计算机控制工程实验报告Word文档下载推荐.docx
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G(z)Z——--
ss(s2)
0.184z1(10.717z1)
(1
z1)(10.368z1)
d1,M1,N
输入阶跃信号时被控对象为
G(s)
1
z,j1
的控制器设计
对单位阶跃信号,q
所以,
z1F
(z)
因为,
e(Z)
z1)F1(z)
degF1(z)d
且t(z)的首项为1,所以有,
F1(z)=1,
e(z)
z1)
则数字控制器为:
D(z)丽
⑵
5.43(10.368z)
(10.717z)
输入阶跃信号时被控对象为G(s)的控制器设计:
Step
Fen
输入阶跃信号时被控对象为G(s)的仿真结果:
输入速度信号时被控对象为G(s)的控制器设计
对单位速度信号,q2
所以,(z)z1F'
e(z)(1Z1)2Fi'
(Z)
因为,deg(z)dm10
且F;
(z)的首项为1,所以有,Fi'
(z)=1,
即
(1z1)2
1e(z)
2z1
2z
D(z)
G(z)
(z)e(z)
11
10.86(10.5z)(10.368z)
(1z)(10.717z)
输入速度信号时被控对象为G(s)的控制器设计:
输入速度信号时被控对象为G(s)的仿真结果:
输入随动信号时被控对象为G(s)的控制器设计
设计的随动信号是有单位速度信号叠加而成的,最高阶次为2,设计的控制
器与单位速度信号相同
数字控制器为:
10.86(10.5z1)(10.368z)
输入随动信号时被控对象为G(s)的控制器设计:
输入随动信号时被控对象为G(s)的仿真结果:
(2)传函G的最小有纹波控制器设计
Scopel
数字控制器为:
32
7\1(z)4z4.472z1.104z
D(z)4
G(z)e(z)0.632z42.528z1.896
输入速度信号时被控对象为G2(s)的控制器为:
输入速度信号时被控对象为G(s)的仿真结果为:
输入随动信号时被控对象为G2(s)的控制器设计
D(z)1(z)4z44.472z31.104z2
D(Z)4
G(z)e(z)0.632z2.528z1.896
输入随动信号时被控对象为G(s)的控制器为:
肌rw*
输入随动信号时被控对象为G(s)的仿真结果为:
2无纹波的最小拍控制器
(1)传函G的最小拍无纹波控制器设计
故d1,M10.717z1,N1z1,j1
输入阶跃信号时被控对象为G(s)的控制器设计
对单位阶跃信号,q1
所以,
(z)z1(10.717z1)F'
e(z)(1zg(z)
因为,
degF1(z)dm11
degF'
(z)qn。
10
于是,
(z)z1(10.718z1)f0
(1)匸718^1,有,f。
0.582
(z)0.582z(10.718z)
e(z)1(z)10.582z
10.417Z2
则数字控制器为:
D(z)——
3.163(1z1)(10.368Z1)
12
10.582z0.417z
输入阶跃信号
时被控对象为
G(s)的控制器设计:
所以,(z)z1(10.717z1)F'
e(z)(1z1)2F;
因为,degF1(z)dm11
I
degF(z)qn。
于是,(z)z1(10.718z1)(f0'
f/z1)
列方程组:
(1)1.718(f°
fi'
)1
解得,
7.652(10.586z)(10.368z)
D(z)爲
(1z1)(10.717Z1)
输入速度信号时被控对象为G(s)的控制器设计:
d1
'
(1)「(z)(—)[1.718(fof1)0.718(fof1)1.718f1]0
dzzz1
f01.408
f1'
0.826
111
(z)z(10.718z)(1.4080.826z)
e(z)(1z1)2(10.592Z1)
设计的随动信号是有单位速度信号叠加而成的,最大阶次为2,设计的控制
器与单位速度信号相同。
1(z)7.652(10.586Z)(10.368z)
D(z)
G(z)e(z)(1z1)(10.717Z1)
(2)传函G的最小拍无纹波控制
d(z)_J(z)1.582z0.582z
G(Z)e(z)Z31
输入阶跃信号时被控对象为G(s)的仿真结果为:
y
4i4-<
472z3+11042?
2
4
O.G^^.KSi+I.SSB
r
s+2
1k
□Iscrete
Z«
roOrd«
f
TraisfefPm
Tranzpwt
TransfrerFen
Hold
Soopel
输入速度信号时被控对象为G2(s)的控制器设计
1⑵4Z4严£
"
。
捉
432
i\1(z)4z4.472z1.104z
3数字PID控制器
(1)PID算法推导
r(t)
数字PID控制器的全量算法:
KdGQe(k1)]
k
u(k)Kpe(k)Kie(i)
i0
u(k1)Kpe(k1)Ki
k1
e(i)K°
[e(k1)e(k2)]
由
得PID控制器的增量式算法
u(k)Kp[e(k)e(k1)KIe(k)]KD[e(k)2e(k1)e(k2)]u(k)u(k1)u(k)
(2)参数整定
1.扩充临界比例度法
扩充临界比例度法适用于有自衡特性的受控对象,是对连续时间PID控制器
参数整定的临界比例度的扩充,其主要步骤如下:
1)选择一足够短的采样周期T(一般应在被控对象纯时延时间的十分之一以下),
作纯比例控制。
2)逐渐加大比例系数Kp,直到系统达到临界等幅振荡,记下此时的振荡周期Ts,
以及增益Ks
控制度
控制律
也
K用
TJE
td/ts
1.05
PI
0.03
0.55
0.88
—
PED
0.014
0.63
0.49
0.14
1.20
0.05
091
0.043
0.47
047
0.16
150
0.42
0.99
FLLP
0.0?
0.34
0.43
2.00
0.22
0.36
105
——
PID
0.27
0,40
模拟调节器
0.57
0.83
PE)
■—1
0.70
0.50
0.13
整定
0.45
0.S3
0.60
0.125
(3)参数整定结果
%lab3_1
clearall;
closeall;
ts=0.5;
sys=tf(2,[1,2,0]);
dsys=c2d(sys,ts,'
z'
);
[num,den]=tfdata(dsys,'
v'
u_1=0.0;
u_2=0.0;
y_1=0.0;
y_2=0.0;
x=[0;
0;
0];
error_1=0;
error_2=0;
fork=1:
1:
1000
time(k)=k*ts;
r(k)=1.0;
kp=0.126;
ki=0.004;
kd=1.26;
du(k)=kp*x
(1)+kd*x
(2)+ki*x(3);
u(k)=u_1+du(k);
ifu(k)>
=10u(k)=10;
end
ifu(k)<
=-10u(k)=-10;
endyout(k)=-den
(2)*y_1-den(3)*y_2+num
(2)*u_1+num(3)*u_2;
error=r(k)-yout(k);
u_2=u_1;
u_1=u(k);
y_2=y_1;
y_1=yout(k);
x
(1)=error-error_1;
x
(2)=error-2*error_1+error_2;
x(3)=error;
error_2=error_1;
error_1=error;
end
plot(time,r,'
b'
time,yout,'
r'
xlabel('
time(s)'
ylabel('
r,yout'
阶跃信号下的仿真结果:
将r(k)=1.0;
改为r(k)=k*ts;
得速度信号下的仿真结果:
改为
if(k<
=100)r(k)=k*ts;
end
if(k>
=100&
k<
=400)r(k)=50;
=400&
=500)r(k)=50-(k-400)*ts;
=500)r(k)=0.0;
得随动信号下的仿真结果:
%lab3_2
sys=tf(2,[1,2],'
inputdelay'
1);
[num,den]=tfdata(dsys,'
u_1=0.0;
u_3=0.0;
y_3=0.0;
100
rin(k)=1;
kp=0.2;
ki=0.3;
kd=0.2;
du(k)=kp*x
(1)+kd*x
(2)+ki*x(3);
u(k)=u_1+du(k);
yout(k)=-den
(2)*y_1+num
(2)*u_3;
error=rin(k)-yout(k);
u_3=u_2;
u_1=u(k);
y_1=yout(k);
x(3)=error;
error_仁error;
plot(time,rin,'
rin,yout'
5101520253035404550
tirne(s)
阶跃信号下的仿真结果:
将r(k)=1.0;
改为if(k<
=50)rin(k)=0;
endif(k>
=50&
=100)rin(k)=(k-50)*ts;
endif(k>
=150)rin(k)=25;
=150&
=200)rin(k)=25-(k-150)*ts;
=200)rin(k)=0.0;
速度信号下的仿真结果:
4大林控制器
(2)被控对象为G(s)的控制器设计
被控对象为:
Gs気
则可取期望闭环系统为:
W
s
e
0.25s'
对于数字大林控制器,则应当先对W(s)、G(s)进行离散化,求出数字控制系统的闭环z传递函数W(z)和控制对象的z传递函数G(z),然后再解出数字控制
W(z)
器D(z):
D⑵G(z)[iW(z)]
选择合适的采样周期T,使
nT
解得,D(z)°
.5(Z°
.368)
输入阶跃、速度和随动信号时被控对象为G(s)的控制器设计:
最小拍有纹波控制系统仅要求在采样点无稳态误差,不能保证采样点之间的误差也为零。
按最小拍有纹波系统设计的控制器,只保证了在最少的几个采样周
期后系统的响应在采样点无静差,而不能保证任意两个采样点之间的稳态误差为零,系统输出信号有纹波存在。
最小拍有纹波系统在稳定性、准确性、快速性等
是无误差的,无纹波的必要条件:
被控对象G(s)中含有足够的积分环节,最小拍无纹波系统对典型输入的适应性也不好,但比有纹波系统要好一些。
系统对其它典型输入,进入稳态后输出响应和控制量无纹波。
用计算机实现PID控制,可以根据系统的实际要求,用计算机软件实现数字控制器,具有方便、简单等优点,对PID算法灵活改变,达到提高调节品质的目
在实际的应用中,相当一部分工业对象具有较大的纯滞后特性,纯滞后环节降低了系统的稳定性,增加了系统的超调量。
大林算法为具有纯滞后特性的被控对象设计数字控制器,以降低系统的超调量。
五实验体会
通过MATLAB^仿真实验,了解计算机控制系统的基本构成结构和计算机控制系统的设计过程,完成了对最小拍有纹波数字控制器、最小拍无纹波数字控制器、大林算法和数字PID数字控制器的设计,更加深刻的理解了不同控制器的特点,熟悉设计控制系统的过程,加深对计算机控制系统设计的理解。
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- 计算机控制 工程 实验 报告