计算机控制技术实验—基于 Matlab 的最少拍控制系统设计学院:计算机科学与技术班级:姓名: 学号:指导老师:日期:基于 Matlab 的最少拍控制系统设计一. 实验目的学习使用 Matlab 设计最少拍系统的方法。二. 实验器材x86 系列兼容型计算机, Matlab 软件。三. 实验原理1. 数字PID 系统设计建立所示的数字 PID 系统控制模型并进行系统仿真, 已知: ,采样周期 T=0.1s。2. 最少拍系统仿真最少拍设计, 是指系统在典型输入信号( 如阶跃信号、 速度信号、 加速度信号等) 作用下, 经过最少拍( 有限拍) 使系统输出的系统稳态误差为零。因此, 最少拍控制系统也称最少拍无差系统或最少拍随动系统, 它实质上是时间最优控制系统, 系统的性能指标就是系统调节时间最短或尽可能短, 即对闭环 Z 传递函数要求快速性和准确性。下面以一个具体实例介绍最少拍系统的设计和仿真。考虑图中所示的采样数字控制系统, 被控对象的脉冲传递函数为最少拍采样数字控制系统设采样周期 T=1s , 首先求取广义被控对象的脉冲传递函数: 广义被控对象我们知道, 最少拍系统是根据指定的输入形式设计的, 输入形式不同, 数字控制器也不同。因此, 对三种不同的输入信号分别进行考虑: (1)单位阶跃信号: 计算可得到最少拍数字控制器为 检验误差序列: 从 E(z)看出, 按单位速度输入设计的系统, 当 k 大于等于 2之后, 即二拍之后, 误差 e( k) =0, 满足题目要求。(2)单位速度信号: 原理同上, 我们能够得到: 检验误差: 从 E ( z ) 看出, 按单位速度输入设计的系统, 当 k 2 之后, 即二拍之后, 误差 e(k ) 0 , 满足题目要求。(3)单位加速度信号: 可知, 按加速度输入信号设计的系统当 k 大于等于 3, 即三拍之后, 误差 e( k) =0。将所得结果分别用Matlab中的Simulink 工具箱进行仿真, 并将输入、 输出和误差三条曲线放置在同一图像内, 比较三种情况下的跟随特性。四. 实验步骤在三种输入( 单位阶跃/速度/加速度) 分别作用下, 运用Simulink 对其控制结果进行仿真。(1)单位阶跃信号: 系统 Simulink 仿真模型框图如下图所示: 单位阶跃信号输入时最少拍控制系统将示波器的数据存为矩阵形式, 命名为y1在Matlab 命令窗口输入: >> plot(tout(:,1),y1(:,2:4));>> hold on,legend(' 输入','误差','输出')可得输入、 输出和误差三条曲线仿真结果如下图所示: 单位阶跃信号输入时系统的仿真...
