暖通空调系统基于SMITH预估自校正控制算法的研究

自动控制系统的校正

第五章自动控制系统的校正 本章要点 在系统性能分析的基础上，主要介绍系统校正的作用和方法，分析串联校正、反馈校正和复合校正对系统动、静态性能的影响。 第一节校正的基本概念 一、校正的概念 当控制系统的稳态、静态性能不能满足实际工程中所要求的性能指标时，首先可以考虑调整系统中可以调整的参数；若通过调整参数仍无法满足要求时，则可以在原有系统中增添一些装置和元件，人为改变系统的结构和性能，使之满足要求的性能指标，我们把这种方法称为校正。增添的装置和元件称为校正装置和校正元件。系统中除校正装置以外的部分，组成了系统的不可变部分，我们称为固有部分。 二、校正的方式 根据校正装置在系统中的不同位置，一般可分为串联校正、反馈校正和顺馈补偿校正。 1．串联校正 校正装置串联在系统固有部分的前向通路中，称为串联校正，如图5-1所示。为减小校正装置的功率等级，降低校正装置的复杂程度，串联校正装置通常安排在前向通道中功率等级最低的点上。 图5-1 串联校正 2．反馈校正 校正装置与系统固有部分按反馈联接，形成局部反馈回路，称为反馈校正，如图5-2所示。 3．顺馈补偿校正

顺馈补偿校正是在反馈控制的基础上，引入输入补偿构成的校正方式，可以分为以下两种：一种是引入给定输入信号补偿，另一种是引入扰动输入信号补偿。校正装 置将直接或间接测出给定输入信号R(s)和扰动输入信号D(s)，经过适当变换以后，作为附加校正信号输入系统，使可测扰动对系统的影响得到补偿。从而控制和抵消扰动对输出的影响，提高系统的控制精度。 三、校正装置 根据校正装置本身是否有电源，可分为无源校正装置和有源校正装置。 1．无源校正装置 无源校正装置通常是由电阻和电容组成的二端口网络，图5-3是几种典型的无源校正装置。根据它们对频率特性的影响，又分为相位滞后校正、相位超前校正和相位滞后—相位超前校正。 无源校正装置线路简单、组合方便、无需外供电源，但本身没有增益，只有衰减；且输入阻抗低，输出阻抗高，因此在应用时要增设放大器或隔离放大器。 2．有源校正装置 有源校正装置是由运算放大器组成的调节器。图5-4是几种典型的有源校正装 置。有源校正装置本身有增益，且输入阻抗高，输出阻抗低，所以目前较多采用有源图5-2 反馈校正 图5-3 无源校正装置 a)相位滞后 b)相位超前 c)相位滞后-超前

Smith预估器控制设计要点

《计算机控制》课程设计报告 题目: Smith预估器控制设计 姓名:

《计算机控制》课程设计任务书 指导教师签字：系（教研室）主任签字： 2012年7月5 日

Smith 预估器控制设计 一、实验目的 通过混合仿真实验，学习并掌握用于具有纯滞后系统的纯滞后补偿（Smith 预估器控制）的设计及其实现。 二、实验内容 被控对象为-512()2 s e G s s =+， 1.0s T =画出系统框图，设计Smith 数字预估器。 三、控制系统仿真 1.方案设计 已知纯滞后负反馈控制系统，其中 图1. 其中D(s)为调节器传递函数，-512()2 s e G s s =+为对象传递函数，其中-5()s O G s e 包含纯滞后特性，纯滞后时间常数5τ=。 系统的特征方程为：5121()()1() 02 s e D s G s D s s -+=+=+ 由于闭环特征方程中含有-5s e 项，产生纯滞后现象，/5/150.5m T τ==≥， 采用常规的PID 控制会使系统稳定性变差，甚至产生振荡。 为了改善系统特性，引入Smith 预估器，使得闭环系统的特征方程中不含有-5s e 项。 Smith 纯滞后补偿的计算机控制系统：

图 2. 上图所示ZOH 为零阶保持器，传递函数为：s e s G Ts h --1)(=，并且有：lT =τ（l 为大于1的整数，T 为采样周期）。由已知可知， 1.0T s =，则5 51 l T τ = = =。 2.负反馈调节器D(z)的确定 D(z)为负反馈调节器，通常使用PID 控制规律。使用扩充响应曲线法对数字PID 控制器进行参数整定。扩充响应曲线法是在模拟PID 控制器响应曲线法的基础上推广应用到数字PID 控制器参数整定的方法。扩充响应曲线法是用于具有纯滞后的一阶对象，由前面分析和已知: 1.0T s =,5τ=,5l =,1m T =,因此依据课本128页表4.2扩充响应曲线法整定PID 参数表选择数字PID 参数计算公式，由于1 =0.25T τ=，则选择控制度为1.20，控制规律为PI 控制，因此选定PI 参数为： 0.78( ) p m K T τ= 3.60i T τ= 所以有：0.156p K = 18i T = 则 控制器 的传递函 数 为 ： i 110.1 560. 0()(1 )0.15 6 ( 1 ) T 18 p s D s K s s s +=+= +=? 将得到的模拟控制器用一阶后向差分法离散化得到：

Smith预估控制算法设计仿真实验

Smith 预估控制算法设计仿真实验 实验目的 在控制算法学习的基础上，根据给定对象特性设计Smith 预估控制器算法，并利用Matlab 软件进行仿真实验，同时与PID 控制算法进行比较，加深对该控制算法的掌握和理解。 实验内容和要求 设广义被控对象为： 1011()()()1Ts s s e e H s G s G s e s T s ττ----==?+ 控制系统框图为： T 取T=1、τ=2、T 1=2.88，经采样（T=1s ）保持后，其广义对象z 传递函数为 00.2934 ()0.7066 G z z = -， 而2s e -转换为2个单位迟延。 控制器参数：Kp=0.5，Ki=0.2，Kd=0。 实验要求： (1) 设计Smith 预估控制算法，作给定值扰动和外部扰动响应实验，并绘制控制器输出P 和系统输出y 响应曲线。 （2）被控对象不变，采用理想PID 进行给定值扰动和外部扰动响应实验，并绘制控制器输出P 和系统输出y 响应曲线。 思考和讨论 （1）分析两类控制算法对带迟延对象的控制效果。 （2）根据实验分析Smith 预估控制算法的优点是什么，若采用PID 算法解决同 类问题效果如何？ Matlab 辅助设计软件

具体操作步骤： 1、 启动Matlab ； 2、单击工具栏中的Simulink 仿真图标 ，进入Simulink 仿真环 境 3、新建仿真结构图，寻找模块，拖动到新建仿真结构图中 新建 模块库

所涉及模块的位置： 加法器Sum：在Simulink/Math Operations子库中。 离散PID控制器：在SimPowerSystems/Extra Library/DiscreteControl Blocks子库中。 离散传递函数Discrete Transfer Fcn：在Simulink/Discrete子库中。 示波器Scope：在Simulink/Sinks模型库中。 阶跃信号Step：在Simulink/Sources模型库中。 4、修改模块参数。双击模块，在出现的窗口中设置参数。 5、连接模块。将光标移到一个模块的输出端(>)按下鼠标左键拖动鼠标到另一个模块的输 入端(>)，松开鼠标左键就可以完成两个模块的连接。 6、设置仿真参数，进行仿真。

基于Matlab的自动控制系统设计与校正

自动控制原理课程设计 设计题目：基于Matlab的自动控制系统设计与校正

目录 目录 第一章课程设计内容与要求分析 (1) 1.1设计内容 (1) 1.2 设计要求 (1) 1.3 Matlab软件 (2) 1.3.1基本功能 (2) 1.3.2应用 (3) 第二章控制系统程序设计 (4) 2.1 校正装置计算方法 (4) 2.2 课程设计要求计算 (4) 第三章利用Matlab仿真软件进行辅助分析 (6) 3.1校正系统的传递函数 (6) 3.2用Matlab仿真 (6) 3.3利用Matlab/Simulink求系统单位阶跃响应 (10) 3.2.1原系统单位阶跃响应 (10) 3.2.2校正后系统单位阶跃响应 (11) 3.2.3校正前、后系统单位阶跃响应比较 (12) 3.4硬件设计 (13) 3.4.1在计算机上运行出硬件仿真波形图 (14) 课程设计心得体会 (16) 参考文献 (18)

第一章 课程设计内容与要求分析 1.1设计内容 针对二阶系统 )1()(+= s s K s W ， 利用有源串联超前校正网络（如图所示）进行系统校正。当开关S 接通时为超前校正装置，其传递函数 11 )(++-=Ts Ts K s W c c α， 其中 132R R R K c += ，1 )(13243 2>++=αR R R R R ，C R T 4=， “-”号表示反向输入端。若Kc=1，且开关S 断开，该装置相当于一个放 大系数为1的放大器（对原系统没有校正作用）。 1.2 设计要求 1）引入该校正装置后，单位斜坡输入信号作用时稳态误差1.0)(≤∞e ，开环截止频率ωc’≥4.4弧度/秒，相位裕量γ’≥45°； 2）根据性能指标要求，确定串联超前校正装置传递函数； 3）利用对数坐标纸手工绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线； c R R

龙格库塔方法的Miline-Hamming预测-校正算法实验报告知识讲解

龙格库塔方法的 M i l i n e-H a m m i n g预测-校正算法实验报告

2011-2012学年第2学期实验报告 实验名称：微分方程数值解实验学院：****** 专业：************** 班级：********** 班内序号：** 学号：******** 姓名：****** 任课教师：****** 北京邮电大学 时间：****年**月**日

实验目标 用多环节Miline-Hamming 预测-校正算法求下列方程的解 {y‘=y ?2x y ,y (0)=1, 0≤x ≤4 其中解析解为 y (x )=√1+2x 实验原理 计算龙格库塔显示公式计算预测值，然后用隐式公式进行校正。Miline-Hamming 预测-校正公式为 { p n+1=u n?3+4 3 h(2f n ?f n?1+f n?2) m n+1=p n+1+112 121(c n ?p n ) c n+1=18 (9u n ?u n?2)+38h[f (t n+1,m n+1)+2f n ?f n?1] u n+1=c n+1?9(c n+1 ?p n+1) 其对应的算法流程为 1） 输入a ，b ，f(t,u)，N ，u 0 2） 置h=(b-a)/N ，t 0=a ，n=1 3） 计算f n-1=f(t n-1,u n-1) K 1=hf n-1 K 2=hf(t n-1+h/2, u n-1+K 1/2) K 3=hf(t n-1+h/2, u n-1+K 2/2) K 4=hf(t n-1+h, u n-1+K 3) u n = u n-1+1/6(K 1 +2K 2 +2K 3 +K 4) t n =a+nh 4） 输出(t n ,u n ) 5） 若n<3，置n+1→n ，返回3； 否则，置n+1→n ，0→p 0，0→c 0，转6. 6） 计算 f 3=f(t 3,u 3) t= t 3+h p=u 0+4/3(2 f 3 –f 2 +2f 1) m=p+112/121(c 0-p 0) c=1/8(9u 3- u 1)+3/8h[f(t,m)+ 2 f 3 –f 2] u=c-9/121(c-p)

Smith预估算法-Darling算法

8-1 题目要求： 被控对象的传递函数为 ()01 s e G s s -=+ 采样周期T =0.2s ，采用零阶保持器，针对单位阶跃输入函数，按以下要求设计： 1. 采用施密斯预估控制，求取控制器输出u (k )的递推公式，并仿真验证。 2. 试用大林算法设计数字控制器D (z )，求取u (k )的递推公式，并仿真验证。 解： 1. 施密斯预估控制 施密斯预估控制的控制系统如图1所示。 图1 施密斯预估控制器的控制系统 1.1 被控对象离散化 ()()P 1111110.1810.819 Ts T e G s Z s s z z z Z z z e z ---?? -=?? +?? ??=--??--?? = - 1.2 设计辅助调节器 ()()() ()5r P 556 510.181 10.819 0.1810.1810.819D z G z z z z z z z --=-= ---=- 1.3 设计调节器

调节器D (z )采用间接设计法设计。 被控对象传递函数类型为()1 P 1 K G s Ts =+，要校正成典型I 型系统，可知调节器类型为 2K s 。系统开环传递函数为()() 12 1K K G s s Ts =+。设12K K K =，KT =0.5，由于11,1K T ==，所以取20.5K =。 所以调节器的传递函数为()0.5 D s s = 。 1.4 由D (s )求D (z )（采用双线性变换法） ()()()211 0.5 0.0511 z s T z D z Z D s s z z -= +=???? =+= - ()()()() 0.0511 U z z D z E z z += = - 1.5 求递推公式 展开得， ()()()()10.051z U z z E z -=+ 对应的差分方程为，： ()()()()10.0510.05u k u k e k e k +-=++ 降一个序号可得u (k )的递推形式为，： ()()()()10.050.051u k u k e k e k =-++- 1.6 在Simulink 环境下系统仿真模型如图2所示。

龙格库塔方法的Miline-Hamming预测-校正算法实验报告

2011-2012学年第2学期实验报告 实验名称：微分方程数值解实验学院：****** 专业：**************班级：********** 班内序号：** 学号：******** 姓名：****** 任课教师：****** 北京邮电大学 时间：****年**月**日

实验目标 用多环节Miline-Hamming预测-校正算法求下列方程的解 y‘=y?2x , y0=1, 0≤x≤4 其中解析解为 y x=1+2x 实验原理 计算龙格库塔显示公式计算预测值，然后用隐式公式进行校正。Miline-Hamming预测-校正公式为 p n+1=u n?3+4 h(2f n?f n?1+f n?2) m n+1=p n+1+112 121 (c n?p n) c n+1=1 9u n?u n?2+ 3 h[f t n+1,m n+1+2f n?f n?1] u n+1=c n+1? 9 (c n+1?p n+1) 其对应的算法流程为 1）输入a，b，f(t,u)，N，u0 2）置h=(b-a)/N，t0=a，n=1 3）计算f n-1=f(t n-1,u n-1) K1=hf n-1 K2=hf(t n-1+h/2, u n-1+K1/2) K3=hf(t n-1+h/2, u n-1+K2/2) K4=hf(t n-1+h, u n-1+K3) u n= u n-1+1/6(K1 +2K2 +2K3 +K4) t n=a+nh 4）输出(t n ,u n) 5）若n<3，置n+1→n，返回3； 否则，置n+1→n，0→p0，0→c0，转6. 6）计算 f3=f(t3,u3) t= t3+h p=u0+4/3(2 f3–f2 +2f1) m=p+112/121(c0-p0) c=1/8(9u3- u1)+3/8h[f(t,m)+ 2 f3–f2] u=c-9/121(c-p)

Adams预测-校正系统

2012-2013（1）专业课程实践论文 Adams 预测-校正系统 高强强，0818180212，R数学08-2班 王岳，0818180108，R数学08-1班

一、算法理论 显示格式和隐式格式都具有四阶精度，两种格式可匹配成下列Adams 预测-校正系统： Adams 预测 - 校正 预测 ()3-2-1-n 19-3759f -5524 n n n n n f f f h y y ++=+, ()111,+++=n n n y x f f ; 校正 ( ) 2-1-1 15-19924 n n n n n n f f f f h y y +++ =++ ; ()111,+++=n n n y x f f . Adams 内插外插公式联合使用称作 Adams 预测 - 校正系统，用外插公式计算预测，用内插公式进行校正。计算时需要注意以下两点： 1 、外插公式为显式，内插公式为隐式。故用内插公式计算需要进行迭代。 2 、这种预测 - 校正法是四步法，计算1+n y 时，不但用到前一步的信息n x ，n y ，而且要用到更前三步的信息 1-n f ,2-n f ,3-n f ，因此它不是自开始的，实际计算时必须借助于某种单步法，用Runge-Kutta 格式为它提供开始值 1y ,2y ,3y 。 依据局部截断误差公式得 ()() ()n n n x y h y x y 551 1720 251-≈ ++, ()() ()n n n x y h y x y 5511720 19-≈ ++. 进一步将Adams 预测-校正系统加工成下列方案： 预测 ()3-2-1-19-3759-5524n n n n n n f f f f h y p ++=+, 改进 ()n n n n p c p m -720 251 11+=++, 计算 ()111,+++=n n n m x f m , 校正 ()2-1-115-19924n n n n n n f f f m h y c ++'+=++, 改进 ()1111-720 19 -++++=n n n n p c c y , 计算 ()111,+++='n n n y x f y ; 运用上述方案计算1+n y 时，要用到先一步的信息n y ，n y '，n n c p -和更前一步的

第六章 控制系统的校正与设计 习题

第六章控制系统的校正与设计 6-1 试对以下特性的一阶网络，确定其电路结构、电阻和电容值、放大器的增益和复平面图： a）ω=4 rad/sec时相位超前60°，最小输入阻抗50000Ω和直流衰减为10db。 b）ω=4时相位之后60°，最小输入阻抗50000Ω和高频衰减-10db。 c）频率范围ω=1至ω=10rad/sec内，滞后-超前网络具有衰减10db和输入阻抗50000Ω。 在以上所有情况，电阻最大值接近1MΩ，电容约10μF。而且假设网络负载阻抗实质上是无穷大。 6-2 习题6-2图所示包含局部速度反馈回路的单位反馈系统。 a）当不存在速度反馈（b=0）时，试确定单位跃阶输入下系统的阻尼系数、自然频率、最大超调量以及由单位斜坡输入下所引起的稳态误差。 b）试决定当系统等效阻尼系数增加至0.8时的速度反馈常数b。 c）按速度反馈和0.8的阻尼系数，确定单位阶跃输入下系统的最大超调量和单位斜坡输入下引起的稳态误差。 d）试说明斜坡输入下具有速度反馈和不具有速度反馈，但阻尼系数仍为0.8的两系数，怎样使它们的稳态误差相同。 习题6-2图 6-3 如若系统的前向传递函数为20/s（1+s），重做习题6-2. 6-4 习题6-4图所示为一个摇摆控制系统的方块图。它可以提供足够的抗扰动力矩的动特性，以限制导弹摇摆偏移速度[12].扰动力矩由倾斜角的变化和操纵控制偏差产生。决定摇摆控制系统特性的主要限制是副翼的伺服响应。 a）试确定习题6-4图所示系统的传递函数C（s）/R（s） b）设若由共轭主导极点支配瞬态响应，为满足系统的等效阻尼系数接近于0.5，和等效自然频率近于4rad/sec，试说明对副翼的伺服响应参数的要求。

实验三Smith预估

实验报告 | | 实验名称Smith预估控制算法设计实验 课程名称计算机控制技术与系统 | |

实验三 Smith 预估控制算法设计实验 1、实验目的 在控制算法学习的基础上，根据给定对象特性设计Smith 预估控制器算法，并利用Matlab 软件进行仿真实验，同时与PID 算法控制算法进行比较，加深对该控制算法的掌握和理解。 2、系统结构框图 Smith 预估控制系统框图为： 3、实验过程及分析 设广义被控对象为 要求一： 取τ=2、T 1=，取采样时间T=1s ，采用零阶保持器，使用Matlab 函数求取出 广义对象的z 传递函数； 实验过程： 使用matlab 求z 传函的函数： clc; clear all; close all; T=1; T1=; tao=2; G0=tf([1],[T1 1],'inputdelay',tao) sysd=c2d(G0,T,'zoh') 上述函数将s 传函210(s) 2.881s G e s -= +转化为z 传函20.29340(z)0.7066 G z z -=-。 要求二： 通过对象阶跃响应曲线，整定PID 参数，采用常规PID 进行给定值扰动和外部扰动响应实验，并绘制控制器输出P 和系统输出y 响应曲线； 实验过程： 借助matlab 软件中的simulink 搭建系统仿真模型。 首先将外部扰动置零，利用阶跃响应曲线来整定PID 参数。 利用试凑法整定PID 参数。PID 控制器的数学描述如下。 首先只给比例作用，调节系统使其稳定；其次加入积分作用消除系统静差；最后加入微分作用。最后合理调整各个参数，使系统品质达到最优。经过整定，最终选取P=，I=，D=0，N=100，系统可以相对较好的稳定下来。输出的曲线如下 在30T 的时候在对象之前加入的阶跃干扰，在50T 的时候在对象之后加入幅

计算方法 用欧拉预估-校正法求初值问题

《计算方法》实验指导书 实验1 方程求根 一、实验目的 1．通过对二分法、牛顿法、割线法作编程练习，进一步体会它们各自不同的特点； 2．了解二分法，切线法，割线法。 3．能熟练运用二分法，牛顿法进行方程求根 4．通过上机调试运行，对方程求根的几种方法程序进行改进。 二、实验要求 1．上机前作好充分准备，包括复习编程所需要的语言工具。 2．上机时要遵守实验室的规章制度，爱护实验设备。 3．记录调试过程及结果，记录并比较与手工运算结果的异同。 4．程序调试完后，须由实验辅导教师在机器上检查运行结果。 5．给出本章实验单元的实验报告。 三、实验环境、设备 1．硬件设备：IBM PC以上计算 机，有硬盘和一个软驱、单机 和网络环境均可。 2．软件环境：C语言运行环境。 四、实验原理、方法 二分算法计算步骤： （1）输入有根区间的端点a、b及预 先给定的精度ε； （2）计算中点x=(a+b)/2； （3）若f(x)f(b)<0，则a=x，转向下一 步；否则b=x，转向下一步； （4）若b-a<ε，则输出方程满足精度 要求的根x，结束；否则转向步骤（2）。 迭代法：

牛顿法： 牛顿迭代法是一种逐步线性化方法，即将非线性方程f(x)=0的求根问题归结为计算一系列线性方程的根。 设x k 是方程f(x)=0的一个近似根，将f(x)在x k 处作一阶泰勒展开，即 f(x)≈f(x k )+f′(x k )(x- x k ) 于是得到如下的近似方程 f(x k )+f′(x k )(x- x k )=0 （2.7） 设f′(x k )≠0，则式（2.7）的解为 ) () (' k k k x f x f x x - = 取x 作为原方程的新的近似根x k+1，即令 ) () ('1k k k k x f x f x x - =+ k=0,1,2, … （2.8） 则称式（2.8）为牛顿迭代公式。用牛顿迭代公式（2.8）求方程近似根的方法称为牛顿迭代法，简称牛顿法，又称切线法。 五、实验内容 1． 以方程：x 3 -0.2x 2 -0.2x-1.2=0为例，编写程序求方程的根 图2 牛顿法框图 图 2.3 迭代法框图

控制系统滞后-超前校正设计

课 程 设 计 题 目: 控制系统的滞后－超前校正设计 初始条件：已知一单位反馈系统的开环传递函数是 ) 2)(1()(++= s s s K s G 要求系统的静态速度误差系数110v K S -≥，相角裕度 45≥γ。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

（1）用MATLAB画出满足初始条件的最小K值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相角裕度。（2）前向通路中插入一相位滞后－超前校正，确定校正网络的传递函数。 （3）用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。 （4）用Matlab画出已校正系统的单位阶跃响应曲线、求出超调量、峰值时间、调节时间及稳态误差。 （5）课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程，列出MATLAB程序和MATLAB输出。说明书的格式按照教务处标准书写。 时间安排： 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日

目录 ................................................................................................................... I 摘要 ................................................................................................................. II 1设计题目和设计要求 .. (1) 1.1题目 (1) 1.2初始条件 (1) 1.3设计要求 (1) 1.4主要任务 (1) 2设计原理 (2) 2.1滞后-超前校正原理 (2) 3设计方案 (4) 3.1校正前系统分析 (4) 3.1.1确定未校正系统的K值 (4) 3.1.2未校正系统的伯德图和单位阶跃响应曲线和根轨迹 (4) 3.1.3未校正系统的相角裕度和幅值裕度 (7) 3.2方案选择 (7) 4设计分析与计算 (8) 4.1校正环节参数计算 (8) 的确定 (8) 4.1.1已校正系统截止频率ω c ω的确定 (8) 4.1.4校正环节滞后部分交接频率 a ω的确定 (8) 4.1.1校正环节超前部分交接频率 b 4.2校正环节的传递函数 (8) 4.3已校正系统传递函数 (9) 5已校正系统的仿真波形及仿真程序 (10) 5.1已校正系统的根轨迹 (10) 5.2已校正系统的伯德图 (11) 5.3已校正系统的单位阶跃响应曲线 (12) 6结果分析 (13) 7总结与体会 (14) 参考文献 (14) 本科生课程设计成绩评定表........................................ 错误！未定义书签。

自动控制原理_线性系统串联校正

或施二佥2罟 W口h;u 】Institute of Technology 线性系统串联校正 专业班级______________________________________ 学号_________________________________________

姓名_________________________________________ 任课老师______________________________________ 学院名称___________ 电气信息学院_____________

、实验目的 1 ?熟练掌握用MATLAB?句绘制频域曲线。 2 ?掌握控制系统频域范围内的分析校正方法。 3 ?掌握用频率特性法进行串联校正设计的思路和步骤 、基础知识 控制系统设计的思路之一就是在原系统特性的基础上，对原特性加以校正， 使之达到要求的性能指标。最常用的经典校正方法有根轨迹法和频域法。而常用 的串联校正装置有超前校正、滞后校正和超前滞后校正装置。本实验主要讨论在 MATLAB^境下进行串联校正设计。 、实验内容 校正装置，使校正后系统的静态速度误差系数 K v 20s 1 ，相位裕量 50°，增 益裕量 20lgK g 10dB 解：（1）根据题意，则校正后系统的增益 K 20， 20 取 GS ） E 求出现系统的相角裕度 num0=20; den 0=[1,1,0]; w=0.1:1000; [gm1,pm1,wcg1,wcp1]=margi n(num 0,de n0); [mag1,phase1]=bode (num 0,de n0 ,w); [gm1,pm1,wcg1,wcp1] margi n(num 0,de n0) 运行结果： ans = Inf 12.7580 Bode 图如下： 1 ?某单位负反馈控制系统的开环传递函数为 G(s) 中，试设计一超前 Inf 4.4165

Smith预估计算机控制

实验报告 实验名称：Smith预估控算法设计仿真实验课程名称：计算机控制与组成 学生姓名；专业班级:自动化1001 学生学号：实验时间：2013.5.7 指导教师：成绩：

一、实验目的 在控制算法学习的基础上，根据给定对象特性设计Smith 预估控制器算法，并利用Matlab 软件进行仿真实验，同时与PID 控制算法进行比较，加深对该控制算法的掌 握和理解。 二、实验内容和要求 实验内容： 设广义被控对象为： 1011()()()1Ts s s e e H s G s G s e s T s ττ----==?+ 控制系统框图为： T 取T=1、τ=2、T 1=2.88，经采样（T=1s ）保持后，其广义对象z 传递函数为 00.2934()0.7066 G z z =-， 而2s e -转换为2个单位迟延。 控制器参数：Kp=0.5，Ki=0.2，Kd=0。 实验要求： (1)设计smith 预估控制算法，作给定值扰动和外部扰动响应实验，并绘制控制器输出P 和系统输出y 响应曲线。 （2）被控对象不变，采用理想PID 进行给定值扰动和外部扰动响应实验，并绘制控制器输出P 和系统输出y 响应曲线。 三、实验步骤 1.根据实验原理图在Matlab 中搭建如下仿真结构图：

上图中，上面的回路为Smith预估控制器与对象所构成的回路，下面的回路为PID控制算法与被控对象所构成的回路，通过scope可以看到两种控制算法对扰动产生的响应曲线，分别在两条回路中加入给定值扰动和二次扰动，且注意两次扰动加入的时间间隔开，以便观察两种算法对不同扰动的克服情况。 2.在搭建好的模型中给控制器设定参数，加入阶跃扰动，两次扰动时间差为30s，对系统进 行仿真，记录仿真曲线。 3.保持Smith与控制算法回路参数不变，改变PID控制算法参数，使其响应曲线接近用 Smith控制算法控制所得到的曲线，记录最接近时的两条曲线并记录此时PID 参数。 四、实验结果及分析 1.控制器参数：Kp=0.5，Ki=0.2，Kd=0时，两种控制算法得到的曲线： （其中蓝色的为Smith算法控制下得到的阶跃响应曲线，绿线则为常规PID控制下得到的曲线）

第六章 控制系统的综合与校正范文

第六章 控制系统的综合与校正 6．1引 言 图6－1为一自动绕线机的原理图，当其正常工作时，要求绕线电机以较快的转速将电枢线绕到转子上，而由绕线电机及测速器构成的单位负反馈系统的开环传递函数为 0(0.11)(0.21) k G s s s = ++ 其中，0k 为开环增益。为了保证绕线速度，0k 的取值不能太少，一般取010k =。由此，可以画出绕线电机的Bode 如图6－2所示，其相位裕度为0.2γ=-?，不能满足系统稳定的要求。由于绕线电机及测速器的特性不可改变，所以只有通过设计适当的控制器来实现自动绕线机的正常工作。自动控制系统中控制器的设计又叫做系统的综合与校正。 控制器 绕线电机 步进电机 气动卡盘 转子 电枢线 图6－1 自动绕线机 ω

本章主要介绍控制系统的综合与校正。所谓综合或校正，就是在系统中不可变部分的基础上，加入一些元件（称校正元件），使系统满足要求的各项性能指标。一般情况下，控制系统的固有部分即不可变部分由已知的元件组成，因而其特性也是已知的。固有部分的参数除了增益以外，其余大多数参数是不可改变的，因而也叫不可变部分。通常，提高系统的性能指标，仅仅靠提高增益是不能完成的。所以，提高系统的性能指标往往需要引入新的元件来校正系统的特性。 控制系统中通常有两种校正方式，即串联校正和反馈校正。校正元件可以串联在前向通道之中，形成串联校正，如图6－3所示。也可接在系统的局部反馈通道之中，形成并联校正或反馈校正，如图6－4所示。 图6－3 串联校正系统方框图 图6－4 反馈校正系统方框图 串联校正的方法中，根据校正环节的相位变化情况，可分为超前校正、滞后校正、滞后超前校正。按照运算规律，串联校正又可分为比例控制、积分控制、微分控制等基本控制规律以及这些基本控制规律的组合。 经典控制理论中系统校正的方法主要有根轨迹法和频率特性法。本章主要介绍频率特性法。频率特性设计法根据系统性能指标的要求，以系统的开环对数频率特性（Bode图）为设计对象，使系统的开环对数幅频特性图满足系统性能指标的要求。具体来说就是：1，系统的低频段具有足够大的放大系数，有时候也要求具有足够大的斜率以满足系统对稳态误差的要求。2，系统的中频段以－20dB/dec的斜率通过0dB线，并且保证足够的中频段宽度以满足性能指标对相位裕度的要求。3，高频段一般不作特殊设计，而是根据被控对象自身特性进行高频衰减。 6．2 基本控制规律 站在系统设计的角度，控制系统的校正又可以看成是控制系统的控制器设计。控制系统

Smith预估补偿器的算法研究与实现

目录 1．引言 (3) 1.1 概述 (3) 1.2 毕业设计（论文）的主要内容 (3) 2．Smith预估器的理论知识 (4) 2.1 Smith预估器的模拟补偿控制原理 (4) 2.2 数字Smith预估系统 (5) 3．数字PID控制器 (7) 3.1 序言 (7) 3.2 模拟PID控制器 (7) 3.3 数字PID控制器 (7) 3.4 PID控制参数的整定 (10) 3.4.1 绪论 (10) 3.4.2 采样周期T的选取。 (10) 3.4.3 PID控制参数的整定方法 (10) 4．数字Smith 预估器 (12) 4.1 介绍数字PID控制算法的几种发展 (12) 4.1.1 积分分离的PID算式 (12) 4.1.2带有死区的PID控制算式 (12) 4.1.3微分先行的PID控制算式 (13) 4.1.4 时间最优PID控制 (13) 4.2 数字Smith预估器的计算机实现 (14) 4.3 数字Smith预估控制算式的推导 (15) 5．软、硬件设计及调试............................................................................... 错误！未定义书签。 5.1 硬件设计部分............................................................................... 错误！未定义书签。 5．1．1设计接线图...................................................................... 错误！未定义书签。 5.1.2 控制参数的计算................................................................. 错误！未定义书签。 5.2 软件设计部分............................................................................... 错误！未定义书签。 5.2.1序言...................................................................................... 错误！未定义书签。 5.2.2 程序框图如图5-2所示..................................................... 错误！未定义书签。 5.2.3程序清单.............................................................................. 错误！未定义书签。 5.3 调试............................................................................................... 错误！未定义书签。 5.3.1 PID的实验结果................................................................ 错误！未定义书签。 eτ-的软件实现............................................................... 错误！未定义书签。 5.3.2 s 5.3.3 具有数字Smith预估器的PID控制器........................... 错误！未定义书签。6．结论 .......................................................................................................... 错误！未定义书签。谢辞 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。参考文献 ........................................................................................................ 错误！未定义书签。

预测控制主要算法

动态矩阵控制 从1974年起，动态矩阵控制(DMC)就作为一种有约束的多变量优化控制算法应用在美国壳牌石油公司的生产装置上。1979年，Cutler等在美国化工年会上首次介绍了这一算法。二十多年来，它已在石油、化工等部门的过程控制中获得了成功的应用。 DMC算法是一种基于对象阶跃响应模型的预测控制算法，它适用于渐近稳定的线性对象。对于弱非线性对象，可在工作点处首先线性化；对于不稳定对象，可先用常规PID控制使其稳定，然后再使用DMC算法。

1． 模型预测 DMC 中的预测模型是用被控对象的单位阶跃响应来描述的。当在系统的输入端加上一控制增量后，在各采样时刻T t =、T 2、…、NT 分别可在系统的输出端测得一系列采样值，它们可用动态系数a 、a 、…、a 来表示，这种用动态系数和输入量来特性，就是被控

N 是阶跃响应的截断点，称为模型长度，N 的选择应使过程响应值已接近其稳态值，一般选N=20~60。因此，对象的阶跃响应就可以用集合{}N a a a ,...,,2 1 来描述。这样，根据线性系统的比例和叠加性质，利用这一模型，在给定的输入控制增量 T M k u k u k u k U )]1(),...,1(),([)(-+D +D D =D 作用下，系统未来时刻的输出预测值： )1()1()()()(?)1()()2()2(?)()1()1(?11012010-+D +++D +D ++=++D +D ++=+D ++=++--M k u a k u a k u a P k y P k y k u a k u a k y k y k u a k y k y M P P P L M 其中，y 0(k+j)是j 时刻无控制增量作用时的模型输出初值，将上式写成矩阵形式为： )()1()1(?0k U A k Y k Y D ++=+ （2-20）

实验4 控制系统校正

实验4 控制系统的校正 1、主要内容 控制系统的校正及设计上机实验 2、目的与要求 熟悉应用 MATLAB 软件设计系统的基本方法 熟悉应用 SISO Design Tool 进行系统设计的基本方法 通过学习自行设计完成一个二阶系统串联校正设计任务 3、重点与难点： 自行设计完成一个二阶系统串联校正设计任务 自行设计完成一个二阶系统并联校正设计任务 一、实验目的 1、掌握串联校正环节对系统稳定性的影响； 2、了解使用 SISO 系统设计工具（SISO Design Tool ）进行系统设计。 二、设计任务 串联校正是指校正元件与系统的原来部分串联，如图 1 所示。 图 中 ，()c G s 表 示 校 正 部 分 的 传 递 函 数 ， 0()G s 表 示 系 统 原 来 前 向 通 道 的 传 递 函 数 。 当 1()(1)1c aTs G s a Ts +=>+时，为串联超前校正；当1()(1)1c aTs G s a Ts +=<+时，为串联迟后校正。 我们可以使用 SISO 系统设计串联校正环节的参数，SISO 系统设计工具（SISO Design Tool ）是用于单输入单输出反馈控制系统补偿器设计的图形设计环境。通过该工具，用户可以快速完成以下工作：利用根轨迹方法计算系统的闭环特性、针对开环系统 Bode 图的系统设计、添加补偿器的零极点、设计超前/滞后网络和滤波器、分析闭环系统响应、调整系统幅值或相位裕度等。 （1）打开 SISO 系统设计工具 在 MA TLAB 命令窗口中输入 sisotool 命令，可以打开一个空的 SISO Design Tool ，也可以在 sisotool 命令的输入参数中指定 SISO Design Tool 启动时缺省打开的模型。注意先在 MATLAB 的当前工作空间中定义好该模型。如图 2 为一个 DC 电机的设计环境。 （2）将模型载入 SISO 设计工具 通过 file/import 命令，可以将所要研究的模型载入 SISO 设计工具中。点击该菜单项后，将弹出 Import System Data 对话框，如图 3 所示。 （3）当前的补偿器（Current Compensator ） 图 2 中当前的补偿器（Current Compensator ）一栏显示的是目前设计的系统补偿器的结构。缺省的补偿器增益是一个没有任何动态属性的单位增益，一旦在跟轨迹图和 Bode 图中添加零极点或移动曲线，该栏将自动显示补偿器结构。

控制系统的校正

基于MATLAB 控制系统的校正设计 1实验目的 ① 掌握串联校正环节对系统稳定性的影响。 ② 了解使用SISO 系统设计工具（SISO Design Tool ）进行系统设计。 2 设计任务 串联校正是指校正元件与系统的原来部分串联，如图1所示。 图1串联校正图 图中，()c G s 表示校正部分的传递函数，()o G s 表示系统原来前向通道的传递函数。()()111c aTs G s a Ts +=>+，为串联超前校正；当()()111o aTs G s a Ts +=<+，为串联迟后校正。 我们可以使用 SISO 系统设计串联校正环节的参数，SISO 系统设计工具（SISO Design Tool ）是用于单输入单输出反馈控制系统补偿器设计的图形设计环境。通过该工具，用户可以快速完成以下工作：利用根轨迹方法计算系统的闭环特性、针对开环系统 Bode 图的系统设计、添加补偿器的零极点、设计超前/滞后网络和滤波器、分析闭环系统响应、调整系统幅值或相位裕度等。 （1）打开 SISO 系统设计工具 在 MATLAB 命令窗口中输入 sisotool 命令， 可以打开一个空的 SISO Design Tool ， 也可以在 sisotool 命令的输入参数中指定 SISO Design Tool 启动时缺省打开的模型。注意先在 MATLAB 的当前工作空间中定义好该模型。如图 2 所示。

图2 SISO系统的图形设计环境 （2）将模型载入 SISO设计工具 通过file/import命令，可以将所要研究的模型载入SISO设计工具中。点击该菜单项后，将弹出Import System Data对话框，如图3所示。 图3 Import System Data对话框 （3）当前的补偿器（Current Compensator） 图2中当前的补偿器（Current Compensator）一栏显示的是目前设计的系统补偿器的结构。缺省的补偿器增益是一个没有任何动态属性的单位增益，一旦在跟轨迹图和Bode图中添加零极点或移动曲线，该栏将自动显示补偿器结构。（4）反馈结构 SISO Design Tool 在缺省条件下将补偿器放在系统的前向通道中，用户可以通过“+/-”按钮选择正负反馈，通过“FS”按钮在如下图4几种结构之间进行切换。