计控实验3 大林算法

1、实验三：大林算法实验三：大林算法 一、实验目的：一、实验目的： 1 1、对应纯滞后的被控对象，应采用大林算法。、对应纯滞后的被控对象，应采用大林算法。 （1 1）大林算法的设计准则：）大林算法的设计准则：对于一阶或二阶滞后系对于一阶或二阶滞后系 统，设计数字控制器统，设计数字控制器D(zD(z) )，使整个闭环系统的滞后与，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被控对象的滞后相同，消除滞后环节对系统稳定性的 影响。影响。 一阶滞后系统可表示为：一阶滞后系统可表示为： 闭环系统的传递函数：闭环系统的传递函数： sT s Ke sG 11 )( ST s e sG

2、H c 1 )( 式中式中T1T1为被控对象的时间常数，为被控对象的时间常数，为纯滞后时间，一般取采为纯滞后时间，一般取采 样周期样周期T T的整数的整数 =NT =NT。THTH为惯性时间常数为惯性时间常数。 （2 2）大林算法的设计步骤：）大林算法的设计步骤： 求求HG(Z)HG(Z) 构造构造Gc(ZGc(Z) ) 设计设计D(zD(z) ) 2 2、用、用MATLABMATLAB和和SimulinkSimulink仿真并仿真并检查输出结果是否符检查输出结果是否符 合控制系统设计要求。合控制系统设计要求。 1 1 1 1 1 11 1 1 Ze eN kz sT ke s e zzHG

3、T T T T NTsTs )( )( 1 ) 1( 1 )1 ( 1 1 )( Ze eZ ST e s e c TH T TH T N H NTsTs zzG )( )()( )( )( 11 1 1 1 111 11 N TH T TH T T T T T TH T zezeek zee zD 二、实验内容二、实验内容 1 1、已知被控对象的传递函数、已知被控对象的传递函数 ，若采样期，若采样期 T=1s,T=1s,用大林算法设计数字控制器用大林算法设计数字控制器D(Z)D(Z)，并用，并用MATLABMATLAB 检验系统的性能。检验系统的性能。 ) 1( )( 2 ss e sG S

4、 T T T HG(Z) r(t) R(Z) E(Z) T Y(Z) D(Z) H0(S) G(S) y(t) （1）设）设TH=2S，构造，构造Gc(S)，求，求D(Z)并仿真并仿真 （2）设）设TH=0.5S，构造，构造Gc(S)，求，求D(Z)并仿真并仿真 分析上述分析上述2种情况的不同，找出种情况的不同，找出TH设置的规律。设置的规律。 2 2、振铃现象与消除方式、振铃现象与消除方式 已知被控对象的传递函数已知被控对象的传递函数 ，若采样期，若采样期 T=0.5s,T=0.5s,取取TH=0.1STH=0.1S，用大林算法设计数字控制器，用大林算法设计数字控制器 D(Z)D(Z)，并用

5、，并用MATLABMATLAB检验系统的性能。检验系统的性能。 （1 1）说明振铃现象产生的原因？）说明振铃现象产生的原因？ （2 2）如何消除振铃？）如何消除振铃？ 1 )( s e c s sG SimulinkSimulink仿真仿真 （1 1）组图）组图 上图需要1个Step（阶跃）模块，2个Soope（示波 器）模块，1个Zero-Pole模块，1个Discrete Filter 模块和一个Zero-Order-Hold模块，一个Sum模块，一 个DelaY模块，分别选择并将其复制到新建文件窗口。 （2 2）连线和注释）连线和注释 将各模块按要求连接，双击连线出现文字填写框，将各模块

6、按要求连接，双击连线出现文字填写框， 可输入文本。可输入文本。 （3 3）设置参数）设置参数 Zero-Pole和 Discrete Zero-Pole需要设置参数。双 击图标，在参数表中填入：零点、极点、增益和采样 时间，并确定。 （4 4）仿真）仿真 点击Simulink normalstart；查看各示波器的波 形。 （3）上述系统D(z)分母有发散不稳定极点，采用 Gc（z）抵消,使系统稳定。设计使系统稳定的D(z)， 并用Simulink仿真并观察结果。 三、试验报告：报告内容三、试验报告：报告内容 （1）实验目的 （2）实验内容 （3）实验原理图 （4）实验线路连接 （5）实验步骤

7、 （6）实验结果 附录：计算机控制系统附录：计算机控制系统 MATLABMATLAB仿真仿真 MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科 学计算、可视化以及交互式程序设计的计算环境。 它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非 线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一 个易于使用的视窗环境中，可以进行矩阵运算、绘制 函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编 程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、 信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设 计与分析等领域。 一、离散控制系统的一、离散控制系统的MATLABMATLAB仿真仿真 （一）（一）Simulin

8、kSimulink仿真环境仿真环境 SimulinkSimulink是是MATLABMATLAB的仿真工具箱，可以用来进行动的仿真工具箱，可以用来进行动 态系统的建模、仿真和分析；支持连续系统、离散系态系统的建模、仿真和分析；支持连续系统、离散系 统及非线性系统。统及非线性系统。 SimulinkSimulink是面向框图的仿真软件，有以下功能：是面向框图的仿真软件，有以下功能： （1 1）用绘制方框图代替仿真软件，结构清晰）用绘制方框图代替仿真软件，结构清晰; ; （2 2）仿真准确，运行速度快，自动建立各环节的方）仿真准确，运行速度快，自动建立各环节的方 程并仿真程并仿真; ; （3 3）

9、适应面广，可用于连续、离散和混合系统。）适应面广，可用于连续、离散和混合系统。 1 1、启动、启动MATLABMATLAB 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 （6）开始按钮 菜单 工具栏 工作空 间窗口 命令 窗口 历史 命令 窗口 开始按钮 2 2、进入、进入SimulinkSimulink 在命令窗口输入在命令窗口输入 “Simulink”Simulink”，或，或 单击工具栏中单击工具栏中 的的 图标，打开图标，打开 Simu

10、linkSimulink模块库浏模块库浏 览器。览器。 （二）（二）SimulinkSimulink的的模块库模块库 通用模块通用模块 连续模块连续模块 非连续模块非连续模块 离散模块离散模块 接收模块接收模块 输入信号源输入信号源 数学运算数学运算 端口与子系统端口与子系统 1.1.输入信号源模输入信号源模 块库块库(Sources) (Sources) 主要有：主要有： ConstantConstant（常数）（常数） StepStep（阶跃信号）（阶跃信号） RampRamp（线性信号）（线性信号） Sine WaveSine Wave（正弦信号）（正弦信号） Signal Genera

11、torSignal Generator（信（信 号发生器）号发生器） From FileFrom File（文件获取）（文件获取） From WorkspaceFrom Workspace（矩阵（矩阵 读数据）读数据） ClockClock（仿真时钟）（仿真时钟） InIn（输入模块）（输入模块） 2. 2. 接收模块库接收模块库(Sinks)(Sinks) 接收模块是用来接收模接收模块是用来接收模 块信号的。块信号的。 主要有：主要有： ScopeScope（示波器）（示波器） DisplayDisplay（数字显示）（数字显示） XY GraphXY Graph（信号关系图）（信号关系图）

12、 To FileTo File（数据保存）（数据保存） To WorkspaceTo Workspace（写成矩阵）（写成矩阵） Stop SimulationStop Simulation（终止）（终止） OutOut（输出）（输出） 3. 3. 连续系统模块库连续系统模块库 (Continuous)(Continuous) 连续系统模块是构成连续连续系统模块是构成连续 系统的环节系统的环节 。 主要有：主要有： IntegratorIntegrator（积分）（积分） DerivativeDerivative（微分（微分) ) State-SpaceState-Space（状态方程）（状态

13、方程） Transfer FcnTransfer Fcn（传递函数）（传递函数） Zero-PoleZero-Pole（零极点）（零极点） Transport DelayTransport Delay（延时）（延时） 4 4、离散系统模块、离散系统模块 （DiscreteDiscrete）连续系连续系 统模块是构成连续系统模块是构成连续系 统的环节统的环节 。 主要有：主要有： Discrete State-SpaceDiscrete State-Space （状态方程）（状态方程） DiscreteDiscrete Transfer FenTransfer Fen （传递函数）（传递函数）

14、DiscreteDiscrete Zero-Pole Zero-Pole （零极点）（零极点） Unit DelayUnit Delay（延时）（延时） Zero-order HoldZero-order Hold（0 0阶阶 保持器）保持器） （三）（三） SimulinkSimulink的文件操作的文件操作 1 1、SimulinkSimulink模型的文件为模型的文件为MDLMDL模型文件，其扩展名模型文件，其扩展名 为为“. .mdlmdl”，是以是以ASCASC码形式存储的码形式存储的。 （1 1） 新建文件新建文件 在在MATLABMATLAB命令窗口选择：命令窗口选择：FILEN

15、EWModel FILENEWModel 或单或单 击工具栏中的击工具栏中的“ ”“ ”图标，保存生成图标，保存生成名名. .mdlmdl文件。文件。 （2 2） 打开文件打开文件 在在MATLABMATLAB命令窗口选择：命令窗口选择：FILEOPEN FILEOPEN 或单击工具或单击工具 栏中的栏中的“ ”“ ”图标，选择已保存的图标，选择已保存的名名. .mdlmdl文件打开。文件打开。 （3）模型窗口由菜单、工具栏、模型浏览器窗口、）模型窗口由菜单、工具栏、模型浏览器窗口、 模型框图窗口以及状态栏组成。模型框图窗口以及状态栏组成。 2 2、SimulinkSimulink模型组成模型组成 通常由三部分组成：输入信号源通常由三部分组成：输入信号源(Source)(Source)、系统系统 (System)(System)以及接收模块以及接收模块(Sink) (Sink) 。 3 3、模块的操作、模块的操作 （1） 对象的选定 （2） 模块的复制 （3） 模块的移动 （4） 模块的删除 （