課程設(shè)計 數(shù)字PID算法的設(shè)計 大林控制算法

計算機(jī)控制術(shù)課程設(shè)課程名稱

計算機(jī)控技術(shù)學(xué)

院

自動化學(xué)專業(yè)班級學(xué)姓

號名一、題目和要求已知計算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示中(t是系統(tǒng)的參考輸入(t是系統(tǒng)偏差u()是統(tǒng)的控制量Gs)是系統(tǒng)被控對象傳遞函數(shù)()是0待設(shè)計控制器的脈沖傳遞函數(shù)。r)

et)

T

E(z

D)

T

Uz

1e

Ts

()

yt)圖計控制統(tǒng)結(jié)圖現(xiàn)假設(shè)系統(tǒng)采樣周期=0.5s，系統(tǒng)被控對象的傳遞函數(shù)為：(s)0

s(s2)

請針對上述被控對象，完成如下任務(wù)：（一試分別采用不同的數(shù)字控制算法設(shè)計數(shù)字控制D(z)，使得輸出跟蹤不同的參考輸入；在設(shè)計任務(wù)中要求采用如下四種數(shù)字控制算法：數(shù)字PID控制算法最少拍有紋波控制算法最少拍無紋波控制算法和大林控制算法設(shè)計每種算法時需要跟蹤兩種典型的參考輸入階躍輸入和單位速度輸入；（二針對每一種情況，編寫計算機(jī)程序或者使用仿真軟件作出相應(yīng)的e(k)，(k)和y)的曲線，通過改變不同算法的控制參數(shù)觀察控制效果的變化分析相應(yīng)算法控制算法對系統(tǒng)控制性能的影響；比較分析各種不同控制算法間的控制效果差異；撰寫心得和體會。二、數(shù)字PID控制算1、單位階躍輸入（1建sumilink（2擊PID控制器（3擊TUNE，讓系統(tǒng)自動調(diào)整參數(shù)（4整得到滿意參數(shù)（5程模擬s=tf('s');Gs=200/(s*(s+40));Ts=0.01;Gz=c2d(Gs,Ts,'zoh');[num,den]=tfdata(Gz,'v');step=1000;Kp=0.4411;Ki=0.0019;Kd=0.4694;e=zeros(1,step);y=zeros(1,step);time=zeros(1,step);r=zeros(1,step);delta_u=zeros(1,step);u=zeros(1,step);fork=1:step

r(k)=1;time(k)=k*Ts;endfork=3:stepy(k)=y(k-1);e(k)=r(k)-y(k);delta_u(k)=Kp*(e(k)-e(k-1))+Ki*e(k)+Kd*(e(k)-2*e(k-1)+e(k-2));u(k)=delta_u(k)+u(k-1);y(k)=-den(2)*y(k-1)-den(3)*y(k-2)+num(2)*u(k-1)+num(3)*u(k-2);endplot(time,r,time,y)仿真圖如下示：y(k)u(k)e(k)2、單位速度輸入方法同單位階躍輸入仿真圖：y(k)u(k)e(k)編程模擬：s=tf('s');Gs=200/(s*(s+40));Ts=0.01;Gz=c2d(Gs,Ts,'zoh');[num,den]=tfdata(Gz,'v');step=1000;Kp=0.9539;Ki=0.0016;Kd=0.3689;e=zeros(1,step);y=zeros(1,step);time=zeros(1,step);r=zeros(1,step);delta_u=zeros(1,step);u=zeros(1,step);fork=1:step三、最少拍紋波控制算

r(k)=k;time(k)=k*Ts;endfork=3:stepy(k)=y(k-1);e(k)=r(k)-y(k);delta_u(k)=Kp*(e(k)-e(k-1))+Ki*e(k)+Kd*(e(k)-2*e(k-1)+e(k-2));u(k)=delta_u(k)+u(k-1);y(k)=-den(2)*y(k-1)-den(3)*y(k-2)+num(2)*u(k-1)+num(3)*u(k-2);endplot(time,r,time,y)廣義傳遞函數(shù)：

G(s

2(s2)Z變換：

(

(1z)(10.368z)1、單位階躍輸入d=2u=0v=1j=1q=1m=u+d=2n=v-j+q=1

(z(1)(1fzfz)12

fff)z1112(zf21

對比可得：f=1f=1f=1111221故控制器的脈沖傳遞函數(shù)D（z）為：D(

0.717)(10.368

)

zzzz0.132仿真圖如下圖示。2、單位速度輸入d=2u=0v=1j=1q=2m=u+d=2n=v-j+q=2

()(1)2zfzfz11

ff12

ff)z1112

z12

4

()

(f21

f22

)對比可得：f=2f=3f=4f=-311122122故控制器的脈沖傳遞函數(shù)D（z）為：(z)

zz(10.717)(1)(1z)(10.368z)

z

z4.4721.104z20.18440.316z3仿真圖如下圖示。y(k)u(k)圖2e(k)y(k)u(k)e(k)四、最少拍紋波控制算傳遞函數(shù)同有紋波控制算法1、單位階躍輸入d=2u=0v=1j=1q=1m=w+d=3n=v-j+q=1

)(1)(1fffz)1213f11

f)z2111

ff)13

f13

()0.717z21ff

對比可得

f=1f=1ff=0.58211121321故控制器的脈沖傳遞函數(shù)D（z）為：

(10.5820.7170.184z(11z0.717z

0.582z3z0.18440.1070.077

仿真圖如下圖示y(k)u(k)e(k)2、單位速度輸入d=2u=0v=1j=1q=2m=w+d=3n=v-j+q=2

e

()

)

(1f

fz

fz

)f1111

ff)f)fz13111213

())(21

f22

)

(z)fzfz)0.717fz2122

對比可得

f=2f=3ff=2.573f=-1.9911112132122故控制器的脈沖傳遞函數(shù)D（z）為：Dz

0.717z)(2.5731.991)z(10.717z)(10.717zz)

z5z30.733z50.4730.0270.263

2仿真圖如下圖示：u(k)e(k)五、大林控算法N

12

(z)

(1

)zz

)zD

)(z4z30.0810.1840.0110.103z20.041單位階躍輸入仿真圖如圖示y(k)u(k)e(k)單位速度輸入仿真圖如圖示u(k)e(k)五、不同控算法的比較PID控制算法較容易得到對應(yīng)的參數(shù)，但超調(diào)量大，穩(wěn)定時間長，控制效果一般，適合對控制要求較低的場合。最少拍有紋波算法響應(yīng)時間大大減短但同樣也存在超調(diào)和輕微的振蕩控制效果好。最少拍無紋波算法響應(yīng)時間和有紋波算法相差不大也不存在超調(diào)但在調(diào)節(jié)的過程中存在振蕩，會增加被控對象的機(jī)械磨損。大林算法解決了調(diào)節(jié)過程的振蕩問題但調(diào)節(jié)時間較最少拍的大且在單位速度輸入時會有穩(wěn)態(tài)誤差。六、心得和會剛剛拿到設(shè)計任務(wù)書的時候我本來以為任務(wù)很快就能完成但事實證明我錯了一開始的數(shù)字PID算法的設(shè)計還比較簡單所以進(jìn)行地也比較順利但之后的最少拍算法由于計算較多加之式子復(fù)雜難算算錯的次數(shù)很多每次錯了都要花很多時間去尋找算錯的地方是整個課程設(shè)計費(fèi)時