纯滞后控制实验

实验三 纯滞后控制实验

1. 实验目的与要求

(1) 掌握应用达林算法进行纯滞后系统D(z)的设计； (2) 掌握纯滞后系统消除振铃的方法。

2. 实验设备

(1) 硬件环境

微型计算机一台，P4以上各类微机 (2) 软件平台

操作系统：Windows 2000以上； 仿真软件工具：MATLIB5.3以上。

3. 实验原理

在一些工业过程（如热工、化工）控制中，由于物料或能量的传输延迟，许多被控制对象具有纯滞后性质。例如，一个用蒸汽控制水温的系统，蒸汽量的变化要经过长度为L的路程才能反映出来。这样，就造成水温的变化要滞后一段时间（Lv,v是蒸汽的速度）。对象的这种纯滞后性质常会引起系统产生超调和振荡。因此，对于这一系统，采用一般的随动系统设计方法是不行的，而用PID控制往往效果也欠佳。

本实验采用达林算法进行被控制对象具有纯滞后系统设计。设被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节或二阶惯性环节，达林算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数Φ(s)，相当于一个延时环节和一个惯性环节相串联，即

es(s)，NT

s1该算法控制将调整时间的要求放在次要，而超调量小甚至没有放在首位。控制原理如图1，其中：采样周期T=0.9秒，期望传递函数τ=0.5秒，被控对象

3e1.8s；输入信号为单位阶跃信号。 G(s)2s1

+ — D(z) (1—e-θs) G(z) 图1 纯滞后系统控制原理图

应用达林算法进行纯滞后系统设计D(z)控制器。

4. 实验内容与步骤

(1) 按照纯滞后控制系统要求设计D(z)；

(2) 按照系统原理图，在simulink下构造系统结构图模型，观察输入输出波形，标明参数，打印结果；

(3) 尝试用M文件实现dalin算法控制。

5. 实验结果

simulink框图（用simulink实现dalin算法）:

图2 纯滞后控制设计

图3：纯滞后控制器输出结果

图4 纯滞后控制系统输出结果

6. 思考与分析

(1) 纯滞后控制系统对阶跃信号有无超调？为什么？

答：纯滞后控制系统对阶跃信号有超调，因为由纯滞后系统输出特性可知，图形在y(t)=1(t)上、下摆动，最后趋于稳定，而超调量是描述系统相对稳定性的一个动态指标，所以对阶跃信号有超调。

(2) 纯滞后控制与PID控制有什么本质区别?消除振铃前后系统输出有什么不同?

答：纯滞后控制与PID控制的本质区别是：纯滞后控制是一种基于模型和离散系统的设计方法，而PID控制是一种基于连续系统的的设计方法。

消除振铃前，系统输出y(t)在t=(0—10)T之间，曲线波动较大，在t=10T滞后，曲线趋于平稳；消除振铃后，系统输出y=(t)在t=(0—10)T之间，曲线较平缓，在t=10T之后，曲线趋于平稳。

附:几个MATLAB函数

3e1.8sG(z) (1) G(s)2s1sys1=tf(3,2,1,‘inputdelay’,1.8)； dsy1=c2d(sys1,ts,'zoh')；

num1,den1=tfdata(dsys1,'v')； z1,p1,k1=tf2zp(num1,den1)

e1.8s(z) (2) G(s)0.5s1sys2=tf(1,0.5,1,‘inputdelay’,1.8)； dsy2=c2d(sys2,ts,'zoh')；

(3) D(Z)1(Z) G(Z)1(Z)1dsys2dsys1(1dsys2)；

dsys=

=tfdata(dsys,'v')； numd,en z,p,k=tf2zp(num,den)