计算机控制新版系统试验参考指导书MATLAB版.doc

《计算机控制系统》实验指引书

（Matlab 版）

一、实验课程教学目与任务

通过实验设计或计算机仿真设计，使学生理解和掌握数字PID控制算法特点、理解系统PID参数整定和数字控制系统直接设计基本办法，理解不同控制算法对被控对象控制特性，加深对计算机控制系统理论结识，掌握计算机控制系统整定技术，对系统整体设计有一种初步理解。
依照各个实验项目，完毕实验报告（用实验报告专用纸）。

二、实验规定

学生在熟悉PC机基本上，熟悉MATLAB软件操作，熟悉Simulink工具箱软件编程。通过编程完毕系统设计与仿真实验，逐渐学习控制系统设计，学习控制系统方案评估与系统指标评估办法。

计算机控制系统重要技术指标和规定：

依照被控对象特性，从自动控制系统静态和动态质量指标规定出发对调节器进行系统设计，整体上规定系统必要有良好稳定性、精确性和迅速性。普通规定系统在振荡2～3次左右进入稳定；系统静差不大于3%～5%稳定值（或系统静态误差足够小）；系统超调量不大于30％～50％稳定值；动态过渡过程时间在3～5倍被控对象时间常数值。

系统整定普通原则：

将比例度置于交大值，使系统稳定运营。依照规定，逐渐减小比例度，使系统衰减比趋向于4：1或10：1。若要改进系统静态特性，要使系统静差为零，加入积分环节，积分时间由大向小进行调节。若要改进系统动态特性，增长系统敏捷度，克服被控对象惯性，可以加入微分环节，微分时间由小到大进行调节。PID控制三个特性参数在调节时会产生互相影响，整定期必须综合考虑。系统整定过程是一种重复进行过程，需重复进行。

实验一、数字PID参数整定
一、 实验目

1）、理解数字PID控制回路构造。
2）、掌握数字PID控制算法控制原理。
3）、掌握数字PID控制算法整定原理。

二、 实验设备

1) WINDOWS操作系统和MATLAB软件。
2) PC电脑。

三、 实验原理

在过程控制中，广义被控对象采用一阶对象，设计相应数字控制器，使系统达到稳定，并满足一定动态和静态指标。
例如：对象传递函数为：,按下图进行数字PID控制系统设计，并拟定数字PID控制器参数。

四、实验内容

1） 建立闭环数字控制系统。
2） 选取PID数字调节器。
3） 将PID三参数置于恰当值，使系统稳定运营。
4） 整定比例度。
5） 整定积分时间。
6） 整定微分时间。
7） 对系统进行控制指标综合考虑，系统重复调试。

五. 实验规定

1. 完毕编程并检查与否有语法错误。
2. 运营程序。
3. 对运营成果进行显示。
4. 记录运营成果。
5. 分析对的与错误因素。
6. 用专用报告纸写出实验报告。

实验二、Smith算法运用

一、实验目

1）、理解Smith算法控制回路构造。
2）、掌握Smith算法控制原理。
3）、掌握Smith控制算法设计原理。

二、实验设备

1) WINDOWS操作系统和MATLAB软件。
2) PC电脑。

三、实验原理

按下图进行Smith算法控制回路设计，在过程控制中，广义被控对象采用一阶加纯迟后对象，设计相应Smith控制控制器，使系统达到稳定，并满足一定动态和静态指标。

四、实验内容

1） 运营MATLAB文献。
2） 运用Simulink按下图进行图形化编程。
3） 采用Smith控制办法，在PID控制中（选用PI控制），取kp＝40，ki＝0.022，假设预测模型精准，阶跃信号输入取100。
4） 观测Simulink仿真程序运营成果。（仿真成果表白，Smith控制办法具备较好控制效果。）
5） 进行系统整定；当参数恰当值时，使系统稳定运营。
6） 对系统进行控制指标综合考虑，系统重复调试。

五. 实验规定

1. 完毕编程并检查与否有语法错误。
2. 运营程序。
3. 对运营成果进行显示。
4. 记录运营成果。
5. 分析对的与错误因素。
6. 用专用报告纸写出实验报告。

实验三、二阶对象数字控制系统设计

一、实验目

1）、理解二阶对象数字控制回路构造。
2）、掌握二阶对象数字PID算法控制原理。
3）、掌握二阶对象数字PID控制算法设计原理。

二、实验设备

1) WINDOWS操作系统和MATLAB软件。
2) PC电脑。

三、实验原理

按下图二阶对象数字控制回路设计，在过程控制中，广义被控对象采用二阶对象，设计相应PID控制控制器，使系统达到稳定，并满足一定动态和静态指标。广义被控对象采用传递函数为：
运用Simulink按下图进行图形化编程。设计相应数字控制器，使系统达到稳定，并满足一定动态和静态指标。

四、 实验内容

1） 建立闭环数字控制系统。
2） 选取PID数字调节器。
3） 进行PID三参数整定；当三参数恰当值时，使系统稳定运营。
4） 整定比例度。
5） 整定积分时间。
6） 整定微分时间。
7） 对系统进行控制指标综合考虑，系统重复调试。

五. 实验规定

1. 完毕编程并检查与否有语法错误。
2. 运营程序。
3. 对运营成果进行显示。
4. 记录运营成果。
5. 分析对的与错误因素。
6. 用专用报告纸写出实验报告。

实验四、达林控制算法运用

一、实验目

1）、理解达林控制算法控制回路构造。
2）、掌握达林控制算法用法。
3）、掌握达林控制算法编程原理。

二、实验设备

1) WINDOWS操作系统和MATLAB软件。
2) PC电脑。
三、实验原理

达林算法SIMULINK仿真模型见图。达林算法合用于一、二阶惯性加纯滞后对象，仿真模型仅对工业控制中常用一阶惯性加纯滞后对象作仿真。若要仿真二阶对象，不难在此仿真模型上修改进行。

五、 实验内容

1）建立达林控制算法闭环数字控制系统。
2） 假设对象模型，规定闭环系统时间常数秒，取采样周期T=1秒。先按对象参数去设立控制器参数，然后运营仿真模型。
3） 若欲缩短调节时间，可将闭环时间常数改为秒，采样周期仍为T=1秒，再次仿真。
4） 观测系统动态过程，注意控制量变化状况。
5） 观测系统输出都没有纹波浮现，阐明在纯滞后时间是采样周期整数倍时，无论闭环系统时间常数是不不大于还是不大于惯性时间常数，系统输出都是没有纹波。倘若纯滞后时间不是采样周期整数倍时，系统输出将会发生波动。
6） 设秒，采样周期改为T=1.3秒,再次仿真。若再缩短采样周期，系统输出波动将更厉害。
7） 对系统进行控制指标综合考虑，系统重复调试。
8） 达林算法控制器S函数程序darlincon.m清单如下：
function [sys,x0,str,ts] = dahlincon(t,x,u,flag,Ttao,T1,K,Tao,T)
global umax k1 k2 k3 uk ek_1 N
switch flag,
case 0， % Initialization
sizes = simsizes;
sizes.NumContStates = 0； sizes.NumDiscStates = 0;
sizes.NumOutputs = 1； sizes.NumInputs = 1;
sizes.DirFeedthrough = 1；sizes.NumSampleTimes = 1;
sys = simsizes(sizes)； str = [];
ts = [T 0];
umax = 50； N=floor(Tao/T)
uk=zeros(N+2,1)； ek_1=0； k1=exp(-T/Ttao);
k2=exp(-T/T1)； k3=(1-k1)/K/(1-k2);
case 3， % Outputs
ek=u;
uk(1)=k3*(ek-k2*ek_1)+k1*uk(2)+(1-k1)*uk(N+2);
if uk(1)>umax uk(1)=umax；end
if uk(1)<-umax uk(1)=-umax；end
ek_1=ek；uk(2:N+2)=uk(1:N+1);
sys=[uk(1)];
case {1,2,4,9}， % Unhandled flags
sys = [];
otherwise % Unexpected flags
error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]);
end
程序中斜体某些就是关于达林算法实现所用变量和语句。

五. 实验规定

1. 完毕编程并检查与否有语法错误。
2. 运营程序。
3. 对运营成果进行显示。
4. 记录运营成果。
5. 分析对的与错误因素。
6. 用专用报告纸写出实验报告。

《计算机控制系统》课程设计指引书

（Matlab 版）

一、设计内容与安排

1. 课程设计题目选取
依照课程规定和本人学习状况，选取大纲推荐题目。任课教师可以推荐一定设计题目，学生也可以自主提出符合《计算机控制系统》规定适合设计题目，但是学生提出题目必要通过任课教师确认才干立为设计题目。

2. 课程设计内容及规定
（1） 设计题目；
① 单回路数字系统PID控制设计；
② 串接数字系统PID控制设计；
③ 二阶纯滯后系统大林算法控制设计；
④ 二阶纯滯后系统Smith算法控制设计；
⑤ 其他数字控制办法。
（2） 重要技术指标和规定；
依照被控对象特性，从自动控制系统静态和动态质量指标规定出发对调节器进行系统设计，整体上规定系统必要有良好稳定性、精确性和迅速性。普通规定系统在振荡2～3次左右进入稳定；系统静差不大于3%～5%稳定值（或系统静态误差足够小）；系统超调量不大于30％～50％稳定值；动态过渡过程时间在3～5倍被控对象时间常数值。

3. 课程设计题目拟定程序

1） 学生在进一步学习《计算机控制系统》课程后，可以在教师指引下选题，也可以自主选题。
2） 学生要提出选题根据。
3） 设计题目必要经教师确认后，才是有效设计题目。
4） 课程设计题目必要在一周内完毕。
5） 提交设计报告或小论文。

二、设计质量与创新

1. 新颖性和独到之处；
2. 计难度和总体工作量依照如下四点来定；
算法难度，对象复杂性，控制回路复杂性，系统大小。
3. 自动控制系统静态和动态质量指标；
4. 完毕时间与独立完毕状况。

三、课程设计环节

1. 开机并运营MATLAB文献。
2. 运营Simulink工具箱等进行系统设计。
3. 结合数字系统功能模块和m文献编程进行系统编程
4. 运营完毕软件，进行重复调试。
5. 记录运营成果并分析。

注： PID控制系统整定普通原则：
将比例度置于交大值，使系统稳定运营。依照规定，逐渐减小比例度，使系统衰减比趋向于4：1或10：1。若要改进系统静态特性，要使系统静差为零，加入积分环节，积分时间由大向小进行调节。若要改进系统动态特性，增长系统敏捷度，克服被控对象惯性，可以加入微分环节，微分时间由小到大进行调节。PID控制三个特性参数在调节时会产生互相影响，整定期必须综合考虑。系统整定过程是一种重复进行过程，需重复进行。

四、课程设计成绩评估

以提交设计报告或小论文为评分根据。

递交报告格式

题目三号黑体

班级，学号（小四）
作者姓名（小四）

1 前 言（小四黑）

前言论述论题背景，内容涉及为什么要做这件事，当前理解到资料中别人是如何做与本问题有关研究。

2 研究原理

描述或推导所用理论原理，作者对运用原理有何改进。
全文书写规范，无错别字，语句通顺，有哲理。在字左右，A4纸3张左右，插图不能太大。

3 原理应用仿真

采用什么被控对象，对对象模型来源与构造进行描述。系统仿真实现，遇到问题，采用什么办法解决；仿真成果。

4 结论

本研究收获，研究意义，研究应用，原理与技术此后发展。

5 参照文献（5篇以上）
按“作者，文献名，出处（期刊名、书名），出版时间”顺序排列。