计控实验六七八操作指导

实验六最少拍控制算法的研究一实验目的学习并掌握最少拍控制器的设计和实现方法，并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。学习并掌握最少拍无纹波控制器的设计和实现方法，并研究输出采样点间的纹波消除以及最少拍无纹波控制系统对三种典型输入的适应性。二实验内容1.设计并实现对象具有一个积分环节的二阶系统的最少拍控制，并通过Simulink仿真实验，研究该闭环控制系统对三种典型输入的适应性以及输出采样点间的纹波。2.设计并实现对象具有一个积分环节的二阶系统的最少拍无纹波控制，并通过Simulink仿真实验观察，该闭环控制系统输出采样点间纹波的消除，以及系统对三种典型输入的适应性。三实验步骤1.给定被控对象传递函数为：，要求设计在单位速度输入函数时的最少拍有纹波控制系统和无纹波控制系统。采样周期T=1s。2.首先求得广义对象的脉冲传函：当T=1s时，求得3.根据最少拍控制设计方法，确定闭环脉冲传函：4.确定数字控制器：5.利用Simulink搭建仿真模型：6.改变给定输入，分别为单位阶跃函数，单位速度函数，单位加速度函数，分析仿真结果。7.根据最少拍无纹波控制设计方法，确定闭环脉冲传函：8.确定数字控制器：9.改变仿真模型中的数字控制器。10.改变给定输入，分别为单位阶跃函数，单位速度函数，单位加速度函数，分析仿真结果。四实验结果分析（1）首先给定输入为单位速度函数，控制器为最少拍无差控制器。黄线为离散输出，紫线为连续输出，青线为给定单位速度函数的输入。可见，输出经过两拍完全能跟踪输入，系统在采样点的稳态误差为0，但不能保证在采样点之间的稳态误差为0，系统存在纹波。（2）给定单位阶跃输入，控制器不改变系统超调量很大，经过两拍后，输出达到在采样点无静差的稳态，但在采样点之间不能保证无静差。系统存在纹波。（3）给定单位加速度输入，控制器不改变系统经过两拍后趋于稳定，但输出对输入总存在静差。（4）给定输入为单位速度函数，控制器为最少拍无纹波控制器系统经过3拍后，输出能跟踪输入，且系统不存在纹波。（5）结论：最少拍控制器对输入的适应性差。最少拍无纹波控制器为了消除纹波，延长了系统消除偏差的时间。实验七具有纯滞后系统的大林控制一实验目的通过仿真实验，学习并掌握用于具有纯滞后系统的大林控制算法的设计及其实现。二实验内容针对一个具有纯滞后的被控对象，设计并实现大林控制，并通过Simulink仿真实验分析结果。三实验步骤1.给定被控对象，设计并实现大林算法数字控制器，使系统的闭环传函为：，采样周期T=1s。2.求得广义被控对象脉冲传函：3.求得闭环脉冲传递函数：4.求得数字控制器:5.建立Simulink仿真模型：四结果分析给定输入为单位阶跃，黄线为系统加入大林控制器，输出曲线，紫线为不加控制器，输出曲线，青线为等效系统输出曲线。青线和黄线重合，表明用大林算法设计的控制器可使整个闭环系统的期望传函等效为一个惯性环节和一个延迟环节串联。大林算法适用于广义对象含有纯滞后环节且要求等效系统没有超调量的系统。实验八模糊控制一、实验目的1．学习并掌握二维模糊控制器的设计。2．通过仿真研究二维模糊控制器对系统控制性能的影响。二、实验内容1．以具有纯滞后的一阶系统为被控对象，设计一个二维模糊控制器。2．利用Simulink搭建仿真模型。3．对仿真结果进行分析，研究二维模糊控制器对系统控制性能的影响。三、实验步骤1.给定被控对象，具有纯滞后的一阶系统。2.设计二维模糊控制器，用误差e和误差的导数de/dt作为模糊控制器的输入量，设控制系统的输入为单位阶跃信号r，输出为y，误差为e，误差导数为de；被控对象的输入为u；模糊控制器与e，de对应的输入分别为e1，de1，与u对应的输出为u1。e1，de1，u1的论域取[-6,+6]，语言值取5个，分别为“负大NB”，“负小NS”，“零ZR”，“正小PS”和“正大PB”。NS，ZR，PS取高斯隶属度函数，NB，PB取梯形隶属度函数。el,del,u1的隶属度函数如图1所示。图1根据人工操作经验，可以得到用“if……then……”形式表达的模糊控制规则：1.If(elisNB)and(delisNB)then(ulisNB)2.If(elisNB)and(delisNS)then(ulisNS)3.If(elisNB)and(delisZR)then(ulisNS)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23.If(elisPB)and(delisZR)then(ulisPS)24.If(elisPB)and(delisPS)then(ulisPB)25.If(elisPB)and(delisPB)then(ulisPB)以上模糊控制规则共计25条，这些控制规则可以总结归纳成表如表1。表1e1de1NBNSZRPSPBNBNBNSNSZRZRNSNSNSZRZRPSZRNSZRZRPSPSPSZRZRPSPSPBPBZRPSPSPBPB3、建立仿真模型进行仿真误差的量化因子Ke取6，误差变化的量化因子Kc取0.5，控制输出的比例因子Ku取0.7。限幅器1和限幅器2的限幅范围是[-6,6]，其作用是把控制系统的误差及误差数由基本论域变换到模糊控制器输入变量的论域。假设被控对象允许的最大输入是±20，因而在被控对象的前面设置了限幅器3，其限幅范围是[-20,20]。利用仿真参数对话框，可以设置相关的仿真参数。这里仿真时间设置为15秒，采用固定步长ode5仿真算