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1、 理 工 学 院本科毕业设计(论文)题目： 最少拍数字控制器设计学院： 信息工程学院专业： 自动化学号： 2010学生： 指导教师： 二一四年五月二十日最少拍数字控制器设计摘 要随着工业控制和科学技术发展的进步，传统的控制方法已经不适用于当前的控制要求。数字控制器以其高效的性能满足了人们的要求。其中最少拍数字控制器已成为各个控制领域必不可少的控制器。它的主要性能指标是快速性，要求系统的输出值尽快地跟踪给定值地变化。本文运用自动控制、计算机控制、MATLAB 仿真技术，实现最少拍数字控制器的设计与分析。并且，本文探讨了改进最少拍数字控制器与扰动系统最少拍数字控制器的设计方法，从而使系统能实现对要
2、求的典型的输入下，运用控制器使闭环系统响应在最少的采样周期（最少拍）达到采样点上无静差的稳态。关键词：数字控制器；最少拍数字控制器；无静差Least-beat Digital Controller DesignAbstractWith the industrial control and the progress of science and technology development, the traditional control method has not meeting the requirements of the current control.Digital controll
3、er with its efficient performance meet the requirements of the people.With minimum shoot digital controller has become the indispensable controller control field.Its main performance index is rapidity, output value of the required system as soon as possible to track the given value.In this paper, wi
4、th automatic control, computer control, the MATLAB simulation technology, achieve a minimum digital controller design and analysis.And, this paper discusses the improved minimum taps digital controller with the least disturbance system design method of digital controller, so that the system can real
5、ize the requirement of the typical input, using the controller make the closed-loop system response (at least) in the least amount of sampling cycle sampling point astatic steady state.Key Words：Digitalcontrol; Least-beat Digital Controller; Floating目 录第1章 绪论11.1 引言11.2容安排1第2章 离散控制基础32.1离散控制系统的类型32.
6、2 信号的采样与复现4 2.1.2信号的采样与复现4第3章 常规最少拍控制器设计83.1最小拍有纹波数字控制器的设计83.2 最少拍无纹波数字控制器的设计113.2.1 最少拍无纹波控制器的设计条件113.2.2 最少拍无纹波控制器确定(z)的步骤123.2.3 无纹波数字控制器的设计13第4章 改进的最少拍数字控制器的设计164.1换接程序法164.2 阻尼因子法164.3 非最少的有限拍控制18第5章 最少拍数字控制系统的MATLAB仿真205.1 最少拍有纹波系统的MATLAB仿真205.1.1 系统的SIMULINK实现205.1.2 仿真结果215.2 最少拍无纹波系统的MATLAB
7、仿真215.2.1 系统的SIMULINK实现215.2.2 仿真结果22第6章 总结236.1 课题工作总结236.1 课题未来发展23致 25参考文献26第1章 绪论1.1 引言近年来，随着工业控制技术和航空航天技术的高速发展，人们对控制器的要求也越来越高。一般控制器具有以下几个要求： 1、精确性。指的是对特定输入下的系统，在到达稳态后，系统输出的采样值能准确跟踪输入信号，也就是说采样点上的输出不存在稳态误差。2、快速性。系统能在有限的拍数下达到稳态的没计状态，也就是系统准确的跟踪输入量所需的采样周期数应为最少。3、稳定性。控制器必须在物理上可实现且应该是稳定的闭环系统。离散的数字控制器以
8、其高效的性能满足了人们对系统控制的各项要求，其中最少拍控制是以实现系统快速性为目标的一种离散化设计方法。最少拍数字控制器的设计步骤：常常包含最少拍有纹波数字控制器设计与最少拍无纹波数字控制器设计两种。在采样点上的输出不存在稳态误差，但是在采样点与采样点之间的输出存在稳态误差的系统为有波纹最少拍控制系统。若在采样点上和采样点之间的输出均没有稳态误差，则这系统为无波纹最少拍控制系统。这两种系统均有各有自的优点，但是也都存在一些不足。相对于最少拍无纹波数字控制系统来说最少拍有纹波数字控制系统能使系统输出达到稳态是的拍数最少，但是，不能保证任意两个采样点之间的稳态误差为零；最少拍无纹波数字控制系统在采
9、样点上和采样点间的输出均不存在稳态误差，但是其缺点是响应速度相对较慢。不管是最少拍有纹波还是最少拍无纹波控制系统，其控制方程都是由被控对象的数学方程 G(Z)来计算的。其中改进方法包括换接程序法，阻尼因子法与非最少的有限拍控制等方法。1.2容安排本论文容主要保函容有离散控制的基础知识理论简介、数字控制器的设计方法介绍及理论分析、最少拍控制原理、最少拍有纹波数字控制器的设计、最少拍无纹波数字控制器的设计、改进的最少拍数字控制器的设计、扰动系统最少拍数字控制器的设计、最少拍数字控制系统的MATLAB仿真等本文在第一章绪论之后，第二章离散控制基础部分主要阐述了离散控制系统的类型，信号的采样及复现过程
10、及原理。第三章主要讲述常规最小拍控制器设计，其中包括最小拍有纹波系统与最小拍无纹波系统理论得概述与其设计方法。第四章主要概述最少拍数字控制器的改进算法原理及理论推导。第五章主要为我们展示了最小拍控制器在常见的一些输入下的Matlab仿真效果图。第六章主要讲述了在设计最小拍控制器过程中的一些方法总结及今后可能的改进措施。第2章 离散控制基础从控制系统中的信号形式上看，可以把控制系统划分为连续控制系统和离散控制系统，各个变量都是时间的连续函数，称为连续控制系统。随着计算机技术被引入控制系统，使控制系统中有一部分信号不是时间的连续函数而是一组离散的脉冲序列，这时就出现了离散控制系统。2.1离散控制系
11、统的类型离散控制系统可进一步分为采样控制系统和数字控制系统两大类。第一种是采样控制系统，第二种是数字控制系统。以下分别简要介绍这两种类型的的系统原理及结构。1. 采样控制系统例如图21所示的多点信号采样控制系统控制器检测装置(1)对象(1)保持器(1)检测装置(2)对象(2)保持器(2)检测装置(144)对象(144)保持器(144)144采样开关采样开关012铂电阻12144图21 多点温度采样控制系统系统的控制器和对象均是连续信号处理器，用采样开关来达到多个对象共享一个控制器问题。类似系统称为采样控制系统。二、数字控制系统闸反馈装置计算机（或微处理器）受控对象控制器器器器22 数字闭环控制
12、系统如图22所示的数字闭环控制系统，控制器只能处理离散信号，控制系统必有A/D、D/A转换器完成连续信号与离散信号之间的相互转换。类似系统称为数字控制系统。显然，由数字计算机承担控制器功能的系统均可归属于数字控制系统。随着计算机技术的日益普及，数字控制系统的应用会越来越多。2.2 信号的采样与复现在采样控制系统和数字控制系统中，存在一个共同的问题就是怎样把连续信号近似为离散信号，即“整量化” 问题，即连续信号在时间和幅值上均具有无穷多的值，而在计算机上是用有限的时间间隔和有限的数值取代之，这种近似的过程称为整量化。解决这个问题我们必须先输入对信号进行采集，然后对输出信号进行复现。2.1.2信号
13、的采样与复现由于连续信号不能直接输入到计算机，让计算机进行处理。因此需要对连续信号进行离散化处理，实现把连续信号与离散信号转换的过程称采样。而另一方面，离散信号也不能直接作为控制对象的输入信号，而要将其转换为连续信号。实现把离散信号与连续信号转换的过程称为信号的复现，通常采用“保持器”来实现。1. 信号的采样（1）数学描述 信号采样过程的数学描述公式：幅值调制器图23采样器相当于幅值调制器从物理意义上看，采样过程可以理解为脉冲调制过程。采样开关即采样器是一个幅值调制器，输入的连续信号为调制信号，而单位理想脉冲序列则为载波信号，采样器的输出则为一串调幅脉冲序列，如图2-3所示。在数字控制系统中，数字计算机接受和处理的是量化后代表脉冲强度的数列。即把幅值连续变化的离散模拟信号用相近的间断的数码（如二进制）来代替，如图76示意。图中小圆圈表示的是数码可以实现的数值，是量化单位的整数倍数。由于量化单位是很小的，所以数字控制系统的采样信号，仍认为与成线性关系，仍用表示。 控制器 计数机 对象r (t)+ _ (z)G(z)c (t)C (z)图24 典型数字反馈控制系统其中： Gc(z) 被控对象广义对象的脉冲传递函数 零阶保持器 D(z) 数字控制器 (z) 系统的闭环脉冲传递函数系统开环脉冲传递函数为： 系统的闭环脉冲传递函数为： （2）求广义对象的脉冲传递函数G(z)广义对象的脉冲
