最少拍無紋波計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計001

1、最少拍無紋波計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)教師評定成績：.計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計報告設(shè)計題目：最少拍無紋波計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真學(xué)生姓名：專業(yè)：班級：學(xué)號：指導(dǎo)教師：最少拍無紋波計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計2011 年 12 月 11 日最少拍無紋波計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真摘要最少拍系統(tǒng)設(shè)計是以采樣點(diǎn)上誤差為零或保持恒定為基礎(chǔ)， 采用Z變換方法進(jìn)行設(shè)計并保證采樣點(diǎn)之間的誤差也為零或保 持恒定值，因此在采樣點(diǎn)之間可能存在波紋，即在采樣點(diǎn)之間 有誤差存在，這就是有波紋設(shè)計。而無波紋設(shè)計是指在典型輸 入信號的作用下，經(jīng)過有限拍系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，并且在采樣點(diǎn)之 間沒有波紋，輸入誤差為零。即要求采樣點(diǎn)之間產(chǎn)生的波紋不 能反

2、映在采樣點(diǎn)信號上， 也就是對采樣點(diǎn)之間的信號，不能形 成閉環(huán)控制。要得到無波紋系統(tǒng)設(shè)計， 其閉環(huán)Z傳遞函數(shù)(z)必須包含被控制對象G(z)的所有零點(diǎn)。設(shè)計的控制器D(Z)中消除了引起紋波振蕩的所有極點(diǎn)，采樣點(diǎn)之間的波紋也就消 除了。系統(tǒng)的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)(z)中的1的幕次增高，系統(tǒng)的 調(diào)整時間ts就增長。本文以實例來介紹最少拍無波紋控制的實現(xiàn)方法。關(guān)鍵詞：最少拍 無波紋 控制系統(tǒng)設(shè)計目的1學(xué)習(xí)并掌握有紋波最少拍控制器的設(shè)計和MATLA實現(xiàn)方法；2.研究最少拍控制系統(tǒng)對三種典型輸入的適應(yīng)性及輸出采樣點(diǎn)間的紋波3.學(xué)習(xí)并掌握最少拍無紋波控制器的設(shè)計和MATLA實現(xiàn)方法；4研究輸出最少拍無紋波計算機(jī)控

3、制系統(tǒng)設(shè)計采樣點(diǎn)間的紋波消除方法以及最少拍無紋波控制系統(tǒng)對三種典型輸入的適應(yīng)性二、設(shè)計分析(1)準(zhǔn)確性要求。系統(tǒng)對某種典型輸入，在采樣點(diǎn)上無穩(wěn)態(tài)誤差，對特定的參考輸入信號在到達(dá)穩(wěn)態(tài)后系統(tǒng)輸出在采樣點(diǎn)的值準(zhǔn)確跟 蹤輸入信號即采樣點(diǎn)上的輸出不存在穩(wěn)態(tài)誤差。(2)快速性要求。閉環(huán)系統(tǒng)過渡過程最短，即最少采樣點(diǎn)數(shù)內(nèi)使采 樣點(diǎn)上穩(wěn)態(tài)誤差趨于零.即在各種使系統(tǒng)在有限拍內(nèi)到達(dá)穩(wěn)態(tài)的沒計 中系統(tǒng)準(zhǔn)確跟蹤輸入量所需的采樣周期數(shù)應(yīng)為最少。(3)穩(wěn)定性要求。系統(tǒng)輸出在采樣點(diǎn)上不發(fā)散、不振蕩，且采樣點(diǎn)之間也不能發(fā)散,當(dāng)廣義對象G( Z)含單位圓上或圓外零點(diǎn)或極點(diǎn) 時,前面兩步設(shè)計出的(z),不能保證穩(wěn)定性要求.數(shù)字控

4、制器必須在物理上可實現(xiàn)且應(yīng)該是穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng)。在采樣點(diǎn)上的輸出不 存在穩(wěn)態(tài)誤差，但在采樣點(diǎn)間的輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差的系統(tǒng)為有波紋最 少拍控制系統(tǒng)。本文采用下圖所示的計算機(jī)控制系統(tǒng)模型。最少拍無紋波計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計D(S)為數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)，H。(S)為零階保持器，Go( S)為被控對象的傳遞函數(shù)，r(t)為系統(tǒng)輸入，C ( t )為系統(tǒng)輸出.由模型可知，系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)(Z)為：(Z)=C(z)_D(Z)G(Z)()=R(Z) 1 D(Z)G(Z)誤差脈沖傳遞函數(shù)e ( Z)為:數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D ( Z)為:D ( Z)=醤宀(1)單位階躍輸入系統(tǒng)廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)為

5、Ts11G(Z)=Z1e10=0.368z (1 0.717Z )sS(0.1S 1)(1 z1)(1 0.368z1)e ( Z)=E=!R(Z)(Z)=11 D(Z)G(Z)設(shè)對象傳遞函數(shù)G(S)=10S(0.1S 1)采樣周期T=0.1S最少拍無紋波計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計因G(Z)有Z1因子，零點(diǎn)Z=-0.707，極點(diǎn)巳=1,P20.368r閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)(Z)應(yīng)選為包含Z因子和G(Z)的全部零點(diǎn),最少拍無紋波計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計所以(Z)=1- e ( Z)=a Z1(1+0.717 Z1)e ( Z)應(yīng)由輸入形式、(Z)的不穩(wěn)定極點(diǎn)和(Z)的階次三者來決定。所以選擇e ( Z)=(1-

6、Z1)(1+b Z1)式中(1- Z1)項是由輸入形式?jīng)Q定的，(1+b Z1)項則由e ( Z)與(Z)的相同階次決定。e ( Z)=1- ( Z)，將上述所得e ( Z)與(Z)值代入后，可得(1- Z1)(1+b Z1)=1- a Z1(1+0.717 Z1)所以，解得a=0.5824，b=0.4176.于是便可求出數(shù)字控制器的脈沖傳 遞函數(shù)為D(Z)=1e(z)=1.5826(1 0.368Z、G(Z)e(z)(1 0.4176z1)由U(Z)可判斷所設(shè)計的D ( Z)是否最少拍無波紋數(shù)字控制器系統(tǒng)，由式U(Z)= D ( Z) e ( Z)R(Z)可得U(Z)= D ( Z) e (

7、Z)R(Z)= 1.5862-0.5824 Z1由Z變換知：U(0)=1.5862U(T)=-0.5824U(2T)=U(3T)=0(1 z1)(1 0.417z1).1.5826(1 0.368Z1)1 1(1 z )(10.4176z )最少拍無紋波計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計可見，系統(tǒng)經(jīng)過兩拍后，即k=2,U(KT)=0,其輸出響應(yīng)曲線無波紋 地跟隨輸入信號，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間為ts=2T=0.2S(2)單位速度輸入U(Z)= D ( Z) e ( Z)R(Z)11.5826(1.368了)(1-Z1)(1+0.4176 Z(1 0.4176Z1)=0.1528Z1+0.0946Z2+0.0946Z3+

8、.由Z變換定義可知:U(0)=0U(T)=-0.1528U(2T)=U(3T)=0.0946可見，系統(tǒng)經(jīng)過二拍后亦達(dá)到穩(wěn)定，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間ts=2T=0.2S;但0.1528Z0.05823ZTZ11)(1 Z1)2最少拍無紋波計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)存在固定的穩(wěn)定誤差，因為E(Z)二e ( Z)R(Z)TZ1(1-Z1)(1+0.4176 Z1)IZ1 2(1 Z1)2=0.1 Z1+0.1418 Z2+0.1418 Z3+0.1418Z4+所以e（KT）序列的結(jié)果表明，系統(tǒng)經(jīng)兩個節(jié)拍后，e（KT）亦達(dá)到穩(wěn)定且無波紋，但存在固定的誤差0.1418。系統(tǒng)的響應(yīng)曲線如下圖三、設(shè)計總結(jié)通過本次課程設(shè)計

9、，我對計算機(jī)控制技術(shù)的知識更加了解，基本清楚了計算機(jī)控制技術(shù)的基本原理。特別是最少拍無波紋控 制系統(tǒng)的原理。通過課程設(shè)計，我進(jìn)一步學(xué)習(xí)與理解計算機(jī)控制 系統(tǒng)的構(gòu)成原理、接口電路與應(yīng)用程序，進(jìn)一步鞏固與綜合專業(yè) 基礎(chǔ)知識和相關(guān)專業(yè)課程知識，提咼了運(yùn)用理論知識解決實際問 題的實踐技能；培養(yǎng)了獨(dú)立自主、綜最少拍無紋波計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計合分析的思維與創(chuàng)新能力，最少拍無紋波計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 同時，通過資料搜集、方案分析、系統(tǒng)設(shè)計與報告撰寫的一系列 過程，得到一次科學(xué)研究工作的初步訓(xùn)練。同時，也知道了最少拍系統(tǒng)設(shè)計是以采樣點(diǎn)上誤差為零或 保持恒定為基礎(chǔ)，采用Z變換方法進(jìn)行設(shè)計并保證采樣點(diǎn)之間 的誤差也為

10、零或保持恒定值，因此在采樣點(diǎn)之間可能存在波紋， 即在采樣點(diǎn)之間有誤差存在， 這就是有波紋設(shè)計。 而無波紋設(shè) 計是指在典型輸入信號的作用下，經(jīng)過有限拍系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，并且在采樣點(diǎn)之間沒有波紋， 輸入誤差為零。即要求采樣點(diǎn)之 間產(chǎn)生的波紋不能反映在采樣點(diǎn)信號上，也就是對采樣點(diǎn)之間 的信號， 不能形成閉環(huán)控制。 要得到無波紋系統(tǒng)設(shè)計， 其閉環(huán)Z傳遞函數(shù) 必須包含被控制對象G(z)的所有零點(diǎn)。設(shè)計的 控制器D(Z)中消除了引起紋波振蕩的所有極點(diǎn)，采樣點(diǎn)之間的 波紋也就消除了。系統(tǒng)的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)(z)中的1的幕次增 高，系統(tǒng)的調(diào)整時間ts就增長。當(dāng)然，這些安裝都是在全組成員的共同努力下進(jìn)行的，我 們四位同學(xué)費(fèi)了很多勁才完成。在此，也多虧了老師的幫助， 給我們解決了許多疑難問題。通過此次的課程設(shè)計，我對計算機(jī)控制技術(shù)的知識已經(jīng)有 了初步了解，對今后自己的計算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)該有很大 的幫助，非常實用。覺得獲益匪淺。參考文獻(xiàn)最少拍無紋波計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計1.于海生，計算機(jī)控制技