计算机控制工程实验报告.docx

,.计算机控制工程实验一实验目的试验目的:1了解计算机控制系统的基本构成结构和掌握计算机控制系统的原理;熟悉计算机控制系统的设计过程。2掌握控制器的设计方法;能够利用最小拍有纹波,最小拍无纹波,大林算法,数字PID四种方法设计数字控制器。并体会四种算法设计的不同。比较不同控制器的设计方法的区别,在编程和仿真的过程中,学习 MATLAB软件的使用,通过Matlab工具仿真控制效果,掌握不同控制器的特点;3通过本实验积累在具体控制工程中分析与解决具体问题的能力,并熟悉设计控制系统的过程。4对仿真结果进行分析,体会不同的设计思想,加深对计算机控制系统设计的理解二实验任务实验对象结构:D(z)是待设计的数字控制器,是被控对象的连续传递函数,Gh(s)是零阶保持G(s)器,T为采样周期G(s)有两种:传函G1:Gs21eTsS(S,Gh(s)S2)传函G2:Gs2eS1eTsS2,Gh(s)T=(D(z))使输出Y(t)能够跟踪v(t)参考输入,v(t)有三种:单位阶跃单位速度随动信号:设输入信号包含上升、平顶和下降阶段或改用加速度信号设计4种控制器:1数字PID;..,.大林算法最小拍(最速跟踪)最小拍无纹波数字控制器的设计、实验设计与仿真结果有纹波的最小拍控制器(1)传函G1的最小有纹波控制器设计广义对象的Z传递函数为:G(z)()ss(s2)(1z1)()故d1,M1,N1z1,j1输入阶跃信号时被控对象为 G1(s)的控制器设计对单位阶跃信号, q 1所以,(z)z1F'(z)e(z)(1z1)F1'(z)因为,degF'(z)dm101'()的首项为1,所以有,'且F1zF1(z)=1,即e(z)(1z1)(z)1e(z)z1则数字控制器为:1(z)()D(z)e(z)()G(z)输入阶跃信号时被控对象为G1(s)的控制器设计:;..,.输入阶跃信号时被控对象为 G1(s)的仿真结果:输入速度信号时被控对象为G1(s)的控制器设计对单位速度信号,q2所以,(z)z1F'(z)e(z)(1z1)2F1'(z)因为,degF'(z)dm101且'()的首项为1,所以有,'=1,F1zF1(z)即e(z)(1z1)2(z)1e(z)2z1z2则数字控制器为:D(z)1(z)()()G(z)e(z)(1z1)()输入速度信号时被控对象为G1(s)的控制器设计:;..,.输入速度信号时被控对象为 G1(s)的仿真结果:输入随动信号时被控对象为G1(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:1(z)()()D(z)G(z)e(z)(111z)()输入随动信号时被控对象为G1(s)的控制器设计:;..,.输入随动信号时被控对象为 G1(s)的仿真结果:传函G2的最小有纹波控制器设计输入阶跃信号时被控对象为 G2(s)的控制器设计数字控制器为:1(z)(z)e(z)z31G(z)输入阶跃信号时被控对象为 G2(s)的控制器设计:输入阶跃信号时被控对象为 G2(s)的仿真结果为:;..,.输入速度信号时被控对象为G2(s)的控制器设计数字控制器为:D(z)1(z)(z)e(z)(s)的控制器为:2输入速度信号时被控对象为 G2(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1(z):D(z)(z)e(z)输入随动信号时被控对象为G(s)的控制器为:2;..,.输入随动信号时被控对象为 G2(s)的仿真结果为:无纹波的最小拍控制器(1)传函G1的最小拍无纹波控制器设计广义对象的Z传递函数为:G(z)()Zs(s2)(1z1)()s故d1,,N1z1,j1输入阶跃信号时被控对象为 G1(s)的控制器设计对单位阶跃信号, q 1所以,(z)z1()F'(z)e(z)(1z1)F'(z)1因为,degF'(z)dm111degF'(z)qn100于是,(z)z1()f0'因为,(1)'1,有,f0',(z)();..,.e(z)1(z)