基于Matlab的纯滞后控制系统设计

实验三实验三 基于基于 Matlab 的纯滞后控制系统设计的纯滞后控制系统设计 一 实验目的一 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 实验原理二 实验原理 1 Smith 预估补偿控制的设计预估补偿控制的设计 已知被控对象传递函数 1 30 2 3 2s 60s 1 s G se 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 控制规律增益积分时间 min i T 微分时间 min d T Pp K PI 0 83 p K0 5 s T PID 1 25 p K0 3 s T0 1 s T 2 Dahlin 算法的设计算法的设计 已知被控对象传递函数 2 10 2 100s 1 s G se 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 5s 10s 20s 设计 Dahlin 控制器 原理图参见课本 P129 4 3 2 小节 三 实验内容三 实验内容 1 按式按式 1 建立系统的建立系统的 Simulink 模型 应用模型 应用 Smith 预估补偿算法设计控制系统 消除滞后时预估补偿算法设计控制系统 消除滞后时 间的影响 并整定好间的影响 并整定好 PID 参数 与同一参数 与同一 PID 控制器对无滞后的被控对象控制结果相比较 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 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 与同一被控对象不带 Smith 预估补偿器的预估补偿器的 PID 控制系统相比较 观察仿真结果 记录实控制系统相比较 观察仿真结果 记录实 验曲线 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 按式 2 建立系统的建立系统的 Simulink 模型 设计模型 设计 Dahlin 控制器 改变期望闭环传递函数中的时控制器 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 间常数 观察不同的仿真结果 记录实验曲线 答 按式答 按式 2 建立系统的数字控制器函数 当建立系统的数字控制器函数 当T 5s 根据计算公式可得此控制器如下 根据计算公式可得此控制器如下 D z 当T 10s 同理可得 D z 当T 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 Sim