基于Matlab的纯滞后控制系统设计

实验三 基于Matlab 的纯滞后控制系统设计

一、实验目的

1) 学习使用simulink 进行Smith 预估补偿控制的设计方法。 2) 学习使用simulink 实现Dahlin 算法的设计方法。

二、实验原理

1. Smith 预估补偿控制的设计 已知被控对象传递函数：

302

3()2s +60s+1

s

G s e -=

(1) 应用Smith 预估补偿算法设计控制系统，并采用PID 控制。原理图参见课本P127图4-21和P128图4-22。

表1衰减曲线法整定控制器参数经验公式

2. Dahlin 算法的设计 已知被控对象传递函数：

102

()100s+1

s G s e -=

(2)

采样周期为2s ，选择期望闭环传递函数中的时间常数分别为T τ=5s ，10s ，20s ，设计Dahlin 控制器。原理图参见课本P129 4.3.2小节。

三、实验内容

1)按式(1)建立系统的Simulink模型，应用Smith预估补偿算法设计控制系统，消除滞后时

间的影响，并整定好PID参数。与同一PID控制器对无滞后的被控对象控制结果相比较，记录实验曲线。

据Smith预估补偿算法建立滞后系统的Simulink模型原理图：

图1 系统的Simulink模型仿真图

图2 控制系统整定好PID参数的曲线图

b）与同一PID控制器对无滞后的被控对象控制结果相比较

图3 同一PID控制器对无滞后的被控对象控制Simulink仿真图

图4 同一PID控制器对无滞后系统的仿真曲线图

2）与同一被控对象不带Smith预估补偿器的PID控制系统相比较，观察仿真结果，记录实验曲线。

不带Smith预估补偿器的PID控制系统Simulink仿真图如下

仿真图如下：

图5 不带

Smith预估补

偿器的PID

控制系统曲

线图

当加入离散

控制器和零

阶保持器时，

观察和比较

实验图。

图6 有离散控制器和零阶保持器的Simulink仿真图

图7 离散控制器和零阶保持器的仿真曲线图

3）按式(2)建立系统的Simulink模型，设计Dahlin控制器。改变期望闭环传递函数中的时间常数，观察不同的仿真结果，记录实验曲线。

答：按式(2)建立系统的数字控制器函数，当Tτ=5s，根据计算公式可得此控制器如下：

D(z)=

当Tτ=10s，同理可得：

D(z)=

当Tτ=20s，同理可得：

D(z)=

根据控制系统原理框图可得Simulink模型图

图8 Dahlin控制系统的Simulink原理图

=5s，10s，20s的仿真曲线图：

根据图8，改变D(z)时间参数依次可得T

τ

图9 Dahlin控制系统的仿真曲线图