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1、 实验三 基于 Matlab 的纯滞后控制系统设计一、实验目的1) 学习使用 simulink 进行 Smith 预估补偿控制的设计方法。2) 学习使用 simulink 实现 Dahlin 算法的设计方法。二、实验原理1. Smith 预估补偿控制的设计已知被控对象传递函数：(1)3023()s+61sGe应用 Smith 预估补偿算法设计控制系统，并采用 PID 控制。原理图参见课本 P127 图 4-21 和P128 图 4-22。表 1 衰减曲线法整定控制器参数经验公式控制规律 增益 积分时间(min)iT微分时间(min)dTP pKPI 0.83 0.5 sPID 1.25 p0.
2、3 sT0.1 sT2. Dahlin 算法的设计已知被控对象传递函数：(2)102()10s+sGse采样周期为 2s，选择期望闭环传递函数中的时间常数分别为 T =5s，10s，20s，设计 Dahlin控制器。原理图参见课本 P129 4.3.2 小节。三、实验内容1) 按式(1)建立系统的 Simulink 模型，应用 Smith 预估补偿算法设计控制系统，消除滞后时间的影响，并整定好 PID 参数。与同一 PID 控制器对无滞后的被控对象控制结果相比较，记录实验曲线。据 Smith 预估补偿算法建立滞后系统的 Simulink 模型原理图：图 1 系统的 Simulink 模型仿真图
3、图 2 控制系统整定好 PID 参数的曲线图b）与同一 PID 控制器对无滞后的被控对象控制结果相比较图 3 同一 PID 控制器对无滞后的被控对象控制 Simulink 仿真图图 4 同一 PID 控制器对无滞后系统的仿真曲线图2）与同一被控对象不带 Smith 预估补偿器的 PID 控制系统相比较，观察仿真结果，记录实验曲线。不带 Smith 预估补偿器的 PID 控制系统 Simulink 仿真图如下仿真图如下：图 5 不带Smith 预估补偿器的 PID控制系统曲线图当加入离散控制器和零阶保持器时，观察和比较实验图。图 6 有离散控制器和零阶保持器的 Simulink 仿真图图 7 离散控制器和零阶保持器的仿真曲线图3）按式(2)建立系统的 Simulink 模型，设计 Dahlin 控制器。改变期望闭环传递函数中的时间常数，观察不同的仿真结果，记录实验曲线。答：按式(2)建立系统的数字控制器函数，当 T =5s，根据计算公式可得此控制器如下：D(z)=当 T =10s，同理可得：D(z)= 当 T =20s，同理可得：D(z)=根据控 制系统原理框图可得 Simulink 模型图图 8 Dahlin 控制系统的 Simulink 原理图根据图 8，改变 D(z)时间参数依次可得 T =5s，10s，20s 的仿真曲线图：图 9 Dahlin 控制系统的仿真曲线图
