实验二 大林算法实验

1. 实验目的

（1）理解大林算法的基本原理。

（2）掌握大林算法的设计过程。

2. 实验仪器

（1） MATLAB 6.5软件 一套

（2） 个人PC机 一台

3. 实验原理

在许多控制系统中，特别是过程控制系统中，由于物料能量的传递或能量物质的转换，使系统小的被控制量往往具有纯滞后特性，由自动控制理论可知，滞后特性的存在对自动控制系统是极其不利的，它使系统中控制决策的适应性降低甚至失效，造成控制系统的稳定性下降或者根本不能稳定。

在工业生产中，大多数过程对象含有较大的纯滞后特性。被控对象的纯滞后时间使系统的稳定性降低，动态性能变坏，易引起超调和持续振荡。对象的纯滞后特性给控制器的设计带来困难。一般地，当对象的纯滞后时间与对象的惯性时间常数之比超过0.5时，采用常规的PID控制很难获得良好的控制性能。因此，具有纯滞后特性的对象属于比较难以控制的一类对象，对其控制需采用特殊处理方法，即用大林算法可解决此问题。

大林算法要求在选择闭环Z传递函数W(Z)时，采用相当于连续一阶惯性环节的W(Z)来代替最少拍多项式，如果对象有纯滞后，则W(Z)应包含有同样的纯滞后环节（闭环控制系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间）。带有纯滞后的控制系统如图1所示：

图1 带有纯滞后的控制系统

被控对象传递函数为：

目标传递函数为：

大林算法所设计的控制器为：，

其中

对于大林算法控制器D(Z)，计算机输入为E（Z），输出为U（Z），有：

将D（Z）式写成差分方程，则有：

。

式中：～误差输入，～计算机输出。

四. 实验步骤

1.理解实验原理。

2.采样周期为0.5s，依据实验给定的控制对象和设定的目标传递函数。借助MATLAB仿真软件，构造被控对象的传递函数模型，构造被控对象的离散化模型，构造被控对象离散化模型的分子、分母系数；构造目标系统传递函数模型，构造目标系统离散化模型，构造目标系统离散化模型的分子、分母系数；构造大林算法控制器表达式，构造大林算法控制器的分子、分母系数。

3. 调用dalin算法函数，实现带有纯滞后的控制系统的dalin控制算法，在阶跃信号作用下，绘制带有纯滞后的控制系统的dalin控制器输出响应曲线图和带有纯滞后的控制系统输出响应曲线图。

五. 实验报告内容

1.在理论分析的基础上，给出dalin控制算法的详细设计步骤。

2.根据给定的被控对象和目标传递函数，借助MATLAB仿真软件，编程实现基于该控制系统的dalin控制算法，画出带有纯滞后的控制系统的dalin控制器输出响应曲线图和带有纯滞后的控制系统输出响应曲线图。

3.对照实验图形，分析实验结果，分析带有纯滞后的控制系统的稳定性以及是否有振铃现象产生，并说明原因。