最少拍无纹波控制器的设计及仿真

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1、成绩计算机控制技术课程设计报告最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真实现THEDESIGNANDSIMULATIONOFTHECONTROLSYSTEMFORTHELEASTBEATRIPPLEFREECOMPUTER学生姓名学号学院名称专业名称指导教师年月日徐州工程学院课程设计(论文)摘要《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，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学

2、会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。本文通过对最少拍无纹波控制器的设计及仿真了解和掌握对于典型输入信号的最少拍无纹波设计及有纹波设计。关键词计算机控制技术；最少拍无纹波；典型输入信号徐州工程学院课程设计(论文)目录1绪论11.1最小拍系统简介11.2任务要求11.2.1课程设计目的11.2.2课程设计内容及设计要求12最小拍无纹波系统控制算法设计32.1设计原理32.2算法实现42.2.1单位

3、阶跃输入42.2.2单位速度信号53最小拍无纹波控制软件编程及仿真设计63.1运用Simulink进行仿真63.1.1单位阶跃信号63.1.2单位速度信号74无波纹与有波纹的比较104.1有波纹控制器设计及仿真104.2比较结果分析125最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题13结论18致谢19参考文献20徐州工程学院课程设计(论文)1绪论1.1最小拍系统简介在数字随动系统中,通常要求系统输出能够尽快地、准确地跟踪给定值变化，最少拍控制就是这种要求的一种直接离散化设计法。在数字控制系统中，通常把一个采样周期称为一拍。所谓最少拍

4、控制，就是要求设计的数字调节器能使闭环系统在典型输入作用下，经过最少拍数达到输出无静差。显然这种系统对闭环脉冲传递函数的性能要求是快速性和准确性。实质上最少拍控制是时间最优控制，系统的性能指标是调节时间最短（或尽可能的短）。因此，最少拍系统设计是一采样点上误差为零或保持恒定为基础的，采用Z变换方法进行设计并不保证采样点之间的误差也为0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0。1.2任

5、务要求1.2.1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。1.2.2课程设计内容及设计要求如图所示的采样-数字控制系统。图1-1其中对象：式（1.1）19徐州工程学院课程设计(论文)零阶保持器：式（1.2）选择采样周期T=1s，试设计无纹

6、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、得出仿真结果并进行仿真分析;6、程序清单及简要说明;7、成设计说明书（列出参考文献，以及仿真结果及分析）。19徐州工程学院课程设计(论文)2最小拍无纹波系统控制算法设计2.1设计原理有限拍无纹波设计的要求是系统在典型的输入作用下，经过尽

7、可能少的采样周期后，系统达到稳定。并且在采样点之间没有纹波。最小拍控制的闭环脉冲传递函数要求有如下的形式：式（2.1）这一形式表明经历有限个采样周期后输出能跟上输入的变化，系统在采样点没有静差。根据z变换的终值定理和系统的稳态误差的情况，要求系统的式（2.2）即有式（2.3）这里F(z)是关于的待定系数多项式。显然，为了使能够实现，F(z)首项应为1，即式（2.4）因此最少拍控制器D(z)为式（2.5）图2-1控制原理图最小拍无纹波控制系统要求在非采样时间的时候也没有偏差，因此必须满足：①对阶跃输入，当t≥NT时，有y(t)=常数

8、。②对速度输入，当t≥NT时，有y'(t)=常数。③对加速度输入，当t≥NT时，有y''(t)=常数。因此，设计最小拍无纹波控制器时，对速度输入函数进行设计，则Gc(s)必须至少有一个积分环节，使得控制信号u(k)为常值时，Gc(s)的稳态输出是所