计控实验.docx

计算机控制系统实验报告（Simulink 仿真实验） 班级： 自动化091班 姓名： 程维洲 学号： 200908409实验一 最少拍控制系统(Simulink 仿真实验)1。实验目的与要求（1）掌握最少拍有纹波、无纹波系统的设计方法；（2）学会对最小拍控制系统的分析方法。（3）了解输入信号对最小拍控制系统的影响及其改进措施。2．实验设备（1）硬件环境微型计算机一台， Pentium4以上各类微机（2） 软件平台操作系统：Windows 2000 MATLIB6.0 仿真软件3．实验原理最少拍控制是一种直接数字设计方法。所谓最少拍控制，就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态，使系统输出值尽快地跟踪期望值的变化。它的闭环传递函数具有形式 在这里，是可能情况下的最小正整数。这一传递形式表明闭环系统的脉冲响应在N个采样周期后变为零，从而意味着系统在N拍之内到达稳态。其控制原理如图1-1：图1-1 最少拍系统控制原理图(1)输入信号为单位阶跃输入，(2) 被控对象为：（3）采样周期=1s。要求：设计控制器;4。实验内容与步骤(1) 按系统要求计算为有纹波控制器和无纹波控制器；(2)按照系统原理图，在simulink下构造系统结构图模型；取输入信号为单位阶跃信号和单位速度信号，设计控制器，观察输入输出波型，标明参数，打印结果；（3）观察系统输出波形在采样点以外的波形。（4）比较有纹波与无纹波系统的区别，分析其原因。5. 实验结果仿真（1）输入信号为单位阶跃信号： 无纹控制器的系统结构模型：系统输出：控制器输出：有纹控制器的系统结构模型：系统输出：控制器输出：（2）输入信号为单位速度信号： 无纹控制器的系统结构模型：系统输出：控制器输出：有纹控制器的系统结构模型：系统输出：控制器输出：有纹波与无纹波系统的区别：无纹波系统的调整时间比有纹波系统的调整时间增加若干拍，增加的拍数等于在单位圆内的零点数。因为有纹波系统的调整时间为一个采样周期，无纹波系统的采样时间为两个采样周期，比有纹波系统的调整时间增加一拍。6. 思考与分析（1）最少拍受什么限制而使调整节拍增加？答：受输入信号的限制。输入函数的阶数越高，调节时间越长。（2）无纹波系统对控制器有何要求？答：被控对象必须包含有足够的积分环节；必须包含中的圆外圆内全部零点。（3）分析不同输入信号对最小拍控制系统的影响。答：不同的输入信号作用下要求对最少拍系统的控制器的结构设计不同，对同一个最少拍控制器，作用在单位阶跃输入信号下，系统的输出值能够尽快地跟踪输入，但当作用在单位速度输入信号下时，系统输出不能够跟踪输入。 实验二 纯滞后控制实验(Simulink 仿真实验)1.实验目的与要求(1) 掌握应用大林算法进行纯滞后系统的设计；(2) 掌握纯滞后系统消除振铃的方法。2．实验设备（1）硬件环境微型计算机一台， Pentium4以上各类微机（2）软件平台操作系统：Windows 2000以上；仿真软件工具：MATLIB5.3以上。3．实验原理 在一些工业过程（如热工、化工）控制中，由于物料或能量的传输延迟，许多被控制对象具有纯滞后性质。例如，一个用蒸汽控制水温的系统，蒸汽量的变化要经过长度为的路程才能反映出来。这样，就造成水温的变化要滞后一段时间（是蒸汽的速度）。对象的这种纯滞后性质常会引起系统产生超调和振荡。因此，对于这一类系统，采用一般的随动系统设计方法是不行的，而用PID控制往往效果也欠佳。本实验采用大林算法进行被控制对象具有纯滞后系统设计。设被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节或二阶惯性环节，达林算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数，相当于一个延时环节和一个惯性环节相串联，即 该算法控制将调整时间的要求放在次要，而超调量小甚至没有放在首位。控制原理如图2-1,其中：采样周期=1秒，期望传递函数=2秒，被控对象 ；输入信号为单位阶跃信号。 图2-1 纯滞后系统控制原理图应用达林算法进行纯滞后系统设计控制器，进行系统分析。4．实验内容与步骤（1）按照纯滞后控制系统要求设计；（2）按照系统原理图，在simulink下构造系统结构图模型；（3）分别做出系统有振铃和消除振铃的仿真波形图，标明参数，打印结果（包括系统的输出和控制器的输出）。5．实验结果仿真（1）有振铃的纯滞后控制系统结构模型：系统输出：控制器输出：（2）无振铃的纯滞后控制系统的结构模型：系统输出：控制器输出：6. 思考与分析（1）纯滞后控制系统对阶跃信号有无超调？为什么？答：纯滞后控制系统对阶跃信号没有超调。超调是指响应曲线的最大值与稳态值的百分比，由大滞后系统输出可知，超调接近零。（2）纯滞后控制与PID控制有什么本质区别？消除振铃前后系统输出有什么不同？答：PID控制通过调节参数来实