纯滞后控制实验
(Simulink 仿真实验)
1．实验目的与要求
(1) 掌握应用大林算法进行纯滞后系统D (z ) 的设计； (2) 掌握纯滞后系统消除振铃的方法。 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：Windows 2000以上； 仿真软件工具：MATLIB5.3以上。 3．实验原理
在一些工业过程（如热工、化工）控制中，由于物料或能量的传输延迟，许
多被控制对象具有纯滞后性质。例如，一个用蒸汽控制水温的系统，蒸汽量的变化要经过长度为L 的路程才能反映出来。这样，就造成水温的变化要滞后一段时间τ（τ=L /v , v 是蒸汽的速度）。对象的这种纯滞后性质常会引起系统产生超调和振荡。因此，对于这一类系统，采用一般的随动系统设计方法是不行的，而用PID 控制往往效果也欠佳。
本实验采用大林算法进行被控制对象具有纯滞后系统设计。设被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节或二阶惯性环节，达林算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数Φ(s ) ，相当于一个延时环节和一个惯性环节相串联，即
e -θs
Φ(s ) = , θ=NT
τs +1
该算法控制将调整时间的要求放在次要，而超调量小甚至没有放在首位。控制原理如图2-1, 其中：采样周期T =0.9秒，期望传递函数τ=0.5秒，被控对象
e -1. 46s
G 0(s ) =；输入信号为单位阶跃信号。
3. 34s +1
图2-1 纯滞后系统控制原理图
应用大林算法进行纯滞后系统设计D (z ) 控制器，进行系统分析。 4．实验内容与步骤
（1）按照纯滞后控制系统要求设计D (z ) ；
（2）按照系统原理图，在simulink 下构造系统结构图模型；
（3）分别做出系统有振铃和消除振铃的仿真波形图，标明参数，打印结果（包括系统的输出和控制器的输出）。
5. 思考与分析
（1）纯滞后控制系统对阶跃信号有无超调？为什么？
（2）纯滞后控制与PID 控制有什么本质区别？消除振铃前后系统输出有什么不同？
6．实验结果
图2-2 带有振铃的大滞后控制系统仿真模型
图2-3 带有振铃的大滞后控制——控制器输出
图2-4 带有振铃的大滞后控制——系统输出
图2-5 消除振铃的大滞后控制系统仿真模型
图2-6 消除振铃的大滞后控制——控制器输出
图2-7 消除振铃的大滞后控制——系统输出
纯滞后控制实验
(Simulink 仿真实验)
1．实验目的与要求
(1) 掌握应用大林算法进行纯滞后系统D (z ) 的设计； (2) 掌握纯滞后系统消除振铃的方法。 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：Windows 2000以上； 仿真软件工具：MATLIB5.3以上。 3．实验原理
在一些工业过程（如热工、化工）控制中，由于物料或能量的传输延迟，许
多被控制对象具有纯滞后性质。例如，一个用蒸汽控制水温的系统，蒸汽量的变化要经过长度为L 的路程才能反映出来。这样，就造成水温的变化要滞后一段时间τ（τ=L /v , v 是蒸汽的速度）。对象的这种纯滞后性质常会引起系统产生超调和振荡。因此，对于这一类系统，采用一般的随动系统设计方法是不行的，而用PID 控制往往效果也欠佳。
本实验采用大林算法进行被控制对象具有纯滞后系统设计。设被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节或二阶惯性环节，达林算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数Φ(s ) ，相当于一个延时环节和一个惯性环节相串联，即
e -θs
Φ(s ) = , θ=NT
τs +1
该算法控制将调整时间的要求放在次要，而超调量小甚至没有放在首位。控制原理如图2-1, 其中：采样周期T =0.9秒，期望传递函数τ=0.5秒，被控对象
e -1. 46s
G 0(s ) =；输入信号为单位阶跃信号。
3. 34s +1
图2-1 纯滞后系统控制原理图
应用大林算法进行纯滞后系统设计D (z ) 控制器，进行系统分析。 4．实验内容与步骤
（1）按照纯滞后控制系统要求设计D (z ) ；
（2）按照系统原理图，在simulink 下构造系统结构图模型；
（3）分别做出系统有振铃和消除振铃的仿真波形图，标明参数，打印结果（包括系统的输出和控制器的输出）。
5. 思考与分析
（1）纯滞后控制系统对阶跃信号有无超调？为什么？
（2）纯滞后控制与PID 控制有什么本质区别？消除振铃前后系统输出有什么不同？
6．实验结果
图2-2 带有振铃的大滞后控制系统仿真模型
图2-3 带有振铃的大滞后控制——控制器输出
图2-4 带有振铃的大滞后控制——系统输出
图2-5 消除振铃的大滞后控制系统仿真模型
图2-6 消除振铃的大滞后控制——控制器输出
图2-7 消除振铃的大滞后控制——系统输出