广东工业大学计算机控制课程设计.docx

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广东工业大学计算机控制课程设计

广东工业大学华立学院

课程设计（论文）

课程名称　　计算机控制技术

题目名称　　数字控制器的设计-Dahlin算法

系部　机电与信息工程学部　　

专业班级　　　11电气2班　　　　

学　　号　　　　120311010　　

学生姓名　　　邓伟东　　　　

指导教师　　　王赟　　　　　　

2014年06月08日

广东工业大学华立学院

课程设计（论文）任务书

题目名称

数字控制器的设计-Dahlin算法

学系学部

机电与信息工程学部

专业班级

11电气2班

姓名

邓伟东

学号

120311010

一、课程设计（论文）的内容

已知某过程对象的传递函数为

，试用Dahlin算法设计数字控制器。

（1）采样周期T=1s；

（2）期望闭环系统时间常数T0=0.1s；

二、课程设计（论文）的要求与数据

1、给出数字控制器D（z）设计过程；

2、写出数字控制器D（z）差分方程；

3、给出matlab仿真程序；

4、绘制单位阶跃响应、控制器的输出的图形。

三、课程设计（论文）应完成的工作

1、数字控制器D（z）的理论分析与计算；

2、matlab仿真程序设计，绘制图形；

3、完成课程设计报告的撰写。

四、课程设计（论文）进程安排

序号

设计（论文）各阶段内容

地点

起止日期

1

选择课题，明确设计要求，查阅资料

校内

6.9

2

理论计算

校内

6.9~6.10

3

Matlab仿真及结果分析

校内

6.11~6.12

4

课程设计报告的撰写

校内

6.13~15

五、应收集的资料及主要参考文献

1、计算机控制系统

2、自动控制原理

3、matlab在自动控制中的应用

发出任务书日期：

2014年06月9日指导教师签名：

计划完成日期：

2014年06月15日教学单位责任人签章：

1.理论分析

1.1Dahlin算法的一般设计步骤

具有纯滞后的控制系统往往不希望产生超调，且要求稳定，这样采用直接设计法设计的数字控制器应该注意防止振铃现象。

Dahlin算法的一般设计步骤为：

（1）根据系统性能要求，确定期望闭环系统的参数T0，给出振铃幅度RA的指标。

（2）根据振铃幅度RA的要求，由RA的计算式（4-51），确定采样周期T，如果T有多解，则选择较大的T。

（3）确定整数N=τ/T。

（4）求广义对象的脉冲传递函数G（z）及期望闭环系统的脉冲传递函数

。

（5）求数字控制器的脉冲传递函数D（z）。

（6）求D（z）变换为差分方程，以便于计算机编程相应算法程序。

1.2数字控制器D（z）的设计

若已知被控对象为具有纯滞后的一阶惯性或二阶惯性环节，即

（1.1）

（1.2）

Dahlin算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器D（z），使整个闭环系统的传递函数Φ（s）相当于一个一阶惯性纯滞后环节，即

（1.3）

式中，τ为被控对象的纯滞后时间，τ=NT。

为了简单起见，设τ为采样周期T的整数倍，即N为正整数。

T0为期望闭环系统传递函数的时间常数，其值由设计者用试凑法给出。

采用带零阶保持器的Z变换方法，对式（1.3）进行离散化处理，有

（1.4）

典型计算机控制系统结构图，如图1.1所示。

图1.1典型计算机控制系统结构图

由图1.1，可得Dahlin控制器D（z）为

（1.5）

由此可知，若被控对象为式（1.1）所示的带纯滞后的一阶惯性环节，则

（1.6）

若被控对象为式（1.2）所示的带纯滞后的二阶惯性环节，则

（1.7）

其中，

；

。

根据任务书，可知被控对象为具有纯滞后的二阶惯性环节，且其中τ=1s，T1=2s，T2=1s，K=1，N=τ/T=1，T0=0.1s，则

=0.1548,

=0.0939

由式（1.7），有

由此，

（1.8）

对式（1.8）等号两边交叉相乘，有

U（z）+0.6065z-1U（z）-z-2U（z）-0.6065z-3U（z）=6.4599E（z）-6.2946z-1E（z）+1.4412z-2E（z）

（1.9）

得到易于编程的差分方程

u（k）=6.4599e（k）-6.2946e（k-1）+1.4412e（k-2）-0.6065u（k-1）+u（k-2）+0.6065u（k-3）

（1.10）