基于Matlab-的最少拍控制系统设计
最少拍数字控制器的设计 (2)
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。
最少拍控制系统也称为最少拍无差系统、最少拍随动系统，实际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者尽可能的短。
可以看出，这种系统对闭环脉冲传递函数的要求是快递性和准确性。
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。
第一章 最少拍有纹波控制器设计1.1设计原理由系统闭环脉冲传递函数可以看出，在Φ（z ）中，D(z)和G （z ）总是成对出现的。
只有当广义对象稳定[即G （z ）在z 平面单位圆上和单位圆外没有极点]且不包含纯滞后环节时，上述方法才是可行的，否则，不允许D （z ）与G （z ）发生零极点对消。
这是因为，简单地利用D （z ）的零点去对消G （z ）不稳定极点，虽从理论上来说可以得到一个稳定的闭环系统，但这种稳定是建立在零极点完全对消的基础上的。
当系统参数产生飘逸，或者对象辨识有误差时，这种零极点对消就不可能准确实现，从而引起闭环系统不稳定。
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。
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。
基于MATLAB控制系统仿真实验报告
tf 4
y0
0 1
6、求出 G1(s)
2 (s2 2s 1) 与 G2 (s)
1 (2s3
3s2
1)
的单位阶跃响应，并分别
求出状态空间模型。
解：（1） G1(s) 2 (s2 2s 1) 的状态空间模型求解如下：
function shiyan2 b1=[2];
D(z)
0.62(1 0.136z 1)(1 0.183z (1 0.045z 1)(1 0.53z 1)
1 )
分别用仿真算法得到系统在单位阶跃输入作用下的响应，系统在单位速度输
入是的输出响应。
解：（1）首先将 W1(s)转换为 W1(z)，采样周期 T=0.2s，程序清单如下： function shiyan42 num=[10];den=[0.005 0.15 1 0]; ts=0.2;[nc,dc]=c2dm(num,den,ts)
INTRO（注意：intro 为一个用 MATLAB 语言编写的幻灯片程序，主要演示
常用的 MATLAB 语句运行结果。）
然后，根据现实出来的幻灯片右面按钮进行操作，可按 START——NEXT—
—NEXT 按钮一步步运行，观察。
3、自编程序并完成上机编辑，调试，运行，存盘：
（1）用 MATLAB 命令完成矩阵的各种运算，例如：
5、利用 ode23 或 ode45 求解线性时不变系统微分方程 y(t) Ay(t) ，并绘制出 y(t)
曲线，式中
A
0.5
1
1 0.5
t t0 t 如下： function xdot=fun21(t,x) A=[-0.5 1;-1 -0.5]; xdot=A*x; function fzsy22 t0=0;tf=4;tol=1e-6; x0=[0;1];trace=1; [t,x]=ode23('fun21',t0,tf,x0,tol,trace); plot(t,x) 得到的实验结果如下图所示：
基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践
基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践控制系统设计是现代工程领域中至关重要的一部分，它涉及到对系统动态特性的分析、建模、控制器设计以及性能评估等方面。
MATLAB作为一种强大的工程计算软件，在控制系统设计与仿真方面有着广泛的应用。
本文将介绍基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践，包括系统建模、控制器设计、性能评估等内容。
1. 控制系统设计概述控制系统是通过对被控对象施加某种影响，使其按照既定要求或规律运动的系统。
在控制系统设计中，首先需要对被控对象进行建模，以便进行后续的分析和设计。
MATLAB提供了丰富的工具和函数，可以帮助工程师快速准确地建立系统模型。
2. 系统建模与仿真在MATLAB中，可以利用Simulink工具进行系统建模和仿真。
Simulink是MATLAB中用于多域仿真和建模的工具，用户可以通过拖拽图形化组件来搭建整个系统模型。
同时，Simulink还提供了各种信号源、传感器、执行器等组件，方便用户快速搭建复杂的控制系统模型。
3. 控制器设计控制器是控制系统中至关重要的一部分，它根据系统反馈信息对输出信号进行调节，以使系统输出达到期望值。
在MATLAB中，可以利用Control System Toolbox进行各种类型的控制器设计，包括PID控制器、根轨迹设计、频域设计等。
工程师可以根据系统需求选择合适的控制器类型，并通过MATLAB进行参数调节和性能优化。
4. 性能评估与优化在控制系统设计过程中，性能评估是必不可少的一环。
MATLAB提供了丰富的工具和函数，可以帮助工程师对系统进行性能评估，并进行优化改进。
通过仿真实验和数据分析，工程师可以评估系统的稳定性、鲁棒性、响应速度等指标，并针对性地进行调整和改进。
5. 实例演示为了更好地说明基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践，我们将以一个简单的直流电机速度控制系统为例进行演示。
首先我们将建立电机数学模型，并设计PID速度控制器；然后利用Simulink搭建整个闭环控制系统，并进行仿真实验；最后通过MATLAB对系统性能进行评估和优化。
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。
基于Matlab辅助的“计算机控制技术”教学方法探讨_以“最少拍控制系统”设计为例
基于Matlab辅助的“计算机控制技术”教学方法探讨_以“最少拍控制系统”设计为例基于Matlab辅助的“计算机控制技术”教学方法探讨：以“最少拍控制系统”设计为例摘要：计算机控制技术是现代自动化领域的核心内容之一，在这个领域中，掌握合适的教学方法对于学生的学习效果至关重要。
本文以“最少拍控制系统”设计为例，探讨基于Matlab辅助的计算机控制技术教学方法，并通过实践验证了该方法的有效性。
1. 引言计算机控制技术是自动化领域中的重要内容之一，它将计算机与控制系统相结合，实现对各种设备和过程的控制。
在计算机控制技术的教学中，如何提高学生的理论学习和实践能力是一个重要的问题。
本文通过引入Matlab辅助的教学方法，以“最少拍控制系统”设计为例，探讨了有效提高学生学习效果的教学方法。
2. Matlab辅助的教学方法计算机控制技术的理论性较强，学生往往难以理解其中的抽象概念和数学模型。
为了增强学生对理论知识的理解和掌握，可以采用Matlab辅助的教学方法。
Matlab是一种功能强大的数学软件，它能够将抽象的数学模型转化为直观的图形，有助于学生理解和记忆。
在计算机控制技术的教学中，教师可以通过设计一些简单的系统，并用Matlab进行仿真分析，在仿真实验中让学生观察系统的响应特性，并通过实验数据求解出系统参数。
这种实践性强、直观性好的教学方法，可以帮助学生更好地理解和掌握计算机控制技术的知识。
3. “最少拍控制系统”设计为了验证Matlab辅助的教学方法在计算机控制技术教学中的有效性，我们以“最少拍控制系统”设计为例进行了实践。
该系统的主要目标是设计一个控制器，使得系统在给定的最少拍数内稳定。
首先，我们通过Matlab进行仿真分析，得到系统的响应特性。
然后，我们根据系统的数学模型，设计了一个反馈控制器，并进行了仿真实验。
通过实验数据分析，我们得到了系统的最少拍数，并验证了控制器的设计是否有效。
4. 实验结果分析通过实验数据的分析，我们得到了系统的最少拍数为10。
基于MATLAB的控制系统设计软件开发
各级界面主要利用向导编辑器GUIDE中提供的控件,利用图标及其对应的功能来设计友好的交互式界面.使用Property Inspector修改控件属性,如背景色、前景色、字体及大小、位置、标志、类型等.借助GUI设计面板提供的控件布置编辑器Align Objects!,很容易的对所选对象进行水平、垂直和间隔排列布置.
基于MATLAB的控制系统设计软件开发，控制工程基础是以讲述古究过程中,常需要对控制系统用MATLAB进行仿究,
MATLAB虽功能强大,对这方面的分析都有相应命令,但命令繁多,分析起来过于零散的
性质有个整体的掌握,况且像MATLAB这么大的软件学起来也较困难。为能够更快更好掌握控制系统的性质,把多而散的命令整合起来,开发了控制系统CAI应用软件。使用此软件时用户只需输入系统参数,然后点击相关按钮,就可以快速得到所求相应的结果。
[13]张志涌.掌握和精通MATLAB[M].北京:航空航天大学出版社,1997..
[14]张延华许阳明.Matlab使用指南[M].北京:科学技术文献出版社,1998..
[15]张延华，MATLAB使用指南，1998年
毕业设计开题报告
２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：
软件采用MATLAB开发平台,利用其可视化编程能力的图形用户界面GUI,按照控制教学、实验、应用等内容,设计出相应的控制系统CAI应用软件结构图,如图1所示.系统主界面由6个主要子窗体模块构成,分别为时域响应分析、频域响应分析、根轨迹分析、稳定性分析、稳态误差分析及模型转换.通过单击主界面上子模块相应的按钮即可启动相应的子窗体,另三个按钮分别为系统功能简介、帮助和退出按钮.帮助和退出按钮是每一级窗体界面必须具备的按钮,通过帮助按钮可随时了解该窗体的相关内容和操作方法,通过退出按钮可实现任意一级窗体的自由退出,各功能子模块均为MATLAB系统的应用程序,以M文件形式出现.各软件模块主要的功能简介如下：
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。
最小拍系统matlab仿真(1)
课程设计任务书10/11 学年第一学期学院：专业：学生姓名：学号：课程设计题目：起迄日期：课程设计地点：指导教师：系主任：下达任务书日期: 2011 年12 月课程设计任务书一、基本原理最少拍设计，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为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的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。
G c(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 [])()(S G S H C ∙系统闭环脉冲传递函数为：φ(z)=)()(z R z C =)()(1)()(z G z D z G z D + 系统误差脉冲传递函数为：φe (z)=)()(z R z E =1-φ(z)=)()(11z G z D + 数字控制器脉冲传递函数：D(z)=)()(z E z U =)(1z G )(1)(z z φΦ- 若已知Gc(s) ，且可根据控制系统的性能指标要求构造Ф(z)，则根据 G(z)= Z ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∙--)(1s G s e c Ts =（1-z -1）Z ⎥⎦⎤⎢⎣⎡s s G c )(和D(z)=)()(z E z U =)(1z G )(1)(z z φΦ- 1、闭环Z 传递函数Φ(z)的确定；由图1：误差E(z)的Z 传递函数为：φe (z)=)()(z R z E =1-φ(z)=)()(11z G z D + 数字控制器脉冲传递函数： D(z)=)()(z E z U =)(1z G )(1)(z z φΦ- 从上式看出，D (z )的求取主要取决于φ(z), 或者φe (z)，φ(z)的选择根据稳、准、快等指标设计。
基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计
基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计自动控制系统是一种可以自动调节和控制系统运行的系统。
对于自动控制系统的设计和优化，仿真是一种非常重要的方法。
基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计可以帮助学生深入理解自动控制系统的原理和应用，并进行实际应用的实验和研究。
在毕业设计中，学生可以选择一个具体的自动控制系统，例如温度控制系统、位置控制系统、速度控制系统等。
然后，根据该系统的特点和要求，使用MATLAB软件进行仿真分析。
首先，学生可以利用MATLAB编写控制系统的数学模型。
通过了解和运用控制系统的原理和方法，学生可以将系统的输入信号、输出信号和控制信号之间的关系建立数学模型。
通过数学模型，可以进行系统的仿真分析和优化设计。
接下来，学生可以使用MATLAB的控制系统工具箱进行系统的仿真和分析。
控制系统工具箱提供了各种控制系统设计和分析的函数，如传递函数的建模、闭环系统的建模、系统的稳定性分析、频域分析等。
学生可以利用这些函数进行系统的仿真和分析，了解系统在不同输入和参数条件下的响应和性能。
在仿真过程中，学生可以尝试不同的控制算法和参数，观察系统响应的改变和性能的优劣。
例如，学生可以尝试不同的比例积分微分（PID）控制算法和参数，比较系统的稳定性、超调量和响应速度等指标。
通过不断的尝试和优化，学生可以得到系统的最佳控制算法和参数设定。
此外，学生还可以利用MATLAB的仿真工具进行系统的可视化展示。
通过绘制系统的输入信号、输出信号和控制信号的图形，学生可以直观地观察和分析系统的动态响应。
这样的可视化展示可以帮助学生更好地理解和分析系统的特性和性能。
最后，学生应该进行仿真结果的分析和评估。
通过对仿真结果的分析和评估，学生可以判断系统的性能是否满足设计要求，并提出改进的建议和方案。
总而言之，基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计可以帮助学生深入理解自动控制系统的原理和应用，并进行实际应用的实验和研究。
最小拍系统matlab仿真1
课程设计任务书10/11 学年第一学期学院：专业：学生姓名：学号：课程设计题目：起迄日期：课程设计地点：指导教师：系主任：下达任务书日期: 2011 年12 月课程设计任务书一、基本原理最少拍设计，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为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的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。
R(z)G c(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 [])()(S G S H C ∙系统闭环脉冲传递函数为：φ(z)=)()(z R z C =)()(1)()(z G z D z G z D + 系统误差脉冲传递函数为：φe (z)=)()(z R z E =1-φ(z)=)()(11z G z D +数字控制器脉冲传递函数：D(z)=)()(z E z U =)(1z G )(1)(z z φΦ- 若已知Gc(s) ，且可根据控制系统的性能指标要求构造Ф(z)，则根据 G(z)= Z ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∙--)(1s G s e c Ts =（1-z -1）Z ⎥⎦⎤⎢⎣⎡s s G c )(和D(z)=)()(z E z U =)(1z G )(1)(z z φΦ- 1、闭环Z 传递函数Φ(z)的确定；由图1：误差E(z)的Z 传递函数为：φe (z)=)()(z R z E =1-φ(z)=)()(11z G z D + 数字控制器脉冲传递函数： D(z)=)()(z E z U =)(1z G )(1)(z z φΦ- 从上式看出，D (z )的求取主要取决于φ(z), 或者φe (z)，φ(z)的选择根据稳、准、快等指标设计。
课程设计基于Matlab控制系统的设计模型
基于Matlab 的控制系统模型一、 实验目的1. 熟悉Matlab 的使用环境，学习Matlab 软件的使用方法和编程方法2. 学习使用Matlab 进行各类数学变换运算的方法3. 学习使用Matlab 建立控制系统模型的方法二、 实验器材x86系列兼容型计算机，Matlab 软件三、 实验原理1. 香农采样定理对一个具有有限频谱的连续信号f(t)进行连续采样，当采样频率满足max 2ωω≥S 时，采样信号f*(t)2. 拉式变换和Z 变换3. 控制系统模型的建立与转化传递函数模型：num=[b1,b2,…bm]，den=[a1,a2,…an]，nn n mm m b s a s a b s b s b den num s G ++++++==--ΛΛ121121)( 零极点增益模型：z=[z1,z2,……zm]，p=[p1,p2……pn]，k=[k]，)())(()())(()(2121n m p s p s p s z s z s z s k s G ------=ΛΛ四、实验步骤1.根据参考程序，验证采样定理、拉氏变换和Z变换、控制系统模型建立的方法2.观察记录输出的结果，与理论计算结果相比较3.自行选则相应的参数，熟悉上述的各指令的运用方法五、实验数据及结果分析记录输出的数据和图表并分析六、总结实验二基于Matlab的控制系统仿真一、实验目的1.学习使用Matlab的命令对控制系统进行仿真的方法2.学习使用Matlab中的Simulink工具箱进行系统仿真的方法二、实验器材x86系列兼容型计算机，Matlab软件三、实验原理1.控制系统命令行仿真gridrlocus(gz) %根轨迹图grid建立如图所示二阶系统控制模型并进行系统仿真。
25 s(s+2×0.4×5)1R(s)C(s)+-R(z)C(z)E(s)二阶系统闭环传递函数为22222554.025)54.02(51)54.02(5)(+⨯⨯+=⨯⨯++⨯⨯+=s s s s s s s G ，请转换为离散系统脉冲传递函数并仿真，改变参数，观察不同的系统的仿真结果。
matlab最少拍有波纹控制器控制系统建模分析设计和仿真
matlab最少拍有波纹控制器控制系统建模、分析、设计和仿真北京理工大学珠海学院课程设计任务书2010 ～2011 学年第 2学期学生姓名：专业班级： 08自动化1班指导教师：钟秋海工作部门：信息学院一、课程设计题目《控制系统建模、分析、设计和仿真》本课程设计共列出10个同等难度的设计题目，编号为：[0号题]、[1号题]、[2号题]、[3号题]、[4号题]、[5号题]、[6号题]、[7号题]、[8号题]、[9号题]。
学生必须选择与学号尾数相同的题目完成课程设计。
例如，学号为8xxxxxxxxx2的学生必须选做[2号题]。
二、课程设计内容（一）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计内容最少拍有波纹控制系统[2号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.1秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。
具体要求见（二）。
（二）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计要求及评分标准【共100分】1、求被控对象传递函数G(s)的MATLAB 描述。
（2分）2、求被控对象脉冲传递函数G(z)。
（4分）3、转换G(z)为零极点增益模型并按z-1形式排列。
（2分）4、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位加速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳定的要求。
（6分）5、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dy(z)可实现、最少拍和实际闭环系统稳定的要求。
（8分）6、根据4、5、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。
（12分）7、求针对单位加速度信号输入的最少拍有波纹控制器Dy(z)并说明Dy(z)的可实现性。
（3分）8、用程序仿真方法分析加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。
（7分）9、用图形仿真方法(Simulink)分析单位加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。
MATLAB基于模型的控制系统设计
MATLAB基于模型的控制系统设计介绍：控制系统是现代工程的基本组成部分之一，用于控制和稳定物理系统的运动。
MATLAB是一种广泛使用的工程软件，具有强大的模型开发和控制设计功能。
基于模型的控制系统设计是使用数学模型来描述系统动态特性，并使用这些模型来设计和优化控制器的一种方法。
在这篇文章中，我们将介绍MATLAB中基于模型的控制系统设计的一般方法和步骤。
一、系统建模：在进行基于模型的控制系统设计之前，首先需要建立系统的数学模型。
系统的数学模型通常是由微分方程或差分方程组成的，用于描述系统的输入、输出和动态行为。
MATLAB提供了各种建模工具和函数，可以通过实验数据、理论推导或系统识别等方法来构建系统模型。
常用的建模工具包括MATLAB的Control System Toolbox和System Identification Toolbox。
二、控制器设计：有了系统的数学模型之后，下一步是设计控制器。
在基于模型的控制系统设计中，通常使用经典控制理论和现代控制理论来设计控制器。
常用的控制器设计方法包括PID控制器、根轨迹法、频域设计、状态空间设计等。
MATLAB提供了各种控制器设计工具和函数，如MATLAB的Control System Toolbox和Robust Control Toolbox等。
这些工具可以自动生成控制器，也可以通过手动调节参数来优化控制器设计。
三、系统仿真：在进行控制器设计之前，可以使用MATLAB对系统进行仿真，以验证系统的稳定性和性能。
MATLAB提供了Simulink仿真平台，可用于建立系统的仿真模型，并进行连续或离散时间域的仿真。
在仿真中，可以通过改变输入信号、系统参数或控制器参数来研究系统的响应和特性，并通过MATLAB的绘图工具对仿真结果进行可视化和分析。
四、控制器调整：在进行系统仿真后，根据仿真结果可以调整控制器的参数和结构。
可以使用MATLAB提供的优化工具包、自适应控制工具和多变量控制工具等功能进行控制器调整。
基于Matlab 的最少拍控制系统设计
计算机控制技术实验—基于Matlab 的最少拍控制系统设计学院:计算机科学与技术班级：姓名：学号：指导老师:日期：基于Matlab 的最少拍控制系统设计一. 实验目的学习使用 Matlab 设计最少拍系统的方法。
二. 实验器材x86 系列兼容型计算机，Matlab 软件。
三. 实验原理1. 数字PID 系统设计建立所示的数字PID 系统控制模型并进行系统仿真，已知：)2)(1(10)(++=s s s G P ，采样周期T=0.1s.2. 最少拍系统仿真最少拍设计，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。
考虑图中所示的采样数字控制系统,被控对象的脉冲传递函数为)1(10)(+=s s s G P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检验误差序列: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。
(2)单位速度信号：原理同上，我们可以得到：)718.01)(1()3679.01)(5.01(5434.0))(1)(()()(1111z z z z z z G z Z D ----+---=-=φφ 检验误差:zz R z z E 1)())(1()(-=-=φ从 E ( z ) 看出，按单位速度输入设计的系统,当 k ≥ 2 之后，即二拍之后，误差 e （k ) = 0 ，满足题目要求. (3）单位加速度信号：可知，按加速度输入信号设计的系统当k 大于等于3，即三拍之后，误差e（k）=0。
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计算机控制技术实验
—基于Matlab 的最小拍控制系统设计
学院:信息科学与工程学院
班级:自动化131
姓名: 金磊
学号:3130405012
日期:2016/10/11
一. 实验目的
学习使用 Matlab 设计最少拍系统的方法。
二. 实验器材
x86 系列兼容型计算机，Matlab 软件。
三. 实验原理
1. 数字PID 系统设计
建立所示的数字PID 系统控制模型并进行系统仿真，已知：
)
2)(1(10
)(++=s s s G P ,采样周期T=0.1s 。
2. 最少拍系统仿真
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。
考虑图中所示的采样数字控制系统，被控对象的脉冲传递函数为
)
1(10
)(+=
s s s G P
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
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
检验误差序列：
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。
(2)单位速度信号：
原理同上，我们可以得到：
)
718.01)(1()3679.01)(5.01(5434.0))(1)(()
()(1
11
1
z z z z z z G z Z D ----+---=-=φφ 检验误差：
z
z R z z E 1
)())(1()(-=-=φ
从 E ( z ) 看出，按单位速度输入设计的系统，当 k ≥ 2 之后，即二拍之
后，误差 e (k ) = 0 ，满足题目要求。
(3)单位加速度信号：
可知，按加速度输入信号设计的系统当k 大于等于3，即三拍之后，误差e （k ）=0。
将所得结果分别用Matlab 中的Simulink 工具箱进行仿真，并将输入、输
出和误差三条曲线放置在同一图像内，比较三种情况下的跟随特性。
四. 实验步骤
在三种输入（单位阶跃/速度/加速度）分别作用下，运用Simulink 对其控制结果进行仿真。
(1)单位阶跃信号：
系统Simulink 仿真模型框图如下图所示：
单位阶跃信号输入时最少拍控制系统
将示波器的数据存为矩阵形式，命名为y1
在Matlab 命令窗口输入：
>> plot(tout(:,1),y1(:,2:4));
>> hold on,legend(' 输入','误差','输出')
可得输入、输出和误差三条曲线仿真结果如下图所示：
单位阶跃信号输入时系统的仿真结果
(2)单位速度信号：
控制系统Simulink 框图如下图所示：
单位速度信号输入时最少拍控制系统
将示波器的数据存为矩阵形式，命名为y2
在Matlab 命令窗口输入
>> plot(tout(:,1),y2(:,2:4));
>> hold on,legend(' 输入','误差','输出')
可得输入、输出和误差三条曲线仿真结果如下图所示：
单位速度信号输入时系统的仿真结果(3)单位加速度信号：
控制系统Simulink 框图如下图所示：
单位加速度信号输入时最少拍控制系统
将示波器的数据存为矩阵形式，命名为y3
在Matlab 命令窗口输入
>> plot(tout(:,1),y3(:,2:4));
>> hold on,legend(' 输入','误差','输出')
仿真结果图如下图所示：
单位加速度信号输入时系统的仿真结果
五. 实验数据及结果分析
由上面的仿真结果图可知，按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，单位速度信号在两拍后，单位加速度信号则在三拍之后。
然而，进一步研究可以发现虽然在采样时刻系统输出与所跟踪的参考输入一致，但在两个采样时刻之间，系统的输出存在着纹波或振荡。
例如单位阶跃信号在一拍后的稳态响应仍有许多振荡。
这种纹波不仅影响系统的控制性能，产生过大的超调和持续振荡，而且还增加了系统功率损耗和机械磨损。
六. 实验总结
在本次设计的过程中，我发现很多的问题，给我的感觉就是有点难，不是很顺手。
在调试的过程中，遇到的问题更多，调试的过程是一个让人思考的过程，也是熟悉稳态方法和实践动手的好机会，顺着模块的顺序依次排查接线，出现问题，想出各种可能的情况，测试解决。
通过这次的课程设计，锻炼了我的动手实践能力，让我有机会将课本所学的知识与实际相结合。
切身体会到动手能力的重要。
同时电路的设计修改也是我将知识整理融汇的过程，在某些课设涉及的地方我的理解更加深入了。
今后随着学习的深入，还会有更加深入的理论方法，相信到时候我可以学会更多知识，将所学的知识学以致用。