计算机控制技术实验实验2.docVIP

实验2 有限拍控制系统的设计 姓名 学号 班级 一、实验目的： 1．学习并掌握有纹波最少拍控制器的设计和Simulink实现方法； 2．研究最少拍控制系统对三种典型输入的适应性及输出采样点间的纹波； 二、实验工具： MATLAB软件（6.1以上版本）。 三、实验内容： 1．实验原理 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。 2．实验步骤 已知，T=1s，设计在单位阶跃、单位速度、单位加速度作用下的有限拍控制系统，给出输入信号、误差信号以及输出信号的波形图，并作出分析。 1）单位阶跃信号输入时最少拍控制系统 波形： 分析：由图可知，系统经过1拍后过渡过程结束，系统稳定。 2）单位速度输入时的最少拍控制系统 波形： 分析：从图中可以看出，系统在单位速度信号输入作用下，系统经过两个采样周期以后，系统在采样点上的过度过程结束，调整时间为2拍，且在采样点上，系统进入稳态。 3）单位加速度输入时的最少拍控制系统 波形： 分析：由图可知，系统过度过程为3拍，系统进入稳态。 在上述的1）中的控制器的作用下，输入单位速度信号，观察波形 在上述的2）中的控制器的作用下，输入单位阶跃信号，观察波形 . 上两步中主要出现了什么问题，说明了最少拍控制系统存在着什么问题？是怎么解决的？ 由实验知，两个采样时刻之间，系统的输出存在着纹波或振荡。例如单位阶跃信号在一拍后的稳态响应仍有许多振荡。这种纹波不仅影响系统的控制性能，产生过大的超调和持续振荡，而且还增加了系统功率损耗和机械磨损。 因此，需要设计最小拍无波纹系统。