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)