08011331计控试验-纯滞后系统大林控制

1、实用标准文档东南大学自动化学院实验报告课程名称：计算机限制技术根底第四次实验实验名称：具有纯滞后系统的大林限制院系：自动化学院专 业：自动化姓 名： 郭劲廷 学 号： 08011331实验室：常州楼419实验组别:同组人员： 实验时间：2021年4月28日评定成绩：审阅教师：文案大全实用标准文档实验五具有纯滞后系统的大林限制一、实验目的1 . 了解大林限制算法的根本原理；2 .掌握用于具有纯滞后对象的大林限制算法及其在限制系统中的应用.二、实验设备1. THBDC-1型限制理论计算机限制技术实验平台2. PCI-1711数据采集卡一块3. PC 机 1 台安装软件 “ VC+ 及 “ THJK

2、_Server 三、实验原理在生产过程中,大多数工业对象具有较大的纯滞后时间,对象的纯滞后时间对限制系统的限制性能极为不利,它使系统的稳定性降低,过渡过程特性变坏.当对象的纯滞后时间 T与对象的惯性时间常数 T1之比,即T/T120.5时,采用常规的比例积分微分 PID限制, 很难获得良好的限制性能.长期以来,人们对纯滞后对象的限制作了大量的研究,比拟有代表性的方法有大林算法和纯滞后补偿Smith预估限制.本实验以大林算法为依据进行研究,大林算法的被控对象是带纯滞后的一阶或二阶惯性 环节.即G(s) =KeT1s 1G(s)=Ke-s(TiS 1)(T2s 1)本实验被控对象为带纯滞后的一阶惯

3、性环节.式中：E为纯滞后时间,为方便起见假设为采样周期T的整数倍=NT大林算法的主要设计目标是系统在单位阶跃输入作用下,整个闭环系统的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联.即H(s)=一 seToS 1(5-1)要求整个闭环系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间.与Hs相对应的闭环系统脉冲传递函数为1 -e*TH(z)=Z s. NTs工-N / 二z (1-)Z1 z-Nz z (1 一T7r(1-eT)zz )工(1-z)(1-eTz)_(1-eFN 1)TTO i1 -e 0z(5-2)文案大全实用标准文档将上式代入式D(z) = 1H(z中,得G(z) 1-H(z)D(z)

4、T(1.ez,N1)TTG(z)1 e斤0z_(1eF)z,N d)(5-3)当对象为一阶惯性环节加纯滞后时STG(z)=Z上且- sNTsKe 1T1s 1_N_Kz (1 -z )ZTT11Kz(1-zA)(1-e )zz(1-z)(1 -e,1z)= Kz“N1)(1-eT1)TT, J1 -e 1z(5-4)将式5-4代入式5-3得一阶惯性环节的限制器的D(z)为D(z)=TT(1-eTo)(1-eT1z)TTTK(1 -e T1)1 -e Toz-(1-e To)z* d)由上式,限制算法为TT T用4工(不小u(k)=e ou(k -1) (1 -e 0)u(k -N -1) e-

5、e(k) -(-ee(k1)K(1-e1)K(1 -e1)文案大全实用标准文档四、实验步骤1、仔细阅读“PCI-1711数据采集卡驱动函数说明.doc 和“THJK-Server软件使用说明.doc 文档,掌握PCI-1711数据采集卡的数据输入输出方法和THJK-Server软件及相关函数的使用方法.2、对象的传递函数为：Ke-sG0s=2,t =NTT1S 1上式中,滞后环节 e-s由上位机软件模拟函数 ADinputDelay实现,t为滞后时间, 这里取七=NT , T为采样周期.对象的其它局部由如下电路来模拟：图5-1模拟对象电路3、系统接线图如图5-2所示：图5-2系统接线图根据上图

6、接线.4、根据此被控对象设计大林限制算法并编程序实现.5、翻开大林算法实验文件夹下. dsw工程文件,源程序中缺少大林限制器算法程序,请同学用设计好的限制器算法编写程序选取T0=0.1s, N=15.6、源程序编译通过后,先启动 THJK_Server波形显示软件,再执行程序代码,在显示 界面出现的曲线并稳定后初始化后 ,把+5V电源打到“开状态,观测并记录系统的响文案大全实用标准文档应曲线.在实验结束后,在键盘上先按下“e,再按下“ Enter 回车键键,程序退出.7、在纯滞后时间较大的情况下可取N=58 ,试用数字PID算法来限制效果较差,观察输出曲线,并与采用大林限制算法限制效果相比拟并

7、分析.8、选取To=0.01s, N=1时,将看到限制器输出存在振铃现象,采用计算机限制技术教材P99的振铃消除方法来消除振铃现象.五、实验报告要求1、编程实现大林限制算法(选取 To =0.1s,可取N=15).ei=sv-fVoltage;x1=exp(-Ts/T0);x2=exp(-Ts/T1);a0=(1-x1)/(k*(1-x2);a1=x2*(1-x1)/(k*(1-x2);b1=exp(-Ts/T0);b2=1-exp(-Ts/T0);output0=b1*output1+b2*outputN+1+a0*ei-a1*eix;eix=ei;for(int j=N;j=0;j-)ou

8、tputj+1=outputj; 2、编程实现采用数字PID来限制的算法(可取N=58,限制效果较差)/PID 算法函数：pid0=P;pid1=I;pid2=Ddouble PID(double ei, double *pid,double Ts) static double ex=0,ey=0;static double q0=0;static double q1=0;static double q2=0;static double op=0;q0=pid0*(ei-ex);比例项if (pid1=0)q1=0;elseq1=pid0*Ts*ei/pid1;当前积分项q2=pid0*pid

9、2*(ei-2*ex+ey)/Ts;微分项ey=ex; ex=ei;op=op+q0+q1+q2;return op;文案大全T0=0.01s, N=1).实用标准文档3、编程实现消除振铃现象后的大林限制算法(选取x1=exp(-Ts/T0);x2=exp(-Ts/T1);a0=(1-x1)/(k*(1-x2)*(2-x1);a1=x2*(1-x1)/(k*(1-x2)*(2-x1);b1=1;output0=b1*output1+a0*ei-a1*eix;eix=ei;for(int j=N;j=0;j-)outputj+1=outputj; 4、在纯滞后时间较大的条件下(可取 N=58),

10、比拟采用大林限制与数字PID限制后的响应曲线并分析.(1)数字PID限制 N=5时(2)大林限制a.当N=1 , To = 0.1s时,采用大林算法限制后的响应曲线.文案大全实用标准文档b.当N=5, T0=0.1s时,采用大林算法限制后的响应曲线.c.当N=1, To = 0.01s时,采用大林算法限制后的响应曲线.文案大全实用标准文档d.当N=5, T0 = 0.01s时,采用大林算法限制后的响应曲线.分析：对具有纯滞后过程的系统,采用大林算法可以很好地限制,以提升系统稳定性,改善过渡过程.增大N的值,即增大了纯滞后时间,系统的响应曲线更加滞后.通过比拟,可以 发现,当对象的纯滞后时间 工

11、与对象的惯性时间常数 T1之比,即T/T1之0.5时,采用常规 的比例积分微分PID限制,很难获得良好的限制性能.e.当N=1 , T0 =0.01s时,采用大林算法限制后的响应曲线存在振铃现象.文案大全实用标准文档f.当N=1 , To =0.01s时,采用消除振铃的大林算法限制后的响应曲线.*33B gd 也 96Mfl. 7530S919039,隔9.3056 359 3639.722分析：振铃现象是指计算机的输出以 1/2采样频率大幅度上下摆动的现象. 这一摆动将使执行 机构的磨损增加而很快损坏. 在有耦合作用的多回路限制系统中, 振铃现象还可能破坏稳定 性,因而必须设法消除.六.实验总结：在实验中,我知道了产生振铃