最少拍无纹波设计(东华理工大学).docVIP

《计算机控制技术》 课程设计 设计题目：最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真实现? 学院：机械与电子工程 专业：自动化 班级：1121502 学号：201120150229 姓名：曾小燕 指导老师：张道海  目录 引言 1 1、课题介绍 1 1.1、课程设计目的 1 1.2、课程设计内容 2 2、课题论证 2 2.1最少拍计算机控制系统 3 2.2、最少拍有纹波控制系统 3 2.3 最少拍无纹波控制系统 4 3 系统设计 5 3.1、单位阶跃信号输入时的最少拍无纹波设计 5 3.2单位速度信号输入时的最少拍无纹波设计 10 4 结果分析 16 4.1有纹波系统和无纹波系统的对比 16 4.2最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题 16 4.3 Kd的变化对系统的影响 18 5 设计总结 20 6参考文献 20 引言 《计算机控制技术》是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节就占有更加重要的地位。 本次课程设计通过对最少拍无纹波控制器的设计及仿真了解和掌握了最少拍无纹波设计和有纹波设计。 首先，通过学习和搜集资料了解和掌握了最少拍控制器的设计原理，设计了最少拍无纹波控制器，通过MATLAB程序验证了正确性。最少拍系统设计是以采样点上误差为零或保持恒定为基础，采用Z变换方法进行设计并保证采样点之间的误差也为零或保持恒定值，因此在采样点之间可能存在波纹，即在采样点之间有误差存在，这就是有波纹设计。而无波纹设计是指在典型输入信号的作用下，经过有限拍系统达到稳定，并且在采样点之间没有波纹，输入误差为零。即要求采样点之间产生的波纹不能反映在采样点信号上，也就是对采样点之间的信号，不能形成闭环控制。要得到无波纹系统设计，其闭环Z传递函数φ(z)必须包含被控制对象G（z）的所有零点。设计的控制器D(Z)中消除了引起纹波振荡的所有极点，采样点之间的波纹也就消除了。系统的闭环Z传递函数φ(z)中的Z-1的幂次增高，系统的调整时间ts就增长。本文以实例来介绍最少拍无波纹控制的实现方法。 关键词：计算机控制技术 最少拍无纹波 MATLAB 单位阶跃信号 单位速度信号 1、课题介绍 1.1、课程设计目的 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典型输入的适应性及输出采样点间的纹波；? 3）学习并掌握最少拍无纹波控制器的设计和Simulink实现方法；? 4）?研究输出采样点间的纹波消除方法以及最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性。? 5）编写算法MATLAB/simulink仿真程序实现（模拟步进电机进给过程）； ?6）撰写设计说明书。 1.2、课程设计内容 下面以一个具体实例介绍最少拍系统的设计和仿真。?如图1所示的采样-数字控制系统， 被控对象： （1-1） 零阶保持器： （1-2） Kd=2、T1=1、T2=1，选择采样周期T=1s， 试设计无纹波最少拍控制器，并分析仿真结果 1. 分别在单位阶跃/单位速度输入下设计无纹波有限拍控制器 2. 在Simulink仿真环境画出仿真框图及得出仿真结果，画出数字控制器和系统输出波形。 3. 与有纹波系统进行对比分析（选用单位速度输入进行对比分析即可） 4. 探讨最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题 5.分析Kd的变化对系统的影响 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。 图2-1 离散系统模型 数字控制器模拟化设计方法是基于连续系统的设计，并在计算机上采用数字模拟方法来实现，选用的采样周期须足够小，且采样周期的变化对系统影响不大。如图1?的数字离散控制系统中，GC(S)为被控对象，其中H(S)=?(1-e-TS)/S代表零阶保持器，D(Z)代表被设计的数字控制器，它是由单片机来实现的，D(Z)的输入输出均为离散信号。 上面图1示计算机控制系统框图中：? Gc(s)?——?被控对象的连续传递函数? D(z)?——?数字控制器的Z传递函数? H(s)?——?零阶保持器的传递函数，? T?——?采样周期? 广义对象的脉冲传递函数为：G(z)=Z[H(s)×G(s)] （2-1） 2