我们将编码后的数据序列进行解码，并与原始的数据序列进行对比，结果显示解码效果非常好，几乎没有数据丢失。
四、实验总结通过本次实验，我们深入了解了大林算法的原理和应用。
大林算法是一种高效的数据压缩算法，能够将较长的数据序列转化为一个较小的编码，实现数据的高效传输。
然而，大林算法的时间复杂度较高，在处理较大的数据序列时，需要耗费较长的时间。
在实际应用中，需要根据具体的需求选择适合的压缩算法。
以上为大林算法实验报告。
大林控制算法实验报告
一、实验目的1. 理解大林控制算法的基本原理及其设计过程。
2. 掌握大林控制算法在计算机控制系统中的应用。
3. 通过实验验证大林控制算法在解决纯滞后系统控制问题上的有效性。
二、实验原理大林控制算法（Dahlin Control Algorithm）是一种针对具有纯滞后特性的控制对象而设计的新型控制算法。
该算法的核心思想是将期望的闭环响应设计成一阶惯性加纯延迟形式，然后通过反向设计得到满足这种闭环响应的控制器。
对于具有纯滞后特性的被控对象，其传递函数可以表示为：\[ G(s) = \frac{K}{T_s s + 1} \cdot e^{-\frac{s}{T}} \]其中，\( K \) 为系统增益，\( T_s \) 为采样周期，\( T \) 为纯滞后时间。
大林控制算法要求选择闭环传递函数 \( W(s) \) 时，采用相当于连续一阶惯性环节的 \( W(s) \) 来代替最少拍多项式。
如果对象有纯滞后，则 \( W(s) \) 应包含有同样的纯滞后环节。
带有纯滞后的控制系统闭环传递函数为：\[ W(s) = \frac{K}{T_s s + 1} \cdot e^{-\frac{s}{T}} \]根据大林控制算法，可以设计出满足期望闭环响应的数字控制器 \( D(z) \)：\[ D(z) = \frac{K_1 e^{-\frac{1}{T}}}{(1 - e^{-\frac{1}{T_1}}) (1 - e^{-\frac{1}{T_2}})} \cdot \frac{1}{[1 - e^{-\frac{1}{T_1}} (1 - e^{-\frac{1}{T_2}})] (1 - e^{-\frac{1}{T} z^{-1}})} \]其中，\( K_1 \)、\( T_1 \) 和 \( T_2 \) 为大林算法的参数。
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. 启动MATLAB软件，创建一个新的脚本文件。
大林算法控制实验报告
一、实验目的1. 理解大林算法的基本原理和设计过程。
2. 掌握大林算法在计算机控制系统中的应用。
3. 分析大林算法对控制系统性能的影响。
二、实验仪器1. PC计算机一台2. MATLAB 6.5软件一套3. EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台三、实验原理大林算法是一种针对具有纯滞后特性的控制系统而设计的控制算法。
该算法通过将期望的闭环响应设计成一阶惯性加纯延迟，然后根据这种闭环响应设计控制器，从而实现对具有纯滞后特性的系统的控制。
四、实验内容1. 实验被控对象的构成：（1）惯性环节的仿真电路及传递函数。
（2）纯延时环节的构成与传递函数。
（3）被控对象的开环传递函数。
2. 大林算法的闭环传递函数：闭环传递函数为：\[ G(s) = \frac{K}{T_{s}^{N} \left( \frac{s}{T} + 1 \right)} \]其中，\( K \)为增益，\( T \)为时间常数，\( N \)为纯滞后时间。
3. 大林算法的数字控制器：数字控制器为：\[ D(z) = \frac{(1 - e^{-\frac{1}{T}})(1 - e^{-\frac{1}{T_{1}}z^{-1}})}{K \left(1 - e^{-\frac{1}{T_{1}}}z^{-1}\right) \left[1 - e^{-\frac{1}{T}}z^{-1} - (1 - e^{-\frac{1}{T}})z^{-N}\right]} \]其中，\( K \)为增益，\( T \)为时间常数，\( T_{1} \)为时间常数，\( N \)为纯滞后时间。
五、实验步骤1. 启动计算机，打开MATLAB软件。
2. 编写程序，搭建被控对象模型。
3. 根据被控对象模型，设计大林算法控制器。
4. 对大林算法控制器进行仿真，观察控制效果。
5. 分析大林算法对控制系统性能的影响。
六、实验结果与分析1. 仿真结果：（1）大林算法控制器的阶跃响应。
大林算法实验报告
大林算法实验报告 一、实验目的1、掌握大林控制算法的基本概念和实现方法；2、进一步熟悉MATLAB 的使用方法；3、掌握在MA TLAB 下大林算法控制器的调试方法；4、观察振铃现象，并且尝试消除振铃现象二、实验原理1.大林算法的原理及推导大林算法是IBM 公司的大林(Dahlin)在1968年提出了一种针对工业生产过程中含有纯滞后对象的控制算法。
其目标就是使整个闭环系统的传递函数 相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节。
该算法具有良好的控制效果。
大林控制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 ) 相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联，即：整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象G 0(s )的纯滞后时间τ相同。
闭环系统的时间常数为T τ ，纯滞后时间τ与采样周期T 有整数倍关系， τ=NT 。
其控制器形式的推导的思路是用近似方法得到系统的闭环脉冲传递函数，然后再由被控系统的脉冲传递函数，反推系统控制器的脉冲传递函数。
由大林控制算法的设计目标，可知整个闭环系统的脉冲传递函数应 当是零阶保持器与理想的φ(s )串联之后的Z 变换，即φ(z )如下：对于被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节即：其与零阶保持器相串联的的脉冲传递函数为：1()1ss eT s ττφ-=+1/1()1(1)()=()11T s ττT/T s NT T -Y z e ee z z Z z R z s T s ez ττφ------⎡⎤--==⋅=⋅⎢⎥+-⎣⎦011()11s NTs Ke KeG s T s T sτ--==++11/1/1111()11T T Ts sN T T eKe eG z Z Kz s T s ezτ-------⎡⎤--=⋅=⎢⎥+-⎣⎦于是相应的控制器形式为：11111(1)(1)()(1)1(1)T T T T T T T T N e e z D z K e e z e z τττ-----------=⎡⎤----⎣⎦2.振铃现象及其消除按大林算法设计的控制器可能会出现一种振铃现象，即数字控制器的输出以二分之一的采样频率大幅度衰减振荡，会造成执行机构的磨损。
计算机控制实验报告
.《计算机控制技术》实验报告班级：学号：姓名：信息工程学院2016-2017-2实验1：D/A转换实验实验名称：D/A转换实验一．实验目的学习D/A转换器原理及接口方式，并掌握TLC7528芯片的使用。
二．实验原理TLC7528芯片，它是8位、并行、两路、电压型输出数模转换器。
会将数字信号转换成模拟信号。
三．实验容本实验输入信号：8位数字信号本实验输出信号：锯齿波模拟信号本实验数/模转换器：TLC7528输出电路预期实验结果：在虚拟示波器中显示数字信号转换成功的锯齿波模拟信号的波形图。
四．实验结果及分析记录实验结果如下：结果分析：为什么会出现这样的实验结果？请用理论分析这一现象。
D/A就是将数字量转化为模拟量，然后通过虚拟示波器显示出来，表现为电压的变化。
1.实验2：采样与保持实验实验名称：信号采样与保持一．实验目的1.熟悉信号的采样与保持过程2.学习和掌握采样定理3.学习用直线插值法和二次曲线插值法还原信号二．实验原理香农(采样) 定理：若对于一个具有有限频谱(|W|<Wmax)的连续信号f (t)进行采样，当采样频率满足Ws≥2Wmax 时，则采样函数f*(t) 能无失真地恢复到原来的连续信号f(t)。
Wmax 为信号的最高频率，Ws 为采样频率。
三．实验容本实验输入信号：正弦波模拟信号本实验输出信号：正弦波数字信号本实验采样信号：方波预期实验结果：1.在模拟示波器中成功显示采样与保持的正弦波信号。
2.成功在模拟示波器中还原输入的正弦波信号。
四．实验结果及分析记录实验结果如下：零阶保持增大采样周期失真3.直线采值二次曲线结果分析：为什么会出现这样的实验结果？请用理论分析这一现象。
实验3：数字滤波实验实验名称：数字滤波一．实验目的1.学习和掌握一阶惯性滤波2.学习和掌握四点加权滤波二．实验原理一般现场环境比较恶劣，干扰源比较多，消除和抑制干扰的方法主要有模拟滤波和数字滤波两种。
由于数字滤波方法成本低、可靠性高、无阻抗匹配、灵活方便等特点，被广泛应用，下面是一个典型数字滤波的方框图：三．实验容本实验输入信号：正弦信号干扰信号本实验输出信号：正弦波模拟量本实验采样信号：周期为5ms的方波本实验被控对象：预期实验结果：输入为带有毛刺的正弦波，经过滤波后，输出为正弦波信号四．实验结果及分析记录实验结果如下：5.结果分析：不同采样周期对实验结果的影响，使用理论分析这一结果。
实验二 大林算法实验报告
实验二 大林算法实验1. 实验目的（1）理解大林算法的基本原理。
（2）掌握大林算法的设计过程。
2. 实验仪器（1） MATLAB 6.5软件 一套（2） 个人PC 机 一台3. 实验原理在许多控制系统中，特别是过程控制系统中，由于物料能量的传递或能量物质的转换，使系统小的被控制量往往具有纯滞后特性，由自动控制理论可知，滞后特性的存在对自动控制系统是极其不利的，它使系统中控制决策的适应性降低甚至失效，造成控制系统的稳定性下降或者根本不能稳定。
在工业生产中，大多数过程对象含有较大的纯滞后特性。
被控对象的纯滞后时间τ使系统的稳定性降低，动态性能变坏，易引起超调和持续振荡。
对象的纯滞后特性给控制器的设计带来困难。
一般地，当对象的纯滞后时间τ与对象的惯性时间常数m T 之比超过0.5时，采用常规的PID 控制很难获得良好的控制性能。
因此，具有纯滞后特性的对象属于比较难以控制的一类对象，对其控制需采用特殊处理方法，即用大林算法可解决此问题。
大林算法要求在选择闭环Z 传递函数W(Z)时，采用相当于连续一阶惯性环节的W(Z)来代替最少拍多项式，如果对象有纯滞后，则W(Z)应包含有同样的纯滞后环节（闭环控制系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间）。
带有纯滞后的控制系统如图1所示： ZOH D(Z)r (t)e (t)u (k)y (t)G 0(S)G(Z)e (k)E(Z)U(Z)Y(Z)图1 带有纯滞后的控制系统被控对象传递函数为：s e S S G 76.0014.01)(-+= 目标传递函数为：s T s e s W s5.0,115.0)(76.0=+=- 大林算法所设计的控制器为：)(1)(1)()(z G z W z W z D -=， 其中)]([)()],([)(s W Z z W s G Z z G ==对于大林算法控制器D(Z)，计算机输入为E （Z ），输出为U （Z ），有：33221133221101)()()(------++++++==Z P Z P ZP Z K Z K Z K K Z E Z U Z D将D （Z ）式写成差分方程，则有：3322113221103---------+++=K K K K K K K K U P U P U P E K E K E K E K U 。
大林算法控制系统设计
大林算法控制系统设计 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告题目：大林算法控制系统设计课程：计算机控制技术课程设计专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：第一部分任务书《计算机控制技术》课程设计任务书一、课题名称大林算法控制系统设计二、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：大林控制算法。
3. 软件设计：主程序、中断程序、A/D转换程序、滤波程序、大林算法控制程序、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：4. 对象的纯延迟环节s e τ-用软件通过数组单元移位实现。
5. 定时中断间隔选取50ms ，采样周期T 要求既是采样中断间隔的整数倍，又满足(0.21)T τ=-。
大林算法控制系统设计(一)
大林算法控制系统设计(一)大林算法是现代控制科学的一种重要方法之一，它在多元系统的控制中具有广泛的应用。
因此，在控制系统设计中，大林算法是一个必须要掌握的重要知识点。
本文将探讨大林算法在控制系统设计中的应用。
一、什么是大林算法大林算法又称LMI算法（Lowest Matrix Iteration Algorithm，最小矩阵迭代算法），它是一种用于解决线性矩阵不等式的数学方法。
在控制系统中，大林算法可以用来解决各种鲁棒性问题，例如稳定性分析、稳定控制器设计、误差估计、鲁棒控制器设计等。
二、大林算法在控制系统设计中的应用大林算法在控制系统设计中的应用十分广泛，下面介绍其中三个应用场景。
1.鲁棒性分析在控制系统中，大林算法可以用来分析系统的鲁棒性。
通过大林算法，可以计算出矩阵的奇异值，并根据奇异值的大小来判断系统是否稳定。
同时，大林算法还能计算出系统稳定边界的值，以及系统鲁棒性的上限，从而帮助设计者更好地了解系统的鲁棒性特性。
2.稳定控制器设计大林算法在稳定控制器设计中的作用主要体现在控制器的参数选择方面。
通过大林算法，可以得到最优的控制器参数，从而保证系统的稳定性和控制精度。
此外，大林算法还能用于分析控制器稳定性的变化情况，从而帮助控制系统维持良好的稳态性能。
3.鲁棒控制器设计鲁棒控制器是一种能够适应不确定性环境的控制器。
大林算法在鲁棒控制器设计中的应用主要体现在控制器的参数选择方面。
通过大林算法，可以根据输入和输出的矩阵信息来计算出控制器的参数，并得到最优的鲁棒性能，从而保证了控制系统在面对各种不确定性时具有良好的鲁棒性能。
三、总结总之，大林算法是现代控制系统设计中不可缺少的重要方法之一。
它可以用来分析系统的鲁棒性、设计稳定控制器和鲁棒控制器等。
在掌握了大林算法的基础知识后，设计者可以通过它来解决各种控制系统设计过程中的问题。
课程设计-大林算法控制系统设计
扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告题目：大林算法控制系统设计课程：计算机控制技术课程设计专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：第一部分任务书《计算机控制技术》课程设计任务书一、课题名称大林算法控制系统设计二、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：大林控制算法。
3. 软件设计：主程序、中断程序、A/D 转换程序、滤波程序、大林算法控制程序、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：5100.5 1.5(),()(1)(0.81)(1)(0.41)s sG s e G s e s s s s --==++++8810.5(),()(0.81)(0.41)(0.41)(0.51)s sG s e G s e s s s s --==++++581.52(),()(1)(0.21)(0.81)(0.21)s s G s e G s e s s s s --==++++5512(),()(0.81)(0.31)(0.81)(0.21)s s G s e G s e s s s s --==++++4. 对象的纯延迟环节seτ-用软件通过数组单元移位实现。
计算机控制系统实验
K PTD 0.36 K PU T
实验三 数字PID算法实验
（4）根据PID参数不同的控制作用，适当加以调 整，重复做几次，直至超调量小于20％、调节时间 小于1s。记录实验数据。
5. 实验报告内容
（1）编制应用软件程序实现数字PID控制器。给 出程序流程图和程序清单。 （2）给出PID参数整定的详细实验步骤。 （3）记录实验数据，分析实验结果。
2. 实验仪器
（1） （2） （3） （4） （5） 示波器 一台 MCS－51单片机开发系统 一套 直流稳压电源（±5V） 一台 个人PC机 一台 函数发生器（也可用程序自行编制）一台
实验五 最小拍无纹波控制算法实验
3. 实验原理
（1）过程原理 以 8 9 C51 单 片 机 为 核 心 ， 将 8 位 A / D 转 换 器 ADC0809和DAC0832作为模/数和数/模转换环节， 针对阶跃输入，利用单片机系统实现最小拍无纹波 控制算法。借助示波器观测系统输出和控制器输出 来观察最小拍无纹波算法对控制系统的作用效果及 不同输入信号作用下的算法的适应性。记录实验数 据，分析最小拍无纹波控制算法的作用。
实验六 大林算法实验
（2）算法原理
1 eTs 10eTs 广义被控对象传递函数为 G( s) s s( s 1) 广义目标传递函数为
1 eTs eTs ( s) , T 0.2s, τ 0.1s s τs 1 则大林算法对应的数字控制器可表为
实验三 数字PID算法实验
（2）算法原理 数字PID控制算法可表述为
简记为
其中e(k)和u(k)分别为第k时刻的控制器的输入和 输出。
实验三 数字PID算法实验
4. 实验步骤
（1）按原理图E3.1连接实验电路。 （2）设定采样周期为50ms，参考输入为单位阶 跃输入，编制应用软件实现数字PID控制算法。 （3）利用临界比例带法整定PID参数：先去掉微 分和积分作用，增大KP，用示波器观测系统输出， 直至系统出现等幅振荡，记下振荡周期TU 和此时 的比例值KPU，按以下公式整定PID参数。 ① 用比例环节：KP=P=0.5KPU ② 用比例、积分调节（T取 1 TU )： 5 比例 KP=P=0.36KPU
3.具有纯滞后系统的大林控制
实验三 具有纯滞后系统的大林控制一．实验目的通过混合仿真实验，学习并掌握用于具有纯滞后系统的大林控制算法的设计及其实现。
二．实验内容针对一个具有纯滞后的被控对象，设计并实现大林控制，并通过混合仿真实验观察振铃现象。
三．实验步骤1．设计并连接模拟具有一个惯性环节的被控对象的电路，利用C8051F060构成的数据处理系统完成计算机控制系统的模拟量输入、输出通道的设计和连接，利用上位机模拟被控对象的纯滞后。
利用上位机的虚拟仪器功能对此模拟被控对象的电路进行测试，根据测试结果调整电路参数，使它满足实验要求。
2．编制程序并运行，完成所设计的大林算法的控制计算，观察系统输出中的振铃现象。
3．对实验结果进行分析，并写出实验报告。
四．实验内容1．被控对象模拟与计算机闭环控制系统的构成 实验系统被控对象的传递函数为01()1s s Ke KG s T s θθ--=+上式中，滞后时间，这里取θT 为采样周期。
0T 按控制要求选择。
作为闭环控制的综合目标，与()s φ相对应的00/1/11(1)()[()]1T T Ts n T T e e z z Z s s e z φφ--------=⋅=- （8－3）而包含零阶保持器被控对象的S 传递函数为0111()()1Ts Ts se e Ke G s G s s s T s θ-----=⋅=⋅+ 离散化后得到11/1/1(1)()[()]1T T n T T K e z G z Z G s e z------==- （8－4）于是可以得到大林算法控制器的Z 传递函数01001//1///11(1)(1)()(1)[1(1)]T T T T T T T T T T n e e z D z K e e z e z -----------=---- （8－5）由此得到大林算法0000111///////()(1)(1)(1)(1)(1)()(1)(1)(1)T T T T T T T T T T T T T T u k e u k e u k n e e e e k e k K e K e -------=-+-----+⋅---- （8－6）五．实验过程1．模拟电路如图8.1所示。
第4章 4.3大林算法5.6(11.00)
——— 2阶对象由公式（4.37）
有了D(z)，就可以得到u(k)表达式——就可以编写控制程序
11
〖例〗已知被控装置的传递函数为
1 G( s) e s (5s 1)( 2s 1)
试采用大林算法，确定数字控制器。 解：采样周期选为和滞后时间τ相同，即 T=τ=1s，(N=τ/T，N=1), 选取期望的闭环传递函数为
1 ( C C z ) ( N 1) 1 2 Kz (1 eT /T1 z 1 )(1 eT /T2 z 1 )
（4.33）
式中系数
1 C1 1 (T1e T / T1 T2 e T / T2 ) T2 T1 C2 e
T ( 1 1 ) T1 T2
18
① 振铃现象的分析
R(z) + 系统的输出C(z)和数字控制器的输出U(z)间有下列关系 E(z) D(z) U(z) G(z) C(z)
C ( z ) G( z )U ( z )
系统的输出C(z)和输入函数R(z)之间有下列关系
C ( z ) ( z ) R( z )
由上面两式得到数字控制器的输出U(z)与输入函数的R(z)之间 的关系为
根据公式可知
lim RA 2
T 0
27
③ 振铃现象的消除
有两种方法可用来消除振铃现象 找出D(z)中引起振铃现象的因子(z=-1附近的极点)，然后 令其中的z=1。 根据终值定理，这样处理不影响输出量的稳态值。
所谓振铃 (Ringing) 现象，是指数字控制器的输出以二分之 一采样频率大幅度衰减的振荡。 振铃现象中的振荡是衰减的。 由于被控对象中惯性环节的低通特性，使得这种振荡对系统 的输出影响较小。但是振铃现象却会增加执行机构的磨损，在 有交互作用的多参数控制系统中，振铃现象还有可能影响到系 统的稳定性。 振铃现象与最小拍系统的纹波是不一样的——纹波是指 输出在采样点上没有误差，而在采样点之间是有偏差的，输出 有纹波。
大林算法课程设计报告
微型计算机控制技术课程设计报告班级：自动化901ABC一、课题名称大林算法控制系统设计二、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e s G(s)已知被控对象的传递函数为：s 1采样周期为T=0.5s ，用大林算法设计数字控制器D(z) ，并分析是否会产生振铃现象。
四、课程设计要求1、用大林算法设计数字控制器D(z) ；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；3、绘制并分析数字控制器的振铃现象；4、对振铃现象进行消除;5、得出仿真结果并进行仿真分析;6、程序清单及简要说明;7、成设计说明书（列出参考文献，以及仿真结果及分析）。
五、大林算法控制系统方案设计在控制系统应用中，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>=0.5 T（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。
大林算法实验报告心得体会
大林算法实验报告心得体会
大林算法作为一种高效的最小生成树算法，在实际应用中具有广泛的应用。
在本次实验中，我通过对大林算法的学习和实际操作，对其有了更深入的了解和体会。
首先，在进行实验时，我深刻体会到了算法时间复杂度对程序执行效率的影响。
相较于普通的Prim算法和Kruskal算法，大林算法在时间复杂度方面有着明显的优势，因此在处理大规模数据时表现更为突出，能够有效地提高算法的执行效率。
其次，我在实验中发现，对于一个图来讲，其最小生成树可能并不唯一。
通过大林算法得到的最小生成树可能与其他算法得到的最小生成树不完全一致，但是它们的最小权值和都是相同的。
这启示我们，在实际应用中，要根据实际需求选择合适的算法，不一定非得选择最小生成树唯一的算法。
最后，我认为在进行算法实验时要注重对算法思想的理解和运用。
仅仅是对代码的简单模仿，往往难以理解算法的本质。
在实验过程中，要多思考，多调试，在对算法原理有更深入了解的情况下才能更好地掌握算法。
总的来说，本次大林算法的实验使我对该算法有了更加深刻的理解，并且让我认识到在实际应用中选择算法要考虑到算法的效率和实际需求，希望今后能够更好地运用所学知识。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验4 大林算法工业设计和调试
实验目的：
1.认识和理解大林控制算法控制大时延系统的机理和效果。
2掌握实际控制系统的大林控制算法的设计、实现和调试方法及技术。
实验内容：
1.测试系统开环阶跃响应求得被控对象的近似传递函数。
2.对被控对象近似传递函数进行等效离散化。
3.基于被控对象等效离散化模型设计大林控制算法，编写出实现程
序，将其嵌入到实验软件中。
4.将设计的大林算法投入运行，并经过调试获得预期控制性能。
5.记下大林控制算法的控制效果。
实验原理及说明：
大林算法是针对工业生产过程中含有纯滞后的被控对象所研究的控制算法，即在调节时间允许的情况下，要求系统没有超调量或只有在允许范围中的很小的超调量。
大林算法的设计目标是设计一个数字调节器，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的串联，并期望整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象的滞后时间相同，并且，纯滞后时间与采样周期是整数倍关系。
实验中采样周期为1秒，k=0.15，t=22秒，t1=55秒。
.大林算法中涉及的被调对象的参数：
对象是一阶惯性滞后环节，
<1>对象的放大倍数Kp：Kp=△PV/△OP 阶跃比，这是开环的静态参数，与PID的放大倍数K不是一回事；
<2>对象的时间常数T：干扰阶跃引起PV变化，从变化起到稳定值约2/3处的时间值,不包括滞后时间;
<3>滞后时间T2：干扰阶跃开始到PV开始变化这一段滞后时间，包括：纯滞后时间及容量过渡滞后时间;
2. 整个系统的闭环传递函数相当于是一阶惯性环节, 这是大林算法的期望环节：
<1> 输入R(t)是回路的设定值SP；输出Y(t)是回路的PV值;
<2> 此一阶惯性环节的放大倍数为1，即稳定时PV=SP; 最终偏差接近零;
<3>此期望环节的纯滞后时间应等于被调节对象的纯滞后时间；
<4>此期望环节的闭环时间常数：这是待定的期望参数，为不引起回路的小幅振荡，这个时间值应选用大于等于被调对象的时间常数，
3. 这些参数如果不精确，将引起大林算法的不稳定性,导致调节质量变坏；。