大林算法课程设计报告.doc

微型计算机控制技术
课程设计报告

班级：自动化901
A
B
C

一、课题名称
大林算法控制系统设计

二、课程设计目的
课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达成教学目的的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。
《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结识，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环节，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。
三、课程设计内容
已知被控对象的传递函数为：

采样周期为T=0.5s，用大林算法设计数字控制器D(z)，并分析是否会产生振铃现象。
四、课程设计规定
1、用大林算法设计数字控制器D(z) ；
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；
3、绘制并分析数字控制器的振铃现象；
4、对振铃现象进行消除;
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）。
五、大林算法控制系统方案设计
在控制系统应用中，纯滞后环节往往是影响系统动态特性的不利因素。工业过程中如钢铁，热工和化工过程中往往会有纯滞后环节。对这类系统，控制器假如设计不妥，经常会引起系统的超调和连续振荡。
由于纯延迟的存在，使被控量对干扰、控制信号不能即时的反映。即使调节机构接受控制信号后立即动作，也要通过纯延时间t后才到达被控量，使得系统产生较大的超调量和较长的调节时间。当t>=0.5T（T为对象的时间常数）时，实践证明用PID控制很难获得良好的控制品质。
对这类具有纯滞后环节系统的控制规定，快速性往往是次要的，通常规定系统稳定，规定系统的超调量要小，而调整时间允许在较多的采样周期内结束。
这样的一种大时间滞后系统采用PID控制或采用最少拍控制，控制效果往往不好。本节介绍能满足上述规定的一种直接数字控制器设计方法
——达林(Dahlin)算法

达林算法的设计思想：设计一个合适的数字控制器，使整个闭环系统相称于一个延迟环节和一个一阶惯性环节相串联。并盼望整个闭环系统的纯滞后时间与被控对象的纯滞后时间相同。即系统的闭环传递函数可设为

式中: Tt为闭环系统的时间常数，实际使用时需要整定；t为纯滞后时间，与被控对象的相同，并且与采样周期T有整数倍的关系t=NT(N=1,2,…)。若t与采样周期T不成整数倍的关系，可采用修正的Z变换法进行解决
一阶被控对象的达林算法
已知被控对象为则数字控制器算式为
采用达林算法设计具有纯延迟过程的计算机控制系统时，会出现所谓的振铃现象：闭环系统的输出以指数形式较快地趋向于稳态值， 而数字控制器的输出以一半的采样频率大幅度的衰减振荡。
振铃现象会增长执行机构大幅度的摆动，加剧了磨损. 但是对系的输出没有影响。振铃现象尚有可影响到系统的稳定性。振铃现象与被控对象的特性、闭环时间常数、采样周期、纯滞后时间等因素有关。下面分析之。

系统的输出Y(z)为：

上式表达了数字控制器的输出与系统输入信号之间的关系。是分析振铃现象的基础。
对于单位阶跃输入函数R(z)=1/(1-z-1)，具有z=1的极点；假如Fu(z)在z平面的负实轴上有极点，即被控对象Gp(z)具有负实轴上的零点，且与z=-1点相近，则数字控制器的输出序列u(k)中将具有这两种幅值相近的瞬态项，并且这两个瞬态项的符号在不同时刻是不同的。当两瞬态项符号相同时，数字控制器的控制作用加强；符号相反时，控制作用减弱，从而导致数字控制器的输出序列u(k)的幅值以2T 为周期大幅度波动，这便是振铃现象。
对于带纯滞后环节的一阶惯性环节，极点z永远大于零，故可以得出如下结论：在纯滞后一阶惯性环节促组成的系统中，数字控制器输出对输入的脉冲传递函数不存在负实轴上面的极点，这种系统不存在振铃现象。

振铃消除方法
【方法一】找出数字控制器D(z)中引起振铃现象的因子(即z=-1附近的极点)，然后人为地令该因子中的z=1，就可以有效地克制振铃幅度。
【方法二】通过适当的选择采样周期T和盼望的系统时间常数Tt，可以把振铃现象克制在最低的限度内。 在有的情况下，盼望的闭环时间常数Tt作为系统的性能指标被一方面拟定了。但仍可以在通过振铃幅度RA与采样周期的关系的前提下，得出在允许振铃幅度RA下的采样周期，从而将振铃现象克制在可以接受的范围内。
附：实验截图

7. 小结与体会
A：课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达成教学目的的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它有助于我们全面牢固地掌握课堂教学内容、培养我们的实践和实际动手能力。这次的课程设计，让我对《微型计算机控制技术》这门课和课程设计有了一个全新的结识，也有了很多的体会和心得。《微型计算机控制技术》是一门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。通过这次的课程设计，我结识到任何课程的学习都需要理论结合实际，这样才干更好地掌握所学的知识并将它很好地应用于实践中。同时，在实践过程中，可以通过查找资料、分析资料和请教老师和同学，使一些不清楚的问题得以解决，这样的话，可以起到事半功倍的效果。当然，最关键的还是靠自己亲自去思考问题、解决问题，掌握独自面对各类的问题的方法。总之，这次的课程设计给了我很多的体会和心得。让我们有机会去锻炼和提高自己，收获很多。
B：计算机控制技术是一门以电子技术、自动控制技术、计算机应用技术为基础，以计算机控制技术为核心，综合可编程控制技术、单片机技术、计算机网络技术，从而实现生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化及机电控制系统的最佳化的专门学科。
通过本次课程设计，让我受益良多。本来我学习计算机控制的时候，基本上不清楚学习的理论知识如何应用在实践中，所以觉得计控学习起来比较难，通过这次课程设计，让我清楚了计算机控制的一些理论在实践中的应用。通过了这次课程设计，我发现学到了很多的东西，一方面我觉得能把自己所学到的东西应用到实践中去，这是一个很大的收获。另一方面，仅仅是所学到的东西主线就不能满足工程或者说一个具体的项目的规定，要完毕一个具体的项目，需要额外的学习很多新的东西，因此不能满足于自己的所学，应当养成终身学习的态度。

C: 课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达成教学目的的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它有助于我们全面牢固地掌握课堂教学内容、培养我们的实践和实际动手能力。
这次的课程设计，让我对《计算机控制技术》这门课和课程设计有了一个全新的结识，也有了很多的体会和心得。
《计算机控制技术》是一门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，我对控制算法设计有了一个更深的结识，也学会了控制算法的实际应用，从整体上了解了计算机控制系统的实际组成，掌握了计算机控制系统的整体设计方法和设计环节，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的整定工作打下基础。