所设计数字调节器传递函数如下:
e?0.2633s式中,?=0.5266。H(s)?0.5266s?1,
系统脉冲传递函数
H(z)?Z[Gh(s)H(s)]?z?L(1??)z?11??z?1
式中,??LTs,Ts为采样周期,取L=1,可得Ts?T/2???0.2633。
??e(?T/?)?0.607,?1?e(?T/?)?0.607,?为期望闭环系统的时间常数。则
ss1H(z)?Z[Gh(s)H(s)]?z0.393z?2?1?0.607z?1广义工业对象脉冲传递函数为:
?L(1??)z?11??z?1
1?e?Tss49.5e?0.2633sG(z)??[Gh(s)G(s)]?Z[?]
s0.5266s?1?49.5(1-z-1)z?1?Z[1.899]s(s?1.899)z?1?1z(1?e?1.899Ts) ?49.5zz(z?1)(z?e?1.899Ts)19.45z?2?1?0.607z?1
则所设计数字调节器形式为:
z?(L?1)(1??)D(z)?G(z)[1??z?1?(1??)z?(L?1)](1?0.607z?1)z?2(1?0.607)? ?2?1?219.45z[1?0.607z?0.393z]0.020?0.0012z?1?1?0.607z?1?0.393z?2
因此可求得在单位阶跃输入下,系统期望输出序列:
0.393z?2zy(z)?H(z)R(z)??1?0.607z?1z-10.393?2 z?1.607z?0.607?0.393z-2?0.632z-3?0.777z-4?....
系统的开环传递函数为:
H(z)0.393z?2Gk(z)?D(z)G(z)??1?H(z)1?0.607z?1?0.393z?2
C、达林算法下系统伯德图(未加增益)
由以上传递函数,通过MATLAB求其伯德图,程序如下: >> Ts=0.2633; >> num=0.393;
>> den=[1 -0.607 -0.393]; >> Gz=tf(num,den,Ts); >>margin(Gz)
由上图可知,在未加入适当的比例增益,系统的幅值裕度为11dB,相角裕度为70.1deg,可见该系统并不符合设计要求,故需要加入适当的比例增益,降低系统的相角裕度。
d、达林算法下系统伯德图(加增益)
对系统加入一个比例增益为K0?2之后,即传递函数变为:
H(z)0.5895z?2Gk0(z)?2D(z)G(z)??1?H(z)1?0.607z?1?0.393z?2
通过MATLAB进行仿真,其仿真程序如下: >> Ts=0.2633; >> num=0.5895; >> den=[1 -0.607 -0.393]; >> Gz=tf(num,den,Ts); >> margin(Gz); 可得伯德图如下:
由上图可知,系统此时的幅值裕度为7.47dB,相角裕度为59.6deg,均符合题目要求。
e、单位阶跃响应下系统输出
通过Simulink仿真,其仿真图如下:
阶跃信号波形如下:
单位阶跃输入波形
系统输出波形图如下:
由以上图分析可知,系统相对于无滞后系统时会有一定延时时间才能达到无静差,并且系统伴有一定的超调。但系统最后能在较短时间内跟上输出,达到无静差。
f、施加阶跃干扰信号
通过Simulink仿真,其仿真图如下:
达林算法下系统仿真图(含增益)
干扰信号波形:
施加干扰信号波形图
系统输出波形图:
由以上分析可知,达林算法下系统抗干扰性较好,在施加干扰后,能在较短时间回到稳定状态。