计算机控制技术课程设计--最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真实现

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1、 1 指导教师评定成绩：指导教师评定成绩： 计算机控制技术课程设计报告计算机控制技术课程设计报告 设计题目：最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真实现最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真实现 学学 生生 姓姓 名：名： 专专 业：业： 铁道信号 班班 级：级： 学学 号：号： 指指 导导 教教 师：师： 2012 年年 12 月月 18 日日 2 课程设计题目 最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真实现最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真实现 目录目录 摘要 .3 1 课题简介 4 1.1 课程设计目的.4 1.2 课程设计内容.4 2 最小拍无纹波系统控制算法设计.5 2.1 设计原理.5 2.

2、2 算法实现.6 2.2.1 单位阶跃输入.6 2.2.2 单位速度信号.7 3 最小拍无纹波控制软件编程设计.8 3.1 运用 simulink 进行仿真8 3.1.1 单位阶跃信号.8 3.1.2 单位速度信号.9 3.2Matlab 程序仿真.9 3.2.1 单位阶跃信号.9 3.2.2 单位速度信号10 4 无波纹与有波纹的比较.11 4.1 有波纹控制器设计及仿真.11 4.2 比较结果分析.13 5 最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题.13 6 设计总结.15 7 参考文献.15 3 摘要摘要 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

3、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了最少拍无纹波 设计及有纹波设计。 首先，通过学习和搜集相关书籍资料了解和掌握了最少拍控制器的设计原 理，从而分别根据单位阶跃信号输入和单位速度信号输入情况，设计了不同的最 少拍无纹波控制器，并

4、采用 Simulink 进行了仿真，同时又通过 matlab 程序验证 了仿真结果的正确性。 其次， 我们以单位速度信号输入为例， 比较了有纹波和无纹波控制器的区别， 最终得出结论：最少拍无纹波调整时间较长，但精度较高；最少拍有纹波调整时 间较短，但精度较低。 最后，我们通过选择不同的输入信号对同一个最少拍无纹波控制器进行仿 真，研究了最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题，最终发现根据某一 种输入信号情况设计的无纹波控制器可适用于较低阶的输入信号情况， 但不适用 于更高阶的输入信号情况。 关键词：计算机控制技术 simulink 单位阶跃信号 单位速度信号 最少拍无纹波 matlab 4

5、 1 课题简介课题简介 1.1 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（模拟步进电机进给过程） ； 6）撰写设计说明书。 1.2 课程设计内容 下面以一个具体实例介绍最少拍系统的设计和仿真。 如图 1 所示的采样-数字控制系统， 图1 离散控制系统结构图 其中对象 )2)(1(

6、 2 )( 0 ss sG 零阶保持器 s e sH Ts 1 )( 选择采样周期 T=1s，试设计无纹波最少拍控制器，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） 5 4. 探讨最少拍无纹波控制系统对典型输入的适应性问题 2 2 最小拍无纹波系统控制算法设计最小拍无纹波系统控制算法设计 2.1 设计原理 最小拍控制的闭环脉冲传递函数要求有如下的形式： N N zzzz )( 2 2 1 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 )()1()(1)( 1 zFzzz q e 即有)()1(1)(1)( 1 zFzzz q