实验四-最少拍控制系统设计
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。
计控实验四-最少拍控制算法研究
东南大学自动化学院实验报告课程名称: 计算机控制技术第 4 次实验实验名称:实验四最少拍控制算法研究院(系):自动化学院专业:自动化姓名:学号:实验室:416 实验组别:同组人员:实验时间: 2014年4月24日评定成绩:审阅教师:一、实验目得1.学习并熟悉最少拍控制器得设计与算法;2.研究最少拍控制系统输出采样点间纹波得形成;3.熟悉最少拍无纹波控制系统控制器得设计与实现方法。
二、实验设备1.THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台2.PCI-1711数据采集卡一块3.PC机1台(安装软件“VC++”及“THJK_Server”)三、实验原理1)最小拍系统在采样控制系统中,通常把一个采样周期称作一拍。
在典型输入信号作用下,经过最少拍,使输出量采样时刻得数值能完全跟踪参考输入量得数值,跟踪误差为零得系统称为最少拍系统。
计算机控制系统得方框图为:图4-1 最少拍计算机控制原理方框图根据上述方框图可知,有限拍系统得闭环脉冲传递函数为:(4-1)(4-2)由(4-1) 、(4-2)解得:(4-3)首先要使系统得过渡过程在有限拍内结束,显然,这样对系统得闭环脉冲传递函数提出了较为苛刻得要求,即其极点应位于z平面得坐标原点处。
亦即希望系统得脉冲传递函数为(4-4)式中:F(z)为H(z)得分子多项式,k为某一整数。
式(4-4)表明H(z)得极点都在z平面得原点,系统得脉冲响应在经过了有限数k拍以后就变为零,过渡过程结束。
式(4-4)表明了离散系统中,为了使过渡过程较快地结束应符合得条件。
K就是个有限值,它至少应该就是什么数值呢？可以分析一下闭环传递函数H(z)。
将式(4-4)代入D(z)表示式,得(4-5)如果m与n分别为对象与保持器得组合脉冲传递函数G(z)得分子与分母得阶次,为式(4-5)中F(z)得阶次,要使D(z)能实现,就应使分母得阶次大于分子得阶次(4-6)由式(4-6)可见,当时,H(z)得分子常数,暂态响应得持续节拍数最少。
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。
最少拍控制系统
最少拍控制系统（Simulink 仿真实验）1. 实验目的与要求（1） 掌握最少拍有纹波、无纹波系统的设计方法； （2） 学会对最少拍控制系统的分析方法；（3） 了解输入信号对最少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：Windows2000 MATLAB6.0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，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，是系统输出值尽快地跟踪期望值的变化。
它的闭环Z 传函具有形式zzz z NN---+++=Φφφφ 221)(1在这里，N 是可能情况下的最小整数。
这一传函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 拍之内达到稳态。
其控制原理如图1-1：图1-1 最少拍系统控制原理图(1) 输入信号为单位阶跃信号； (2) 被控对象为：)252.1(1.2)(20+=s s sG ；(3) 采样周期T=1s 。
4．实验内容与步骤（1）按系统要求计算D(Z)为有纹波控制器和无纹波控制器；（2）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和单位速度信号，设计控制器，观察输入输出波形，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。
（4）比较有纹波与无纹波系统的区别，分析其原因。
5．思考与分析（1）最少拍受什么限制而使调整节拍增加？ （2）无纹波系统对控制器有何要求？（3）分析不同输入信号对最少拍控制系统的影响。
6．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图1-3 最少拍有纹波控制——控制器输出图1-4 最少拍有纹波控制——系统输出图1-2 单位阶跃输入下最少拍无纹波控制系统仿真结构模型图1-6 最少拍无纹波控制——控制器输出图1-7 最少拍无纹波控制——系统输出7．思考与分析（1）最少拍受什么限制而使调整节拍增加？答：最少拍受输入函数R（Z）的阶数限制，阶数越高，调整时间越长。
[整理版]最小拍控制系统
![[整理版]最小拍控制系统](https://img.taocdn.com/s3/m/e8c6b4cb5122aaea998fcc22bcd126fff7055ddc.png)
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。
最小拍控制系统及直流电机闭环调速控制系统设计和实现实验报告
最小拍控制系统及直流电机闭环调速控制系统设计和实现实验报告班级：xx姓名：xx学号：xx时间：第16周周日9-12节指导老师：xx老师最小拍控制系统一．实验目的1.掌握最小拍有纹波控制系统的设计方法。
2.掌握最小拍无纹波控制系统的设计方法。
二．实验设备PC机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX 系统板一块三．实验原理典型的最小拍控制系统如图4.1-1所示，其中 D(Z)为数字调节器，G(Z) 为包括零阶保持器在内的广义对象的Z 传递函数，Φ (Z)为闭环Z 传递函数，C(Z) 为输出信号的Z 传递函数，R(Z) 为输入信号的Z 传递函数。
1．最小拍有纹波系统设计。
图4.1-2是一个典型的最小拍控制系统。
针对阶跃输入，其有纹波系统控制算法可设计为：2．最小拍无纹波系统设计。
有纹波系统虽然在采样点上的误差为零，但不能保证采样点之间的误差值也为零，因此存在纹波现象。
无纹波系统设计只要使U(Z) 是Z-1的有限多项式，则可以保证系统输出无纹波。
即：式中 Pi 、Z i――分别是G(Z) 的极点和零点。
为了使U(Z) 为有限多项式，只要Φ (Z)的零点包含G(Z) 的全部零点即可，这也是最小拍无纹波设计和有纹波设计的唯一不同点。
如图4.1-2所示，针对单位斜波输入，无纹波系统控制算法可设计为：3．实验接线图。
图4.1-2所示的方框图，其硬件电路原理及接线图可设计如下，图中画“○”的线需用户在实验中自行接好，对象需用户在运放单元搭接。
上图中，控制计算机的“OUT1”表示386EX 内部 1 ＃定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259的7 号中断，用作采样中断，“DIN0”表示386EX 的I/O 管脚P1.0 ，在这里作为输入管脚用来检测信号是否同步。
4．数字控制的实现。
图4.1-4是数字控制器实现的参考程序流程图。
四．实验步骤1. 参考流程图4.1-4编写程序，检查无误后编译、链接。
计控实验四--最小拍系统设计
计控实验四--最小拍系统设计实验报告||实验名称最小拍系统设计实验课程名称计算机控制技术与系统||实验四 最少拍系统设计实验1、实验目的掌握最少拍系统的设计方法。
2、实验原理框图)(z HG3、实验要求设被控对象为要求：(1)采样时间T=1s ，采用零阶保持器，使用Matlab 求取出广义对象的z 传递函数； (2)设计单位阶跃输入下的最少拍控制器D(z)，给出设计过程； (3)控制系统仿真结果及分析（系统是否稳定？有无纹波？几步跟踪？）； (4)仿真系统对输入信号（斜坡、单位加速度）的灵敏性，观察系统性能变化。
4、实验过程4.1使用Matlab 求取Z 传函利用matlab 语句求取广义对象的Z 传递函数并将其转换为零极点形式，用到的程序如下: T=1; z0=[]; p0=[0 0 -1.252]; k0=2.1;G0=zpk(z0,p0,k0); sysd=c2d(G0,T,'zoh')得到的广义对象的z 传递函数为20.26304(z 2.827)(z 0.19)(z 1)(z 0.2859)++--1,)252.1(1.2)(20=+=T s s s G4.2单位阶跃输入下，理想最小拍系统的设计与仿真典型的输入函数为11(z )(z),q 1,2,3(1z )qA R --==-设闭环脉冲传递函数为(z)Φ，误差表达式设为(z)e Φ，数字控制器为D(z)。
则依据理想最小拍系统的设计原则有11(z)D(z),(z)(1z )(z)(z)1(z)p e F G -Φ=Φ=--Φ，(z)1(z),p q e Φ=-Φ=其中p 表示系统稳定所需要的拍数。
若要使数字控制器形势最简单，阶次最低，取F(z)=1，则11(z)1(z)(1z ),(z)1(1z )p p e --Φ=-Φ=-Φ=--单位阶跃输入r(t)=1对应的z 传递函数为11(z)(1z )R -=-单位阶跃输入对应的q=1，则p=1。
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。
实验四 最少拍控制算法研究(给学生)
实验四 最少拍控制算法研究一、实验目的1．学习并熟悉最少拍控制器的设计和算法； 2．研究最少拍控制系统输出采样点间纹波的形成； 3．熟悉最少拍无纹波控制系统控制器的设计和实现方法。
二、实验设备1．THBDC-1型 控制理论·计算机控制技术实验平台 2．PCI-1711数据采集卡一块3．PC 机1台(安装软件“VC++”及“THJK_Server ”)三、实验原理1）最小拍系统在采样控制系统中，通常把一个采样周期称作一拍。
在典型输入信号作用下，经过最少拍，使输出量采样时刻的数值能完全跟踪参考输入量的数值，跟踪误差为零的系统称为最少拍系统。
计算机控制系统的方框图为：图4-1 最少拍计算机控制原理方框图根据上述方框图可知，有限拍系统的闭环脉冲传递函数为：)()(1)()()()()(z G z D z G z D z R z C z H +==(4-1) )()(11)()()(1z G z D z R z E z H +==- (4-2) 由(4-1) 、(4-2)解得： )(1)()(1)(z H z H z G z D -⋅= （4-3）首先要使系统的过渡过程在有限拍内结束，显然，这样对系统的闭环脉冲传递函数)(z H 提出了较为苛刻的要求，即其极点应位于z 平面的坐标原点处。
亦即希望系统的脉冲传递函数为101()()k k kF z H z a a z a z z --=+++=（4-4） 式中：F(z)为H(z)的分子多项式，k 为某一整数。
式（4-4）表明H(z)的极点都在z 平面的原点，系统的脉冲响应在经过了有限数k 拍以后就变为零，过渡过程结束。
式（4-4）表明了离散系统中，为了使过渡过程较快地结束应符合的条件。
K 是个有限值，它至少应该是什么数值呢？可以分析一下闭环传递函数H(z)。
将式（4-4）代入D(z)表示式，得)]([)()(1)(1)()(1)(z F z z F z G z H z H z G z D k-⋅=-⋅=（4-5） 如果m 和n 分别为对象和保持器的组合脉冲传递函数G(z)的分子和分母的阶次，l 为式（4-5）中F(z)的阶次，要使D(z)能实现，就应使分母的阶次大于分子的阶次k n m l ≥-+ （4-6）由式（4-6）可见，当0l =时，H(z)的分子0()F z F ==常数，暂态响应的持续节拍数最少。
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。
系统控制实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 掌握系统控制的基本原理和方法。
2. 熟悉最少拍控制系统的分析方法。
3. 了解输入信号对最小拍控制系统的影响及其改进措施。
4. 培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理最少拍控制系统是一种直接数字设计方法，其目的是使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。
其闭环传递函数具有形式：\[ G(s) = \frac{1}{(z-1)^N} \]其中，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。
三、实验设备1. 硬件环境：- 微型计算机一台，Pentium 4以上各类微机2. 软件平台：- 操作系统：Windows 2000- 仿真软件：MATLAB6.0四、实验内容与步骤1. 计算控制器：- 按照系统要求计算最少拍有纹波控制器。
2. 构造系统结构图模型：- 在Simulink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。
3. 设计控制器：- 设计控制器，观察输入输出波型，标明参数，打印结果。
4. 观察系统输出波形：- 观察系统输出波形在采样点以外的波形。
五、实验结果与分析1. 单位阶跃输入下的最少拍有纹波控制系统：- 通过仿真，可以得到单位阶跃输入下的最少拍有纹波控制系统的输出波形，如图1-2所示。
- 从图中可以看出，系统在3个采样周期内达到稳态，且稳态误差较小。
2. 单位速度输入下的最少拍有纹波控制系统：- 通过仿真，可以得到单位速度输入下的最少拍有纹波控制系统的输出波形。
- 从图中可以看出，系统在3个采样周期内达到稳态，且稳态误差较小。
3. 输入信号对系统的影响：- 通过改变输入信号，可以观察到输入信号对系统输出波形的影响。
- 例如，当输入信号为单位阶跃信号时，系统输出波形呈现出明显的纹波现象；而当输入信号为单位速度信号时，系统输出波形则较为平滑。
最小拍控制系统
最小拍控制系统1.最少拍有纹波系统一．实验目的1．了解和掌握数字控制器的原理和直接设计方法。
2．了解和掌握用Z传递函数建立后向差分方程的方法。
3．完成对最少拍控制系统的设计及控制参数Ki、Pi的计算。
4．观察和分析最少拍控制系统的输出波形是否符合设计要求。
二．实验内容及步骤最少拍随动系统的设计任务就是设计一个数字调节器，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。
改变：积分环节的时间常数Ti=R2*C2=0.5S，惯性环节的时间常数T=R1*C1=0.5S，增益K=R1/R3=5，采样周期T=0.4秒。
观察实验结果。
实验截图如下：0.4s2.最少拍无纹波设计一．实验目的：。
1．了解和掌握最少拍控制系统纹波消除的方法。
2．观察和分析最少拍控制系统的输出波形是否符合设计要求。
二．实验内容及步骤本实验用于观察和分析输入为阶跃信号时被测系统的最少拍无波纹控制特性。
改变：积分环节的时间常数Ti=R2*C2=0.5S，惯性环节的时间常数T=R1*C1=0.5S，增益K=R1/R3=5，采样周期T=0.4秒。
观察实验结果。
实验截图如下：0.4s三．实验心得通过本次实验总体上进行的比较顺利，但就是计算时稍不认真就会算错，经过多次运算最终得到了正确的实验数据。
但是在实验中尽管能搭建好电路，按要求得到实验结果，但是并不了解实验的实质，多次被老师问住。
后来经过老师的讲解，才了解了实验的基本原理，了解到实验结果所表达的意思。
以后实验还是要着手于课本，认真了解实验原理。
离散控制系统最小拍控制器设计实验报告
离散控制系统——最小拍控制器设计实验报告一.实验目的：1.掌握无纹波或者有纹波的最小拍控制器的设计方法二.实验原理：1.在单位负反馈系统中设闭环传递函数为F(s),控制器传递函数D(s),被控对象传函为G(s),则D z =1G (z )F (z)1−F(z),由于被控对象的传函已经确定，因此要设计合适的控制器（即D （z ））就必须按求来确定F(z)2.按稳定性要求，当被控对象本身不稳定时，若既要保证闭环稳定，又要保证控制器本身稳定则F(z)与D(z)中都不能包含圆外极点。
则F(z)必须包含G(z)全部单位圆外（上）零点作为自己的零点；1-F(z)必须包含G(z)全部圆外（上）极点作为自己的零点3.按准确性要求，当要求系统无静差时，误差信号的稳态值为0，不同的标准信号可以写为R z =N (z)(1−z −1)q 的形式，则按照终止定理若要求e ∞=lim z→1 z −1 R(z)(1−F(z))=0则1-F(z)应至少包含(1−z −1)q 这一因子。
实际上也正因为这一点，最小拍控制器只是对某一类输入信号才有最好的控制效果4.按物理可实现性，当G(z)包含纯时延时，F(z)中因当包含对应项来对消其延时环节，以免D(z)中出现z 的正幂项5.按快速性要求，误差信号要尽快变为0，由于E z = 1−F z R z =N z Fn z ,其中Fn z 1−z −1 q =1−F(z)，所以当Fn(z)阶数最低时，响应最快，即实现了最小拍控制。
6.按前面的要求可以得到F z =z −m 1−a i z −1 u i =1(f0+⋯+f x z −x)1−F z =(1−z −1)q (1−b j z −1)(1+⋯+q y z −y)v j −1x=q+v-1,y=m+u-1 三.实验步骤设被控对象为sT s s s G 1,)1(10)(=+=则G z = 3.679 z + 2.642 z ^2 − 1.368 z + 0.3679 1.设计阶跃输入下的有纹波最小拍控制器 此时F(z)=z −1,则控制器为Dz =z 2− 1.368 z + 0.36793.679 z 2 − 1.036 z − 2.642,，系统阶跃响应如下2.设计阶跃响应下的无纹波最小拍控制器此时F z =0.5820z −1(1+0.7181z −1),则控制器为D z =0.582（1−0.3679z −1)3.679(1+0.418z −1)此时系统阶跃响应如图3.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 由于数字控制器的输出也为离散值所以，采取拉式变换可得如下两式 R s −C s =E s ,E ∗ s D ∗ s G s =C(s)于是E ∗s =R ∗(s )1+D ∗ s G ∗(s)则C s =R ∗ s1+D ∗ s G ∗sD ∗s G s02468101214161820Step ResponseTime (seconds)A m p l i t u d eStep ResponseTime (seconds)A m p l i t u d e则对于有纹波控制器C s =e −s ∙10s 2 s +1 ∙1−0.3679e −s3.679 1+0.718e −s ∙(1−e −s )对于无纹波控制器 C s =0.5820∙10s 2 s+1 ∙ 1−0.3679e −s 3.679(1−e −s )有纹波控制时的输出如下图图中可以明显看出在整数秒的采样点上，采样值都为1，但是采样值之间是有振荡的，因而是有纹波的无纹波控制时系统响应如下图Time (seconds)A m p l i t u d eTime (seconds)A m p l i t u d e对比可见系统达到稳定值后再无振荡即无纹波（注：以求无纹波时的系统为例展示如何使用指令求响应曲线>> s= tf('s'); gs=10/s/(s+1); fs=exp(-s);gxs=(1-0.3679*fs)/3.679; cs=(1-fs)*gs*gxs*0.582; t=0:0.2:10; ones(1,51);lsim(cs,ones(1,51),t)由于C(s)=C(s)*s/s 所以对C （s ）*s 求阶跃响应就相当于求出了c （t ））当s T ss G 1,1)(==时D z =z −11−z −14阶跃输入信号作用下，无纹波最小拍控制器设计D 1(z) 此时F(z)=2z −1−z −2,D z =1+11−z −1此时系统响应如下5斜坡输入信号作用下，无纹波最小拍控制器设计D 2(z) 此时F z =3z −1−3z −2+z −3,D z =3−3z −1+z −21−2z −1+z −2此时斜坡响应如下02468101214161820Step ResponseTime (seconds)A m p l i t u d e。
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βββ B 、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：。
最小拍控制系统课程设计
最小拍控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解最小拍控制系统的基本概念，掌握其原理和应用。
2. 学生能够掌握最小拍控制系统的数学模型，并能够运用相关公式进行计算。
3. 学生能够了解最小拍控制系统在不同场景下的优势和局限性。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计并实现一个最小拍控制系统。
2. 学生能够运用相关软件或工具进行最小拍控制系统的仿真和分析。
3. 学生能够运用逻辑思维和问题解决能力，针对给定问题，提出合理的最小拍控制系统解决方案。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对控制工程的兴趣，增强对自动化技术的认识和探索欲望。
2. 学生培养团队合作意识，学会与他人共同解决问题，提高沟通与协作能力。
3. 学生培养科学精神，学会严谨、客观地分析和评价控制系统，树立正确的工程观念。
分析课程性质、学生特点和教学要求：1. 本课程属于控制工程领域，具有理论性和实践性，要求学生具备一定的数学基础和编程能力。
2. 学生为高中年级，具有一定的物理和数学知识储备，具备初步的分析和解决问题的能力。
3. 教学要求注重理论与实践相结合，培养学生的动手能力和创新思维。
二、教学内容1. 最小拍控制系统的基本概念与原理- 系统稳定性与稳态误差- 最小拍控制系统的定义及特点- 控制系统性能指标：快速性、平稳性、准确性2. 最小拍控制系统的数学模型- 状态空间表达式- 传递函数及其性质- 控制器设计：PID控制器、状态反馈控制器3. 最小拍控制系统的设计与实现- 设计步骤和方法- 系统仿真与参数调试- 实际案例分析：工业生产、机器人控制等4. 教学内容的安排与进度- 第一章节：控制系统概述，介绍最小拍控制系统的基本概念与原理- 第二章节：数学模型，讲解最小拍控制系统的数学描述及控制器设计方法- 第三章节：最小拍控制系统设计与实现，通过实际案例分析，使学生掌握设计过程及方法5. 教材章节及内容列举- 教材第3章：控制系统数学模型- 教材第4章：控制器设计方法- 教材第5章：控制系统仿真与实现教学内容注重科学性和系统性，结合课程目标，按照教学大纲进行组织，使学生能够循序渐进地掌握最小拍控制系统的相关知识。
最少拍控制系统实验报告
计算机控制技术--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：计科0902班学号：姓名：指导老师：日期： 2012年12月15日一、实验目的：1．学习使用Matlab 设计最少拍控系统的方法； 二、实验工具：X86系统兼容型计算机、MATLAB 软件。
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210G ()(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。
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。
计控实验四-最少拍控制算法研究
东南大学自动化学院实验报告课程名称：计算机控制技术第 4 次实验实验名称：实验四最少拍控制算法研究院（系）：自动化学院专业：自动化姓名：学号：实验室：416 实验组别：同组人员：实验时间：2014年4月24日评定成绩：审阅教师：一、实验目的1．学习并熟悉最少拍控制器的设计和算法； 2．研究最少拍控制系统输出采样点间纹波的形成； 3．熟悉最少拍无纹波控制系统控制器的设计和实现方法。
二、实验设备1．THBDC-1型 控制理论·计算机控制技术实验平台 2．PCI-1711数据采集卡一块3．PC 机1台(安装软件“VC++”及“THJK_Server ”)三、实验原理1）最小拍系统在采样控制系统中，通常把一个采样周期称作一拍。
在典型输入信号作用下，经过最少拍，使输出量采样时刻的数值能完全跟踪参考输入量的数值，跟踪误差为零的系统称为最少拍系统。
计算机控制系统的方框图为：图4-1 最少拍计算机控制原理方框图根据上述方框图可知，有限拍系统的闭环脉冲传递函数为：)()(1)()()()()(z G z D z G z D z R z C z H +==(4-1) )()(11)()()(1z G z D z R z E z H +==- (4-2) 由(4-1) 、(4-2)解得： )(1)()(1)(z H z H z G z D -⋅= （4-3）首先要使系统的过渡过程在有限拍内结束，显然，这样对系统的闭环脉冲传递函数)(z H 提出了较为苛刻的要求，即其极点应位于z 平面的坐标原点处。
亦即希望系统的脉冲传递函数为101()()k k k F z H z a a z a z z--=+++=（4-4） 式中：F(z)为H(z)的分子多项式，k 为某一整数。
式（4-4）表明H(z)的极点都在z 平面的原点，系统的脉冲响应在经过了有限数k 拍以后就变为零，过渡过程结束。
式（4-4）表明了离散系统中，为了使过渡过程较快地结束应符合的条件。
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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()s
Ts
s -=，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。