08011331计控实验-纯滞后系统大林控制

东南大学自动化学院

实验报告

课程名称：计算机控制技术基础

第四次实验

实验名称：具有纯滞后系统的大林控制

院（系）：自动化学院专业：自动化

姓名：郭劲廷学号：08011331

实验室：常州楼419 实验组别：

同组人员：实验时间：2014 年 4 月28 日评定成绩：审阅教师：

实验五 具有纯滞后系统的大林控制

一、实验目的

1．了解大林控制算法的基本原理；

2．掌握用于具有纯滞后对象的大林控制算法及其在控制系统中的应用。

二、实验设备

1．THBDC-1型 控制理论·计算机控制技术实验平台 2．PCI-1711数据采集卡一块

3．PC 机1台(安装软件“VC++”及“THJK_Server ”)

三、实验原理

在生产过程中，大多数工业对象具有较大的纯滞后时间，对象的纯滞后时间τ对控制系统的控制性能极为不利，它使系统的稳定性降低，过渡过程特性变坏。当对象的纯滞后时间

τ与对象的惯性时间常数T1之比，即τ/T1≥0.5时，采用常规的比例积分微分（PID ）控制，

很难获得良好的控制性能。长期以来，人们对纯滞后对象的控制作了大量的研究，比较有代表性的方法有大林算法和纯滞后补偿(Smith 预估)控制。

本实验以大林算法为依据进行研究，大林算法的被控对象是带纯滞后的一阶或二阶惯性环节。即

1

)(1+=

-s T Ke s G s

τ 或 )

1)(1()(21++=-s T s T Ke s G s

τ

本实验被控对象为带纯滞后的一阶惯性环节。

式中：τ为纯滞后时间，为方便起见假设为采样周期T 的整数倍

NT =τ

大林算法的主要设计目标是系统在单位阶跃输入作用下，整个闭环系统的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联。即

1

)(0+=

-s T e s H s

τ （5-1） 要求整个闭环系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间。 与H(s)相对应的闭环系统脉冲传递函数为

01()[]1

sT NTs

e e H z Z s T s ---=?+

101(1)[]

(1)N

z

z Z s T s

--=-+ 0

1

1

11(1)(1)

(1)(1)

T

T N

T T e

z z

z z e z -

-------=---00

(1)

1

(1)1T T N T T e

z e

z -

-+-

--=

- （5-2）

将上式代入式1()()()1()

H z D z G z H z =

?-中，得 0

(1)

1(1)(1)()()[1(1)]

T T N T T T T N e

z D z G z e

z e z -

-+----+-=

--- （5-3）

当对象为一阶惯性环节加纯滞后时

11()[]1

sT NTs

e Ke G z Z s T s ---=?+

111

(1)[

](1)

N Kz z Z s T s --=-+

1

1

1

1

11(1)(1)

(1)(1)

T T N

T T e

z Kz

z z e z -

-------=---

1

1

(1)

1

(1)

1T T N T T e Kz e

z -

-+-

--=- （5-4）

将式（5-4）代入式（5-3）得一阶惯性环节的控制器的D(z)为

01

1

11(1)(1)(1)

()(1)[1(1)]

T T T T T T T T T T N e

e

z D z K e

e

z e

z -

-

--

----+--=

----

由上式，控制算法为

)1()

1()1()()

1(1)1()1()1()(1

1

1

00

------+

---+-=-

-

-

--

--k e e

K e

e

k e e K e

N k u e k u e

k u T T T T T T T T T T T T T T