毕业论文（设计）-最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真实现

机控制技术》设计引言................................................................11、课题介绍.........................................................11.1、课程设计目的...............................................11.2、课程设计内容...............................................22、课题论证.........................................................22.1最少拍计算机控制系统.........................................32.2、最少拍有纹波控制系统.......................................32.3最少拍无纹波控制系统........................................43系统设计..........................................................53.1、单位阶跃信号输入时的最少拍无纹波设计.......................53.2单位速度信号输入时的最少拍无纹波设计........................104结果分析.........................................................164.1有纹波系统和无纹波系统的对比................................164.2最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题..................164.3Kd的变化对系统的影响.......................................185设计总结.........................................................20就占有更加重要的地位。课程设计通过对最少拍无纹波控制器的设计及仿真了解和掌握了最少波设计和有纹波设计。纹设计。而无波纹设计是指在典型输入信号的作用下，能反映在采样点信号上，也就是对采样点之间的信号，Z现方法。 1介绍1.1课程设计目的2究最少拍控制系统对典型输入的适应性及输出采样点间的纹波；4）研究输出采样点间的纹波消除方法以及最少拍无纹波控制系统对典型输入的性。6设计说明书。1.2课程设计内容统，对象：

G0(s)

1-1保持器：

H(s)

1eTs

1-2Kd=2、T1=1T2=1，选择采样周期T=1s计无纹波最少拍控制器，并分析仿真结果1.分别在单位阶跃/单位速度输入下设计无纹波有限拍控制器2.在Simulink仿真环境画出仿真框图及得出仿真结果，画出数字控制器和系统波形。3.与有纹波系统进行对比分析（选用单位速度输入进行对比分析即可）4.探讨最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题2论证2.1在典型输入信号（如阶跃信号、速度信号、加速度信拍（有限拍）使系统输出的系统稳态误差为零。因此，快速性和准确性。图2-1离散系统模型如图1的数字离散控制系统中，GC(S)为被控对象，其中H(S)=(1-e-TS)/S输出均为离散信号。Gc(s)——被控对象的连续传递函数D(z)——数字控制器的Z传递函数H(s)——零阶保持器的传递函数，T——采样周期广义对象的脉冲传递函数为：G(z)=Z[H(s)×G(s)] 2.2拍有纹波控制系统控制器原理方框图如图所示图2-2数字控制器原理方框图2.32.3.1产生纹波的原因：产生纹波的原因在于数字控制器u（k）经若干拍数后，不为常值或零，而在采样点之间产生波纹。2.3.2消除纹波的附加条件：系统的调整时间增加若干拍，增加的拍数等于（z）在单位圆的零点数目。2.3.3设计分析

准确性要求。系统对某种典型输入,在采样点上无稳态误差,对特定的参考输入信号在到达稳态后系统输出在采样点的值准确跟踪输入信号样点上的输出不存在稳态误差。

快速性要求。闭环系统过渡过程最短即最少采样点数内使采样点上稳态误差趋于零.即在各种使系统在有限拍内到达稳态的没计中系统跟踪输入量所需的采样周期数应为最少。

稳定性要求。系统输出在采样点上不发散、不振荡,且采样点之间也不能发散,当广义对象G(Z)含单位圆上或圆外零点或极点时,前（.可实现且应该是稳定的闭环系统。在采样点上的输出不存在稳态误差，但样点间的输出存在稳态误差的系统为有波纹最少拍控制系统。33.1输入时的最少拍无纹波设计⑴最少拍有纹波设计G=tf([2],[132])s^2+3s+20.3996z+0.147z^2-0.5032z+0.04979Samplingtime:1

G(z)

（3-11

(z)1e(z)z1e(z)(1z1)

3-12

D(Z)D(Z)

1(z)G(Z)e(Z)0.3996z1(1z1)(10.368z1)

（3-14④ 原理图：图3-11阶跃输入最少拍有纹波设计仿真原理图输出：图3-12阶跃输入最少拍有纹波系统输出器输出：输出：少拍无纹波设计①求该系统的广义脉冲传递函数G(z)(10.3676z1)(10.1356z1)②因G(Z)零点Z=-0.368，极点P0.3676,P

0.1356。

（3-16闭环脉冲传递函数(z)应选为包含G(Z)全部零点，所以：(z)1(z)az1(10.368z1)(z)由G(z)的不稳定极点和(z)的阶次来决定。所以选择：

（3-17(z)(1z1)(1bz1)

（3-18因(z)=1-(z)，将上述所得的(z)和(z)的值代入后，可得e (1z1)(1bz1)1az1(10.368z1) 所以解得a0.731,b0.269③求得控制器D(z)的传函为：D(Z)

1(z)G(Z)(Z)

1.83(10.3676z1)(10.1356z1)1 1

（3-20D(Z)1

原理图：结果图：有纹波系统的调整时间增加一拍，增加的拍数正好等于G(Z)在单位圆内的零点3.2少拍有纹波设计①求该系统的广义脉冲传递函数G(z)

（3-22 (z)1e(z)2Z1Z2 (z)(1Z1)2e

（3-24

D(Z)

1(z)G(Z)(Z)

（3-25D(Z)

22.006Z10.6028Z20.04979Z30.39960.6552Z10.1056Z20.147Z3

原理图：图3-19速度输入时的有纹波系统仿真图结果图：真结果可知：输出波形有纹波。少拍无纹波设计①求该系统的广义脉冲传递函数G(z)

（3-27

0.3676,P

0.1356。闭环脉冲传递函数(z)应选为包含G(Z)全部零点，所以：

（3-28(z)由G(z)的不稳定极点和(z)的阶次来决定。所以选择：(z)1(z)(1z1)2(1cz1)

（3-29由(z)1(z)得

（3-30展开对应系数相等，得：c=0.3413，a=1.6587，b=-0.9274③求得控制器D(z)的传函为：D(Z)

1(z)G(Z)(Z)

（3-31D(Z)

1.6587Z11.7621Z20.5493Z30.0462Z40.3996Z10.6628Z20.1268Z30.147Z4

原理图：结果图：G(Z)44.1位速度信号作为输入信号结果：分析：⑴无纹波系统的输出没有超调。⑵无纹波系统的调整时间(3T)比有纹波的调整时间长。⑶无纹波系统调整时间增加的拍数等于G(Z)在单位圆内的零点数目。4.2位阶跃输入的无纹波系统输入信号。分别改为单位速度信号和单位加速度信号结果图分析⑵位速度时，输出不能跟随输入。⑶位加速度时，输出不能跟随输入。面的结果可知：最少拍系统对输入信号的变化适应性较差。4.3Kd的变化对系统的影响③结果分析的稳定性。5本次课程设计，让我们感觉收获很多，首先是团队合作，其次是专业方面们感觉很愉快，前期资料的查找，中期的编程和仿真，。在这次学习中锻炼了自己的合作能力。本次课程设计，我们学习了最少拍无纹波及有