控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　引 言</b></p><p>　　1.1 MATLAB軟件簡(jiǎn)介</p><p>　　MATLAB是matrix&laboratory兩個(gè)詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實(shí)驗(yàn)室）。是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建

2、模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。</p><p>　　1.2 MATLAB軟件組成</p><p>　　MATLAB系統(tǒng)由MATLAB開(kāi)發(fā)環(huán)境、MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)、

3、MATLAB語(yǔ)言、MATLAB圖形處理系統(tǒng)和MATLAB應(yīng)用程序接口（API）五大部分構(gòu)成。</p><p><b>　　開(kāi)發(fā)環(huán)境</b></p><p>　　MATLAB開(kāi)發(fā)環(huán)境是一套方便用戶使用的MATLAB函數(shù)和文件工具集，其中許多工具是圖形化用戶接口。它是一個(gè)集成的 用戶工作空間，允許用戶輸入輸出數(shù)據(jù)，并提供了M文件的集成編譯和調(diào)試環(huán)境，包括MATLAB桌面、

4、命令窗口、M文件編輯調(diào)試器、MATLAB工作空間和在線幫助文檔。</p><p><b>　　數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)</b></p><p>　　MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)包括了大量的計(jì)算算法。從基本算法如加法、正弦，到復(fù)雜算法如矩陣求逆、快速傅里葉變換等。</p><p><b>　　語(yǔ)言</b></p><p>

5、;　　MATLAB語(yǔ)言是一種高級(jí)的基于矩陣/數(shù)組的語(yǔ)言，它有程序流控制、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入/輸出和面向?qū)ο缶幊痰忍厣?lt;/p><p><b>　　圖形處理系統(tǒng)</b></p><p>　　圖形處理系統(tǒng)使得MATLAB能方便的圖形化顯示向量和矩陣，而且能對(duì)圖形添加標(biāo)注和打印。它包括強(qiáng)大的二維三維圖形函數(shù)、圖像處理和動(dòng)畫(huà)顯示等函數(shù)。</p><p&

6、gt;<b>　　應(yīng)用程序接口</b></p><p>　　MATLAB應(yīng)用程序接口（API）是一個(gè)使MATLAB語(yǔ)言能與C、Fortran等其它高級(jí)編程語(yǔ)言進(jìn)行交互的函數(shù)庫(kù)。該函數(shù)庫(kù)的函數(shù)通過(guò)調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）實(shí)現(xiàn)與MATLAB文件的數(shù)據(jù)交換，其主要功能包括在MATLAB中調(diào)用C和Fortran程序，以及在MATLAB與其它應(yīng)用程序間建立客戶、服務(wù)器關(guān)系。</p>&l

7、t;p>　　1.3 SIMULINK簡(jiǎn)介</p><p>　　SIMULINK 是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。SIMULINK 具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)SIMULINK 已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿

8、真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于SIMULINK 。</p><p>　　1.4 SIMULINK仿真步驟</p><p>　　(1)根據(jù)要仿真的系統(tǒng)框圖，在SIMULINK 窗口的仿真平臺(tái)上構(gòu)建仿真模型。</p><p>　　(2)設(shè)置模塊參數(shù)。</p><p>　　(3)設(shè)置仿真參數(shù)。</p>&

9、lt;p>　　仿真時(shí)間(Simulation time) 有開(kāi)始時(shí)間(Start time) 和終止時(shí)間(Stop time) 兩項(xiàng)，連續(xù)系統(tǒng)中仿真時(shí)間一般從零開(kāi)始，可以先預(yù)設(shè)一個(gè)仿真的終止時(shí)間，在仿真過(guò)程如果預(yù)設(shè)的時(shí)間不足，可以即時(shí)修改。算法選擇(Solver options) 中計(jì)算類型(Type)有可變步長(zhǎng)( Variable step)</p><p>　　和固定步長(zhǎng)(Fixed-step) 兩種，

10、在可變步長(zhǎng)和固定步長(zhǎng)下還有多種數(shù)值計(jì)算方法可供選擇，關(guān)于數(shù)值計(jì)算方法將在后面作進(jìn)一步介紹。該欄中經(jīng)常還要設(shè)置的有仿真誤差，這有相對(duì)誤差(Relative tolerance) 和絕對(duì)誤差(Absolute tolerance) 兩項(xiàng)，系統(tǒng)默認(rèn)的相對(duì)誤差是1/1000。選擇合適的計(jì)算誤差，對(duì)仿真的速度和仿真計(jì)算能否收斂影響很大，尤其在仿真不能收斂時(shí)，適當(dāng)放寬誤差可以取得效果，絕對(duì)誤差一般可取"自動(dòng)(auto) "。&l

11、t;/p><p><b>　　(4 )啟動(dòng)仿真。</b></p><p>　　(5) 觀測(cè)仿真結(jié)果。</p><p>　　在SIMULINK 中最常用的觀測(cè)儀器是示波器(Scope)，這時(shí)只要雙擊該示波器模塊就可以打開(kāi)示波器觀察到以波形表示的仿真結(jié)果。</p><p>　　圖1.1 SIMULINK界面</p>

12、<p><b>　　基本原理</b></p><p><b>　　2.1 史密斯算法</b></p><p>　　控制器的傳遞函數(shù)為D(s)，被控對(duì)象傳遞函數(shù)為Gp(s)e-s，被控對(duì)象中不包含純滯后部分的傳遞函數(shù)為Gp(s)，被控對(duì)象純滯后部分的傳遞函數(shù)為e-s。</p><p>　　圖2.1純滯后對(duì)象控制

13、系統(tǒng)框圖</p><p>　　由于系統(tǒng)特征方程中含有純滯后環(huán)節(jié)，它會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　史密斯補(bǔ)償?shù)脑硎牵涸谀Ｐ途_或者無(wú)負(fù)荷擾動(dòng)時(shí),與控制器D(s)并接一個(gè)補(bǔ)償環(huán)節(jié)，用來(lái)補(bǔ)償被控對(duì)象中的純滯后部分，這個(gè)補(bǔ)償環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)為Gp(s)(1-e-s)，為純滯后時(shí)間，補(bǔ)償后的系統(tǒng)如下圖所示：</p><p>　　圖2.2補(bǔ)償后控制系統(tǒng)框圖</p

14、><p>　　由控制器D(s)和史密斯預(yù)估器組成的補(bǔ)償回路稱為純滯后補(bǔ)償器，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　可得史密斯預(yù)估器補(bǔ)償后系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p>　　可以看出經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后，純滯后環(huán)節(jié)在閉環(huán)回路外，這樣就消除了純滯后環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。拉氏變換的位移定理說(shuō)明e-s僅僅將控制作用在時(shí)間座標(biāo)上推移了一個(gè)時(shí)間，而控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程及其它性能指標(biāo)都與對(duì)象

15、特性為Gp(s)時(shí)完全相同。</p><p>　　2.2 PID調(diào)節(jié)及作用</p><p>　　PID調(diào)節(jié)實(shí)際上是由比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)方式組成，它們各自的作用如下： </p><p>　　比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過(guò)大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造

16、成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 </p><p>　　積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無(wú)差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強(qiáng)。反之Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。 </p><p>　　微分調(diào)節(jié)

17、作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒(méi)有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在微分時(shí)間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng) 的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒(méi)有變化時(shí)，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。

18、</p><p><b>　　方案設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果</b></p><p>　　3.1 已知資料及設(shè)計(jì)要求</p><p>　　已知過(guò)程控制系統(tǒng)的被控廣義對(duì)象為一個(gè)帶延遲的慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　1、分析系統(tǒng)，

19、得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線；</p><p>　　2、設(shè)計(jì)合適的控制器，盡量滿足穩(wěn)、準(zhǔn)、快三原則；</p><p>　　3、設(shè)計(jì)Smith預(yù)估控制器；</p><p>　　4、比較不同控制器各自的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　3.2 經(jīng)典PID控制器設(shè)計(jì)</p><p>　　經(jīng)典的PID一般使用下圖給出的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu), 其過(guò)

20、程控制方式就是將被測(cè)參數(shù)由傳感器變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器中,與設(shè)定值進(jìn)行比較, 把比較出的差值e( t ) 經(jīng)PID運(yùn)算后送到執(zhí)行機(jī)構(gòu), 改變進(jìn)給量, 以達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。</p><p>　　圖3.1PID控制基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　在MATLAB 的SIMULINK 仿真環(huán)境下用搭建如下圖的PID 控制系統(tǒng)模塊, 再把經(jīng)過(guò)計(jì)算的參數(shù)代入PID 控制器模塊的參數(shù)中

21、, 點(diǎn)擊運(yùn)行后就可以通過(guò)示波器(scope)模塊觀察到優(yōu)化后的PID 控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)。</p><p>　　PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類： 一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。 二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中

22、被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。 </p><p>　　通過(guò)一系列的計(jì)算與試湊，最終得到PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)為kp=0.5，ki=0.1，kd=0.05。</p><p>　　3.3

23、 經(jīng)典PID控制器仿真結(jié)果</p><p>　　按照?qǐng)D3.2所示搭建SIMULINK模塊,并將得到的PID參數(shù)帶入，得到如下結(jié)果：</p><p>　　圖3.3未使用PID調(diào)節(jié)器時(shí)仿真波形</p><p>　　在進(jìn)行PID參數(shù)的的整定時(shí)，為了顯示不同參數(shù)對(duì)控制效果的影響，特選取下述三條曲線進(jìn)行比較：</p><p>　　曲線1：kp=0.2

24、 ki=0 kd=0.05 控制效果差</p><p>　　曲線2：kp=0.8 ki=0.1 kd=0 控制效果差</p><p>　　曲線3：kp=0.5 ki=0.1 kd=0.05 控制效果較好</p><p>　　3.4 smith--pid控制器設(shè)計(jì)</p><p>　　史密斯預(yù)估補(bǔ)償?shù)幕究刂撇呗允窃煲?/p>

25、個(gè)過(guò)程參考模型, 將延遲環(huán)節(jié)e^-τ s 移出系統(tǒng)閉環(huán), 使系統(tǒng)反饋信號(hào)不受e^-τ s的影響, 使系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)、穩(wěn)定性等得到相應(yīng)改善, 系統(tǒng)響應(yīng)速度提高, 適應(yīng)性強(qiáng)。</p><p>　　圖3.5史密斯預(yù)估補(bǔ)償原理圖</p><p>　　在SIMULINK中我們可搭建下圖所示模塊進(jìn)行對(duì)史密斯預(yù)估控制的仿真：</p><p>　　3.5 smith--pid控制器仿

26、真結(jié)果</p><p>　　按照?qǐng)D3.6所示搭建SIMULINK模塊,將得到的PID參數(shù)帶入，并與經(jīng)典PID控制進(jìn)行比較，得到如下結(jié)果：</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)各種情況下的仿真圖形進(jìn)行比較，我們可得以下結(jié)論：</p><p>　　對(duì)控制系統(tǒng)中含有純滯后的環(huán)節(jié)采用史密斯預(yù)估

27、補(bǔ)償器法是一種在工程上行之有效的方法之一，史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制與常規(guī)的PID 控制相比, 具有調(diào)節(jié)時(shí)間短、超調(diào)量小、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn). 但是前提是得獲得被控系統(tǒng)精確的控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型, 它對(duì)模型的誤差十分敏感, 因而限制了它在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用。</p><p>　　通過(guò)MATLAB 的SIMULINK 仿真環(huán)境, 可以很好的對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真, 這大大縮短了模擬試驗(yàn)的時(shí)間, 同時(shí)在實(shí)際工業(yè)控制中也提供了一種快捷

28、簡(jiǎn)便的調(diào)整控制器參數(shù)的方法, 可以根據(jù)不同的系統(tǒng)、不同的環(huán)境對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真, 以獲取系統(tǒng)最適合的參數(shù), 從而提高系統(tǒng)控制器參數(shù)整定的效率。</p><p>　　與此同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)典PID的參數(shù)調(diào)節(jié)以及仿真后波形分析亦是同樣重要的，如若沒(méi)有堅(jiān)實(shí)的理論研究及實(shí)際操作，想要獲得最佳的控制效果是十分困難的。</p><p><b>　　體會(huì)與心得</b></p&

29、gt;<p>　　通過(guò)本次計(jì)算機(jī)課程設(shè)計(jì)，我更加充分的理解了課本上的知識(shí)，并能夠加以擴(kuò)展，從而應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中。這幾天的課程設(shè)計(jì)令我受益匪淺，很多平時(shí)模棱兩可的知識(shí)點(diǎn)都認(rèn)真復(fù)習(xí)并實(shí)踐了。</p><p>　　在課程設(shè)計(jì)中我遇到了很多問(wèn)題，由于自己對(duì)PID參數(shù)的整定以及史密斯預(yù)估算法有許多不明白的地方，所以我在網(wǎng)上查閱了很多資料，對(duì)這種史密斯預(yù)估控制有了一個(gè)全面的概念，史密斯預(yù)估控制是一種十分巧妙的方法

30、，把反饋信號(hào)從滯后環(huán)節(jié)之前引出，從而消除了滯后環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，但是史密斯預(yù)估控制有很多缺陷，無(wú)法在模擬儀表上實(shí)現(xiàn)，以及在被控對(duì)象模型不精確時(shí)活著有負(fù)荷擾動(dòng)，控制精度比較低，這些都留給我們以后進(jìn)一步的研究。</p><p>　　這學(xué)期學(xué)的控制系統(tǒng)仿真課已經(jīng)結(jié)課了，雖然對(duì)內(nèi)容有一定得了解，但一直沒(méi)有用過(guò)，這次課程設(shè)計(jì)仿真環(huán)節(jié)用到了MATLAB軟件的SIMULINK工具箱，我通過(guò)自己繪制模塊圖，進(jìn)行參數(shù)整定，最

31、終得到了仿真圖，讓我對(duì)這個(gè)軟件的功能有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，在今后的學(xué)習(xí)中，我還要去了解更多相關(guān)知識(shí)，取得更大的提高。</p><p>　　書(shū)山有路勤為徑，學(xué)海無(wú)涯苦作舟，大學(xué)四年轉(zhuǎn)瞬即逝，即將走上工作崗位的我們已然沒(méi)有過(guò)多的在校安心學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)了，很珍惜這次實(shí)踐，也期冀在今后還有這樣提高自己動(dòng)手能力的機(jī)會(huì)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

32、<p>　　1、李國(guó)勇.控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2003，9</p><p>　　2、王丹力.MATLAB控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真應(yīng)用[M]，北京：中國(guó)電力出版社，2007，9</p><p>　　3、薛定宇.控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)—MATLAB語(yǔ)言及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996</p><p>　　4、聞新、周露、李

33、東江等.MATLAB模糊邏輯工具箱的分析與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2001</p><p>　　5、易繼鍇.智能控制技術(shù)[M].北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2003，4</p><p>　　6、張蒙.新型Smith 預(yù)估控制器在大延遲系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].《電力自動(dòng)化設(shè)備》.2011年4月.第31卷4期.136-138</p><p>　　7、陸萍藍(lán).張火明.毛汝

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35、<p>　　Matlab仿真程序及程序注釋（摘自網(wǎng)絡(luò)）</p><p>　　%Big Delay PID Control with Smith A_gorithm</p><p>　　clear all; %清除包括全局變量在內(nèi)的所有變量</p><p>　　close all; %

36、關(guān)閉所有窗口(程序運(yùn)行產(chǎn)生的，不包括命令窗， </p><p>　　editor窗和幫助窗）</p><p>　　Ts=20; %定義變量ts表示采樣時(shí)間</p><p>　　%delay plant </p><p>　　kp=1; %

37、用傳函形式建立被控對(duì)象模型</p><p><b>　　Tp=60;</b></p><p><b>　　delay=80;</b></p><p>　　sys=tf([kp],[Tp,1],'inputdelay',80)</p><p>　　%用加零階保持器的方法將傳函離散化&l

38、t;/p><p>　　dsys=c2d(sys,Ts,'zoh');</p><p>　　%從LTI對(duì)象提取傳遞函數(shù)兩對(duì)組模型參數(shù)</p><p>　　其中參數(shù)'v'的意義是以向量形式輸出</p><p>　　[num,den]=tfdata(dsys,'v');</p><p&

39、gt;<b>　　M=1;</b></p><p>　　if M==1; %對(duì)象模型不精確時(shí)，采用用Pi+smiith控制</p><p>　　kp1=kp*1.10; %對(duì)象模型不精確時(shí)，確定比例系數(shù)</p><p>　　Tp1=Tp*1.10;

40、%由被控對(duì)象傳韓得Tp=60</p><p>　　delayl=delay*1.0; %對(duì)象模型不精確時(shí)，確定滯后時(shí)間</p><p>　　elseif M==2|M==3 %在對(duì)象模型精確采用Pi+Smith或者采用Pi控制</p><p>　　kp1=kp; %在對(duì)象模型精確時(shí)，確定比例系數(shù)

41、 </p><p>　　Tp1=Tp; %由被控對(duì)象傳韓得Tp=60</p><p>　　delay1=delay; %在對(duì)象模型精確時(shí)，確定滯后時(shí)間</p><p><b>　　End</b></p><p>　　%在三種情況下，用傳函形式建立被控對(duì)象

42、模型</p><p>　　sys=tf([kp1],[Tp1,1],'inputdelay',80);</p><p>　　%在三種情況下，用加零階保持器的方法將傳函離散化</p><p>　　dsys1=c2d(sys,Ts,'zoh');</p><p>　　%在三種情況下從LTI對(duì)象提取傳遞函數(shù)兩對(duì)組模型

43、參 數(shù)其中參數(shù)'v'的意義是以向量形式輸出</p><p>　　[num1,den1]=tfdata(dsys1,'v');</p><p>　　%數(shù)字控制器初始輸出設(shè)置為零 </p><p>　　u_1=0.0;u_2=0.0;u_3=0.0;u_4=0.0;u_5=0.0;</p><p>　　e1

44、_1=0; %系統(tǒng)誤差初值設(shè)置為零</p><p>　　e2_1=0.0; %數(shù)字控制器輸入誤差初值設(shè)置為零</p><p>　　ei=0; %所有采樣時(shí)刻誤差值之和開(kāi)始時(shí)設(shè)置為零</p><p>　　xm_1=0.0;

45、 %不含有滯后環(huán)節(jié)被控對(duì)象預(yù)估器輸出初值為零</p><p>　　ym_1=0.0; %含有滯后環(huán)節(jié)被控對(duì)象預(yù)估器輸出初值為零</p><p>　　y_1=0.0; %系統(tǒng)初始時(shí)刻輸出設(shè)置為零</p><p>　　for k=1:1:600 </p><p>　　ti

46、me(k)=k*Ts; %采樣時(shí)間信號(hào)值</p><p><b>　　s=2;</b></p><p>　　if s==2 %跟蹤方波信號(hào)</p><p>　　rin(k)=sign(sin(0.0002*2*pi*k*Ts));</p><p><

47、;b>　　End</b></p><p>　　%計(jì)算不含有滯后環(huán)節(jié)被控對(duì)象預(yù)估模型輸出值</p><p>　　xm(k)=-den(2)*xm_1+num(2)*u_1</p><p>　　%計(jì)算含有滯后環(huán)節(jié)被控對(duì)象預(yù)估模型輸出值</p><p>　　yout(k)=-den(2)*y_1+num(2)*u_5</p&

48、gt;<p>　　if M==1 %對(duì)象模型不精確時(shí),Pi+smith控制</p><p>　　e1(k)=rin(k)-yout(k); %計(jì)算系統(tǒng)誤差值</p><p>　　e2(k)=e1(k)-xm(k)+ym(k); %計(jì)算數(shù)字控制器輸入誤差值</p><p>　　e2(k)=e

49、1(k)-xm(k)+ym(k);</p><p>　　ei=ei+Ts*e2(k); %計(jì)算所有采樣時(shí)刻誤差值之和</p><p>　　%采用位置式控制算法得到數(shù)字控制器輸出控制量</p><p>　　u(k)=0.50*e2(k)+0.010*ei</p><p>　　e1_1=e1(k);

50、 %更新系統(tǒng)誤差值</p><p>　　elseif M==2 %對(duì)象模型精確時(shí),Pi+smith控制</p><p>　　e2(k)=rin(k)-xm(k); %計(jì)算數(shù)字控制器輸入誤差</p><p>　　ei=ei+Ts*e2(k); %計(jì)算所有采樣時(shí)刻誤差值之和</p>

51、<p>　　%采用位置式控制算法得到數(shù)字控制器輸出控制量 u(k)=0.50*e2(k)+0.010*ei</p><p>　　e2_1=e2(k); %更新數(shù)字控制器輸入誤差值</p><p>　　elseif M==3 %僅采用Pi控制</p><p>　　e1(k)=rin(

52、k)-yout(k); %計(jì)算系統(tǒng)誤差值</p><p>　　ei=ei+Ts*e1(k); %計(jì)算所有采樣時(shí)刻誤差值之和 </p><p>　　u(k)=0.50*e1(k)+0.010*ei</p><p>　　e1_1=e1(k); %更新系統(tǒng)誤差值</p><p&g

53、t;<b>　　End </b></p><p>　　xm_1=xm(k); %更新不含有滯后環(huán)節(jié)被控對(duì)象預(yù)估模型輸出值</p><p>　　ym_1=ym(k); %更新含有滯后環(huán)節(jié)被控對(duì)象預(yù)估模型輸出值</p><p>　　u_5=u_4;u_4=u_3;u_3=u_2;u_2

54、=u_1;u_1=u(k);</p><p>　　y_1=yout(k); %更新系統(tǒng)的輸出</p><p><b>　　end</b></p><p>　　plot(time,rin,'b',time,yout,'r'); </p><p>　　xlabel