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实验8实验指导书具有纯滞后系统的大林控制实验8具有纯滞后系统的大林控制系统一、实验目的1．了解算法的基本原理；2.掌握纯滞后对象的控制算法及其在控制系统中的应用。
2、实验设备1．thbcc-1型信号与系统?控制理论及计算机控制技术实验平台2．thbxd数据采集卡一块(含37芯通信线、16和usb电缆线各1根))三、实验内容1.纯滞后一阶惯性环节达林算法的实现。
2.采用纯滞后二阶惯性环节实现达林算法。
4、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?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? 与对象的惯性时间常数相比，传统的比例积分微分（PID）控制难以获得良好的控制性能制性能。
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预估)控制。
本实验基于达林算法。
Dalin算法的综合目标不是最小拍频响应，而是具有纯滞后时间的一阶滞后响应。
其等效闭环传递函数为要求的等效环节的时间常数，t为采样周期。
通过对零阶holder方法进行离散，可以得到系统的闭环传递函数：v.实验步骤1、实验接线1.1根据图8-1，连接惯性链接的模拟电路；1.2用导线将该电路输出端与数据采集卡的输入端“ad1”相连，电路的输入端与数据采集卡的输入端“da1”相连；2.脚本程序运行2.1启动计算机，在桌面双击图标“thbcc-1”，运行实验软件；2.2顺序点击虚拟示波器界面上的开始钮和工具栏上的脚本编程器2.3点击脚本编辑器窗口文件菜单下的“打开”按钮，选择“计算机控制算法VBS\\basic algorithm of computer control technology”文件夹下的“Dalin algorithm”脚本程序并打开。
阅读并理解节目，2.4点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“启动”；用虚拟示察图输出端的响应曲线；2.5点击脚本编辑器的调试菜单下“停止”，修改程序中n(可模拟对象的滞后时间，滞后时间为n*运行步长，单位为ms；当运行步长，n的取值范围为1～5)值以修改对象的滞后时间，再点击“启动”按钮。
一、实验目的1. 理解达林算法的基本原理和设计过程。
2. 掌握如何利用达林算法解决具有纯滞后特性的控制系统问题。
3. 分析达林算法在不同纯滞后时间下的控制效果，并验证理论分析的正确性。
二、实验原理在工业生产中，许多过程对象含有纯滞后特性，这会对自动控制系统的稳定性、动态性能和适应性产生不利影响。
当纯滞后时间与对象的惯性时间常数之比超过0.5时，常规的PID控制往往难以获得良好的控制性能。
达林算法（大林算法）是一种针对具有纯滞后特性的控制系统提出的特殊控制方法，可以有效解决这一问题。
达林算法的基本思想是：在控制器的设计中，采用一个相当于连续一阶惯性环节的传递函数来代替最少拍多项式，如果对象有纯滞后，则传递函数应包含有同样的纯滞后环节。
通过调整达林算法中的参数，可以实现对具有纯滞后特性的控制系统的有效控制。
三、实验仪器1. MATLAB 6.5软件一套2. 个人PC机一台四、实验步骤1. 建模与仿真（1）根据实验要求，构建具有纯滞后特性的被控对象模型。
（2）在MATLAB中编写代码，实现达林算法的控制器设计。
（3）设置不同的纯滞后时间，进行仿真实验。
2. 参数调整与优化（1）根据仿真结果，分析达林算法在不同纯滞后时间下的控制效果。
（2）调整达林算法中的参数，优化控制效果。
（3）记录参数调整过程及结果。
3. 结果分析与讨论（1）对比分析不同纯滞后时间下，达林算法的控制效果。
（2）分析参数调整对控制效果的影响。
（3）总结达林算法在解决具有纯滞后特性的控制系统问题中的应用。
五、实验结果与分析1. 仿真结果通过仿真实验，得到了不同纯滞后时间下，达林算法的控制效果。
结果表明，随着纯滞后时间的增加，系统的稳定性逐渐降低，动态性能变差，超调和持续振荡现象加剧。
2. 参数调整在实验过程中，对达林算法中的参数进行了调整。
通过调整参数，可以改善控制效果，降低超调，缩短调节时间，提高系统的稳定性。
3. 结果讨论实验结果表明，达林算法在解决具有纯滞后特性的控制系统问题中具有较好的应用效果。
一、实验目的1. 理解纯滞后控制系统的概念及其在工业控制系统中的应用。
2. 掌握大林算法在纯滞后控制系统中的应用原理。
3. 通过实验验证大林算法在纯滞后控制系统中的控制效果。
二、实验原理1. 纯滞后控制系统：纯滞后控制系统是指被控对象具有纯滞后特性，即输入信号到输出信号的传递过程中存在一定的时间延迟。
这种时间延迟会使得控制作用不及时，从而影响系统的稳定性和动态性能。
2. 大林算法：大林算法是一种针对纯滞后控制系统的控制策略，其基本思想是在设计闭环控制系统时，采用一阶惯性环节代替最少拍多项式，并在闭环控制系统中引入与被控对象相同的纯滞后环节，以补偿系统的滞后特性。
三、实验设备1. MATLAB 6.5软件一套2. 个人PC机一台四、实验步骤1. 设计实验模型：根据实验要求，设计一个具有纯滞后特性的被控对象模型，并确定其参数。
2. 构建大林算法控制器：根据大林算法的原理，设计一个大林算法控制器，并确定其参数。
3. 进行仿真实验：在MATLAB软件中搭建实验平台，将设计的被控对象模型和大林算法控制器进行联接，进行仿真实验。
4. 分析实验结果：观察实验过程中系统的动态性能，分析大林算法在纯滞后控制系统中的应用效果。
五、实验结果与分析1. 实验结果（1）无控制策略：在无控制策略的情况下，被控对象的输出信号存在较大的超调和振荡，系统稳定性较差。
（2）大林算法控制：在采用大林算法控制的情况下，被控对象的输出信号超调量明显减小，振荡幅度减小，系统稳定性得到提高。
2. 分析（1）无控制策略：由于被控对象具有纯滞后特性，系统动态性能较差，导致输出信号存在较大超调和振荡。
（2）大林算法控制：大林算法通过引入与被控对象相同的纯滞后环节，有效补偿了系统的滞后特性，使得控制作用更加及时，从而提高了系统的动态性能和稳定性。
六、实验结论1. 纯滞后控制系统在实际工业生产中普遍存在，对系统的稳定性、动态性能和抗干扰能力具有较大影响。
《计算机控制技术》课程标准（执笔人：韦庆审阅学院：机电工程与自动化学院）课程编号：0811305英文名称：Computer Control Techniques预修课程：计算机硬件技术基础B、自动控制原理B、现代控制理论学时安排：36学时，其中讲授32学时，实践4学时。
学分：2一、课程概述（一）课程性质地位本课程作为《自动控制理论》的后续课程，是控制科学与工程、机械工程及其自动化和仿真工程专业本科学员理解和掌握计算机控制系统设计的技术基础课。
（二）课程基本理念本课程作为一门理论与工程实践结合紧密的技术基础课，结合自动控制原理技术、微机接口技术，以学员掌握现代化武器装备为目的。
本课程既注重理论教学，也注重教学过程中的案例实践教学环节，使学员在掌握基本理论的基础上，通过了解相关实际系统组成，综合培养解决工程实际问题的能力。
（三）课程设计思路本课程主要包括计算机控制原理和计算机控制系统设计两大部分。
在学员理解掌握自动控制原理的基础上，计算机控制原理部分主要介绍了离散系统的数学分析基础、离散系统的稳定性分析、离散系统控制器的分析设计方法等内容；计算机控制系统设计部分结合实际的项目案例，重点介绍了计算机控制系统的组成、设计方法和步骤、计算机控制原理技术的应用等内容。
二、课程目标（一）知识与技能通过本课程的学习，学员应该了解计算机控制系统的组成，理解计算机控制系统所涉及的采样理论，掌握离散控制系统稳定性分析判断方法，掌握离散控制系统模拟化、数字化设计的理论及方法，掌握一定的解决工程实际问题的能力。
（二）过程与方法通过本课程的学习和实际系统的演示教学，学员应了解工程实际问题的解决方法、步骤和过程，增强积极参与我军高技术武器装备建设的信心。
（三）情感态度与价值观通过本课程的学习，学员应能够提高对计算机控制技术在高技术武器装备中应用的认同感，激发对自动化武器装备技术的求知欲，关注高技术武器装备技术的新发展，增强提高我军高技术武器水平的使命感和责任感。
一、实验目的1. 理解大林控制算法的基本原理及其设计过程。
2. 掌握大林控制算法在计算机控制系统中的应用。
3. 通过实验验证大林控制算法在解决纯滞后系统控制问题上的有效性。
二、实验原理大林控制算法（Dahlin Control Algorithm）是一种针对具有纯滞后特性的控制对象而设计的新型控制算法。
该算法的核心思想是将期望的闭环响应设计成一阶惯性加纯延迟形式，然后通过反向设计得到满足这种闭环响应的控制器。
对于具有纯滞后特性的被控对象，其传递函数可以表示为：\[ G(s) = \frac{K}{T_s s + 1} \cdot e^{-\frac{s}{T}} \]其中，\( K \) 为系统增益，\( T_s \) 为采样周期，\( T \) 为纯滞后时间。
大林控制算法要求选择闭环传递函数 \( W(s) \) 时，采用相当于连续一阶惯性环节的 \( W(s) \) 来代替最少拍多项式。
如果对象有纯滞后，则 \( W(s) \) 应包含有同样的纯滞后环节。
带有纯滞后的控制系统闭环传递函数为：\[ W(s) = \frac{K}{T_s s + 1} \cdot e^{-\frac{s}{T}} \]根据大林控制算法，可以设计出满足期望闭环响应的数字控制器 \( D(z) \)：\[ D(z) = \frac{K_1 e^{-\frac{1}{T}}}{(1 - e^{-\frac{1}{T_1}}) (1 - e^{-\frac{1}{T_2}})} \cdot \frac{1}{[1 - e^{-\frac{1}{T_1}} (1 - e^{-\frac{1}{T_2}})] (1 - e^{-\frac{1}{T} z^{-1}})} \]其中，\( K_1 \)、\( T_1 \) 和 \( T_2 \) 为大林算法的参数。
三、实验仪器1. MATLAB 6.5软件一套2. 个人PC机一台四、实验步骤1. 启动MATLAB软件，创建一个新的脚本文件。
大林算法实验报告 一、实验目的1、掌握大林控制算法的基本概念和实现方法；2、进一步熟悉MATLAB 的使用方法；3、掌握在MA TLAB 下大林算法控制器的调试方法；4、观察振铃现象，并且尝试消除振铃现象二、实验原理1.大林算法的原理及推导大林算法是IBM 公司的大林(Dahlin)在1968年提出了一种针对工业生产过程中含有纯滞后对象的控制算法。
其目标就是使整个闭环系统的传递函数 相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节。
该算法具有良好的控制效果。
大林控制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 ) 相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联，即：整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象G 0(s )的纯滞后时间τ相同。
闭环系统的时间常数为T τ ，纯滞后时间τ与采样周期T 有整数倍关系， τ=NT 。
其控制器形式的推导的思路是用近似方法得到系统的闭环脉冲传递函数，然后再由被控系统的脉冲传递函数，反推系统控制器的脉冲传递函数。
由大林控制算法的设计目标，可知整个闭环系统的脉冲传递函数应 当是零阶保持器与理想的φ(s )串联之后的Z 变换，即φ(z )如下：对于被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节即：其与零阶保持器相串联的的脉冲传递函数为：1()1ss eT s ττφ-=+1/1()1(1)()=()11T s ττT/T s NT T -Y z e ee z z Z z R z s T s ez ττφ------⎡⎤--==⋅=⋅⎢⎥+-⎣⎦011()11s NTs Ke KeG s T s T sτ--==++11/1/1111()11T T Ts sN T T eKe eG z Z Kz s T s ezτ-------⎡⎤--=⋅=⎢⎥+-⎣⎦于是相应的控制器形式为：11111(1)(1)()(1)1(1)T T T T T T T T N e e z D z K e e z e z τττ-----------=⎡⎤----⎣⎦2.振铃现象及其消除按大林算法设计的控制器可能会出现一种振铃现象，即数字控制器的输出以二分之一的采样频率大幅度衰减振荡，会造成执行机构的磨损。
实验三 具有纯滞后系统的大林控制一．实验目的通过混合仿真实验，学习并掌握用于具有纯滞后系统的大林控制算法的设计及其实现。
二．实验内容针对一个具有纯滞后的被控对象，设计并实现大林控制，并通过混合仿真实验观察振铃现象。
三．实验步骤1．设计并连接模拟具有一个惯性环节的被控对象的电路，利用C8051F060构成的数据处理系统完成计算机控制系统的模拟量输入、输出通道的设计和连接，利用上位机模拟被控对象的纯滞后。
利用上位机的虚拟仪器功能对此模拟被控对象的电路进行测试，根据测试结果调整电路参数，使它满足实验要求。
2．编制程序并运行，完成所设计的大林算法的控制计算，观察系统输出中的振铃现象。
3．对实验结果进行分析，并写出实验报告。
四．实验内容1．被控对象模拟与计算机闭环控制系统的构成 实验系统被控对象的传递函数为01()1s s Ke KG s T s θθ--=+上式中，滞后时间，这里取θT 为采样周期。
0T 按控制要求选择。
作为闭环控制的综合目标，与()s φ相对应的00/1/11(1)()[()]1T T Ts n T T e e z z Z s s e z φφ--------=⋅=- （8－3）而包含零阶保持器被控对象的S 传递函数为0111()()1Ts Ts se e Ke G s G s s s T s θ-----=⋅=⋅+ 离散化后得到11/1/1(1)()[()]1T T n T T K e z G z Z G s e z------==- （8－4）于是可以得到大林算法控制器的Z 传递函数01001//1///11(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 -----------=---- （8－5）由此得到大林算法0000111///////()(1)(1)(1)(1)(1)()(1)(1)(1)T T T T T T T T T T T T T T u k e u k e u k n e e e e k e k K e K e -------=-+-----+⋅---- （8－6）五．实验过程1．模拟电路如图8.1所示。
纯滞后控制实验实验三纯滞后控制实验1. 实验⽬的与要求(1) 掌握应⽤达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，P4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（v v L ,=τ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。
本实验采⽤达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1)(+=Φ-s e s sτθ，NT =θ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123)(8.1+=-s e s G s；输⼊信号为单位阶跃信号。
图1 纯滞后系统控制原理图应⽤达林算法进⾏纯滞后系统设计)D控制器。
(z4.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，观察输⼊输出波形，标明参数，打印结果；(3)尝试⽤M⽂件实现dalin算法控制。
5.实验结果simulink框图（⽤simulink实现dalin算法）: Array图2 纯滞后控制设计图3：纯滞后控制器输出结果图4 纯滞后控制系统输出结果6.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？答：纯滞后控制系统对阶跃信号有超调，因为由纯滞后系统输出特性可知，图形在y(t)=1(t)上、下摆动，最后趋于稳定，⽽超调量是描述系统相对稳定性的⼀个动态指标，所以对阶跃信号有超调。
