基于Matlab的纯滞后控制系统设计.doc

实验三 基于Matlab的纯滞后控制系统设计一、实验目的1) 学习使用simulink进行Smith预估补偿控制的设计方法。2) 学习使用simulink实现Dahlin算法的设计方法。二、实验原理1. Smith预估补偿控制的设计已知被控对象传递函数： (1)应用Smith预估补偿算法设计控制系统，并采用PID控制。原理图参见课本P127图4-21和P128图4-22。表1衰减曲线法整定控制器参数经验公式控制规律增益积分时间(min)微分时间(min)PPI0.830.5PID1.250.30.12. Dahlin算法的设计已知被控对象传递函数： (2)采样周期为2s，选择期望闭环传递函数中的时间常数分别为T=5s，10s，20s，设计Dahlin控制器。原理图参见课本P129 4.3.2小节。三、实验内容1) 按式(1)建立系统的Simulink模型，应用Smith预估补偿算法设计控制系统，消除滞后时间的影响，并整定好PID参数。与同一PID控制器对无滞后的被控对象控制结果相比较，记录实验曲线。据Smith预估补偿算法建立滞后系统的Simulink模型原理图：图1 系统的Simulink模型仿真图图2 控制系统整定好PID参数的曲线图b）与同一PID控制器对无滞后的被控对象控制结果相比较图3 同一PID控制器对无滞后的被控对象控制Simulink仿真图图4 同一PID控制器对无滞后系统的仿真曲线图2）与同一被控对象不带Smith预估补偿器的PID控制系统相比较，观察仿真结果，记录实验曲线。不带Smith预估补偿器的PID控制系统Simulink仿真图如下仿真图如下：图5 不带Smith预估补偿器的PID控制系统曲线图当加入离散控制器和零阶保持器时，观察和比较实验图。图6 有离散控制器和零阶保持器的Simulink仿真图图7 离散控制器和零阶保持器的仿真曲线图3）按式(2)建立系统的Simulink模型，设计Dahlin控制器。改变期望闭环传递函数中的时间常数，观察不同的仿真结果，记录实验曲线。答：按式(2)建立系统的数字控制器函数，当T=5s，根据计算公式可得此控制器如下：D(z)=当T=10s，同理可得：D(z)= 当T=20s，同理可得：D(z)=根据控制系统原理框图可得Simulink模型图图8 Dahlin控制系统的Simulink原理图根据图8，改变D(z)时间参数依次可得T=5s，10s，20s的仿真曲线图：图9 Dahlin控制系统的仿真曲线图