計算機控制技術(shù)實驗指導(dǎo)書

1、、實驗?zāi)康膶嶒炓蛔钌倥臒o波紋系統(tǒng)的設(shè)計和仿真1、了解并掌握最少拍無波紋數(shù)字調(diào)節(jié)器的設(shè)計方法。2、掌握用Matlab進行仿真的方法。3、觀察有波紋無波紋數(shù)字調(diào)節(jié)器的差別。二、實驗設(shè)備PC 機（Matlab 軟件）三、實驗原理1、最少拍系統(tǒng)(有波紋或無波紋)的設(shè)計可分如下所示三個步驟:第一歩第二歩笫三步其中每一步所要做的工作是: 第一步主要根據(jù)性能要求和約束條件確定所需的叭Z)。性能要求和約束條件有 穩(wěn)定性一一閉環(huán)系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的。準(zhǔn)確性一一控制系統(tǒng)對典型輸入必須無穩(wěn)態(tài)誤差。本節(jié)僅指在采樣點上無穩(wěn)態(tài) 誤差，后面還要研究采樣點間也無誤差的系統(tǒng) (即最少拍無波紋系統(tǒng))?？焖傩砸灰贿^渡過程應(yīng)盡快結(jié)束，即

2、調(diào)整時間為有限步，且步數(shù)是最少的。物理可實現(xiàn)性一一設(shè)計出的D(z)必須是物理上可實現(xiàn)的。第二步主要是由*(z)確定D。依據(jù)的公式為D(z)=*(z)/G(zWe(z) 0第三步根據(jù)D(z)編制控制算法的程序。2、設(shè)G(z)有w個零點乙乙,Zw , v個極點P1, p2 , Pv,廣義對象含有一純滯后為r個采樣周期的環(huán)節(jié):-q-v41aq Hvz）w*（zzn （1 牛4）1+a2z+ +i =1其中z1的幕次增加了 w-u，相應(yīng)地*e(z)中的最高次幕也應(yīng)增加 w-u次,vq*zr*e（z）（1-Pi 2）（1 -z）CI + fiZr+fiz11被控對象G0(s) =一s(s +1)四、實驗

3、要求e二，取T =ls，試針對單位階躍輸入設(shè)計最少拍有波紋與無波紋D(z)，用Matlab軟件進行仿真，分別觀察系統(tǒng)的輸出，并考察它們的 控制量U(z)的輸出。五、思考題1最少拍有波紋系統(tǒng)中波紋產(chǎn)生的原因是什么？實驗二積分分離數(shù)字式PID調(diào)節(jié)器控制算法仿真1、 了解并掌握積分分離數(shù)字PID控制算法的應(yīng)用。2、掌握用Matlab進行仿真的方法。3、了解PID參數(shù)整定的方法及參數(shù)整定在整個系統(tǒng)中的重要性。二、實驗設(shè)備PC 機(Matlab 軟件)三、實驗原理1、基本的PID控制算法：積分分離式PID控制算法的基本是想是，偏差大時取消積分作用，以避免積分作用使 系統(tǒng)穩(wěn)定性變差；小偏差時，啟動積分作用

4、，以便消除靜差，提高控制精度。這樣既能保證 系統(tǒng)無靜差，又可改善系統(tǒng)動態(tài)性能。其控制算法為:ku(k)=Kpe(k)+aKi2 e(j) + Kd也e(k)j生e(k) E式(6-17)中,E為積分分離閾值，該值的大小非常重要，根據(jù)實際系統(tǒng)的控制情況選定。2、數(shù)字PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定：為使系統(tǒng)性能滿足一定的要求，必須確定算法中各參數(shù)的具體值，這就是參數(shù)整定。參數(shù)整定是十分重要的， 調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)整定的好壞直接影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。要想快速、靈活的將參數(shù)整定好，首先應(yīng)透徹理解這些參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響：增大比例系數(shù)，一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，這在有靜差系統(tǒng)中有利于減小靜差，但過大會使系統(tǒng)有較大超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩

5、，使穩(wěn)定性變壞。增大積分時間（積分作用減弱）有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但 系統(tǒng)靜差消除的過程將隨之減慢。增大微分時間（微分作用增強）有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對擾動有較敏感的響應(yīng)。四、實驗要求10(5s+1)1、被控對象GoG） es，采樣周期T=0.5，在Matlab環(huán)境中，按照給定對象，設(shè)計位置式積分分離PID算法進行控制系統(tǒng)仿真，對各參數(shù)進行整定，觀察系統(tǒng)響應(yīng)曲線，直到獲得滿意的響應(yīng)曲線。2、設(shè)計普通 PID 線；然后對比積分分離3、完成實驗報告?？刂葡到y(tǒng)進行對比仿真，觀察系統(tǒng)響應(yīng)曲線，直到獲得滿意的響應(yīng)曲五、思考題PID 算法進行控制系統(tǒng)輸出曲線

6、。1比較積分分離PID 算法和位置式 PID 算法的優(yōu)劣。、實驗?zāi)康膶嶒炄?大林算法的離散化設(shè)計與仿真1、了解并掌握積大林算法的設(shè)計方法。2、掌握用Matlab進行仿真的方法。3、觀察系統(tǒng)輸出出現(xiàn)的振鈴現(xiàn)象及提出解決方法。二、實驗設(shè)備PC 機（Matlab 軟件）三、實驗原理大林算法設(shè)計步驟是:e$1.根據(jù)被控對象提出設(shè)計的目標(biāo)： *(s)= TS+12.離散化廣義被控對象G(s)和(s)3.根據(jù)D(z)=G；E求出D四、實驗要求10 一1針對被控對象G0(s)=申采樣周期T=0.5在Matlab環(huán)境中，用大林算法設(shè)計離散控制器 D(z)，觀察系統(tǒng)響應(yīng)曲線，若系統(tǒng)輸出存在振鈴現(xiàn)象，試消除之。2、完成實驗報告。實驗四.Smith補償算法的離散化設(shè)計與仿真1、了解并掌握Smith補償器的設(shè)計方法。2、掌握用Matlab進行仿真的方法。二、實驗設(shè)備PC 機（Matlab 軟件）三、實驗原理Smith補償器設(shè)計的方法試: 1.根據(jù)被控對象提出 Smith補償器：Gp(S)=Gd(s)(1 e力2.用零階保持器離散化方法離散化Gp(s)四