基于Matlab的最少拍控制系統(tǒng)設計

1、-PAGE . z.- - - z -計算機控制技術(shù)實驗基于Matlab 的最少拍控制系統(tǒng)設計學院:計算機科學與技術(shù)班級:*:指導教師:日期:基于Matlab 的最少拍控制系統(tǒng)設計實驗目的學習使用 Matlab 設計最少拍系統(tǒng)的方法。實驗器材*86 系列兼容型計算機，Matlab 軟件。實驗原理1. 數(shù)字PID 系統(tǒng)設計建立所示的數(shù)字PID 系統(tǒng)控制模型并進展系統(tǒng)仿真，：,采樣周期T=0.1s。2. 最少拍系統(tǒng)仿真最少拍設計，是指系統(tǒng)在典型輸入信號如階躍信號、速度信號、加速度信號等作用下，經(jīng)過最少拍有限拍使系統(tǒng)輸出的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為零。因此，最少拍控制系統(tǒng)也稱最少拍無差系統(tǒng)或最少拍隨動系統(tǒng)，它實

2、質(zhì)上是時間最優(yōu)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的性能指標就是系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間最短或盡可能短，即對閉環(huán)Z傳遞函數(shù)要求快速性和準確性。下面以一個具體實例介紹最少拍系統(tǒng)的設計和仿真?？紤]圖中所示的采樣數(shù)字控制系統(tǒng)，被控對象的脈沖傳遞函數(shù)為最少拍采樣數(shù)字控制系統(tǒng)設采樣周期T=1s ，首先求取廣義被控對象的脈沖傳遞函數(shù)：廣義被控對象我們知道，最少拍系統(tǒng)是按照指定的輸入形式設計的，輸入形式不同，數(shù)字控制器也不同。因此，對三種不同的輸入信號分別進展考慮：(1)單位階躍信號：計算可得到最少拍數(shù)字控制器為檢驗誤差序列：從E(z)看出，按單位速度輸入設計的系統(tǒng)，當k大于等于2之后，即二拍之后，誤差ek=0，滿足題目要求。(2)單位速度

3、信號：原理同上，我們可以得到：eqf(3,4)檢驗誤差：從E ( z ) 看出，按單位速度輸入設計的系統(tǒng)，當k 2 之后，即二拍之后，誤差e(k ) 0 ，滿足題目要求。(3)單位加速度信號：可知，按加速度輸入信號設計的系統(tǒng)當k大于等于3，即三拍之后，誤差ek=0。將所得結(jié)果分別用Matlab中的Simulink 工具箱進展仿真，并將輸入、輸出和誤差三條曲線放置在同一圖像，比擬三種情況下的跟隨特性。實驗步驟在三種輸入單位階躍/速度/加速度分別作用下，運用Simulink 對其控制結(jié)果進展仿真。(1)單位階躍信號： 系統(tǒng)Simulink 仿真模型框圖如下列圖所示：單位階躍信號輸入時最少拍控制系統(tǒng)

4、將示波器的數(shù)據(jù)存為矩陣形式，命名為y1在Matlab 命令窗口輸入： plot(tout(:,1),y1(:,2:4); hold on,legend( 輸入,誤差,輸出)可得輸入、輸出和誤差三條曲線仿真結(jié)果如下列圖所示：單位階躍信號輸入時系統(tǒng)的仿真結(jié)果(2)單位速度信號：控制系統(tǒng)Simulink 框圖如下列圖所示：單位速度信號輸入時最少拍控制系統(tǒng)將示波器的數(shù)據(jù)存為矩陣形式，命名為y2在Matlab 命令窗口輸入 plot(tout(:,1),y2(:,2:4); hold on,legend( 輸入,誤差,輸出)可得輸入、輸出和誤差三條曲線仿真結(jié)果如下列圖所示：單位速度信號輸入時系統(tǒng)的仿真結(jié)

5、果(3)單位加速度信號：控制系統(tǒng)Simulink 框圖如下列圖所示：單位加速度信號輸入時最少拍控制系統(tǒng)將示波器的數(shù)據(jù)存為矩陣形式，命名為y3在Matlab 命令窗口輸入 plot(tout(:,1),y3(:,2:4); hold on,legend( 輸入,誤差,輸出) 仿真結(jié)果圖如下列圖所示：單位加速度信號輸入時系統(tǒng)的仿真結(jié)果實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析由上面的仿真結(jié)果圖可知，按最少拍控制系統(tǒng)設計出來的閉環(huán)系統(tǒng)，在有限拍后進入穩(wěn)態(tài)，這時閉環(huán)系統(tǒng)輸出在采樣時間準確的跟蹤輸入信號。如單位階躍信號在一拍后，單位速度信號在兩拍后，單位加速度信號則在三拍之后。然而，進一步研究可以發(fā)現(xiàn)雖然在采樣時刻系統(tǒng)輸出與所跟蹤的參考輸入一致，但在兩個采樣時刻之間，系統(tǒng)的輸出存在著紋波或振蕩。例如單位階躍信號在一拍后的穩(wěn)態(tài)響應仍有許多振蕩。這種紋波不僅影響系統(tǒng)的控制性能，產(chǎn)生過大的超調(diào)和持續(xù)振蕩，而且還增加了系統(tǒng)功率損耗和機械磨損。實驗總結(jié)在本次設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，給我的感覺就是有點難，不是很順手。在調(diào)試的過程中，遇到的問題更多，調(diào)試的過程是一個讓人思考的過程，也是熟悉穩(wěn)態(tài)方法和實踐動手的好時機，順著模塊的順序依次排查接線，出現(xiàn)問題，想出各種可能的情況，測試解決。通過這次的課程設計，鍛煉了我的動手實踐能力，讓我有時機將課本所學的知識與實際相結(jié)合。切身體會到動手能力的重要