实验一 最少拍控制系统

（Simulink 仿真实验）

1. 实验目的与要求

（1） 掌握最少拍有纹波、无纹波系统的设计方法； （2） 学会对最少拍控制系统的分析方法；

（3） 了解输入信号对最少拍控制系统的影响及其改进措施。 2．实验设备

（1）硬件环境

微型计算机一台，Pentium4以上各类微机 （2）软件平台

操作系统：Windows2000 MATLAB6.0仿真软件

3．实验原理

最少拍控制是一种直接数字设计方法。所谓最少拍，就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态，是系统输出值尽快地跟踪期望值的变化。它的闭环Z传函具有形式

(z)z12N

2zNz1在这里，N是可能情况下的最小整数。这一传函形式表明闭环系统的脉冲响应在N个采样周期后变为零，从而意味着系统在N拍之内达到稳态。其控制原理如图1-1：

(z)G(z)R(z)TY(z)e(s)TE(z)R(s)+D(z)U(z)TTG h0(s)G0(s)_Y(s)G(s)

图1-1 最少拍系统控制原理图

(1) 输入信号为单位阶跃信号； (2) 被控对象为：

2.1G(s)0s2；

(s1.252)(3) 采样周期T=1s。

4．实验内容与步骤

（1）按系统要求计算D(Z)为有纹波控制器和无纹波控制器；

（2）按照系统原理图，在Simulink下构造系统结构图模型；取输入信号为单位阶跃信号和单位速度信号，设计控制器，观察输入输出波形，标明参数，打印结果； （3）观察系统输出波形在采样点以外的波形。

（4）比较有纹波与无纹波系统的区别，分析其原因。 5．思考与分析

（1）最少拍受什么限制而使调整节拍增加？ （2）无纹波系统对控制器有何要求？

（3）分析不同输入信号对最少拍控制系统的影响。

6．实验结果

Scopesignal(z-1)(z-0.286)(z+0.2)(z+0.735)StepDiscreteZero-PoleZero-OrderHold2.12s (s+1.252)Zero-PolesignalScope1 图1-2 单位阶跃输入下最少拍有纹波控制系统仿真结构模型

图1-3 最少拍有纹波控制——控制器输出

图1-4 最少拍有纹波控制——系统输出

图1-2 单位阶跃输入下最少拍无纹波控制系统仿真结构模型

图1-6 最少拍无纹波控制——控制器输出

图1-7 最少拍无纹波控制——系统输出

7．思考与分析

（1）最少拍受什么限制而使调整节拍增加？

答：最少拍受输入函数R（Z）的阶数限制，阶数越高，调整时间越长。 （2）无纹波系统对控制器有何要求？ 答：被控对象G(S)有足够的积分环节；D(Z)必须包含G(Z)中的圆内圆外的全部零点N(Z)；最少拍无纹波控制器确定被控对象方法。 （3）分析不同输入信号对最少拍控制系统的影响。 答：输入信号阶数越高，调整时间越长。