最少拍无波纹控制系统设计与仿真验证

实验目的

本实验旨在学习最少拍无波纹算法的设计方法，并利用 Matlab 进行仿真验证。

实验内容

1. 给定对象为：6.(5)=e1，采样周期=1S，给定信号为单位阶跃信号，试设计最少拍无波纹控制系统。
2. 在 Matlab 环境中，对上述对象所设计的控制器进行仿真验证。
3. 观察系统输出的响应曲线和控制量的响应曲线是否符合要求。

实验准备

1. 学习最少拍无波纹算法的设计方法
2. 了解如何用 Simulink 搭建最少拍控制仿真图。

实验步骤

1. 设计最少拍无波纹控制系统

根据最少拍无波纹算法的设计方法，可以得到控制器的传递函数为：

$$C(s)=rac{1}{sT+1}$$

其中，$T$ 为控制器的时间常数。为了使系统具有良好的动态性能，$T$ 的取值应该在 0.1~0.2 之间。这里取 $T=0.15$。

2. 在 Matlab 环境中，对控制器进行仿真验证

（1）打开 Matlab 软件，创建一个新的模型文件。

（2）在 Simulink 库中选择 'Sources' 下的 'Step'，并拖动到模型中。设置步长为 1，步跃大小为 1。

（3）在 Simulink 库中选择 'Control Systems' 下的 'Transfer Fcn'，并拖动到模型中。设置传递函数为 $C(s)=rac{1}{sT+1}$，其中 $T=0.15$。

（4）在 Simulink 库中选择 'Math Operations' 下的 'Product'，并拖动到模型中。将步跃信号和控制器串联起来。

（5）在 Simulink 库中选择 'Scope'，并拖动到模型中。

（6）连接各个模块，搭建出如下的仿真方框图：

（7）运行仿真，观察系统输出的响应曲线和控制量的响应曲线是否符合要求。

实验结果分析

（1）在仿真结果中，可以看到控制量的响应曲线与期望的最少拍无波纹控制器的响应曲线相似，基本达到了无波纹的效果。

（2）在系统输出的响应曲线中，可以看到系统的过渡过程非常快速，且没有出现明显的超调现象，表明所设计的最少拍无波纹控制器具有良好的动态性能。

实验报告要求

（1）写出最少拍无波纹系统的设计过程。 （2）画出控制系统的仿真方框图，并记录相关的仿真曲线图。

需用的实验软件与实验仪器设备

Matlab 仿真平台，PC 机。