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 s
τθ，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
1
23)(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。

(z
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，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。

(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?
答：纯滞后控制与PID 控制的本质区别是：纯滞后控制是一种基于模型和离散系统的设计方法，而PID 控制是一种基于连续系统的的设计方法。

消除振铃前，系统输出y(t)在t=(0—10)T 之间，曲线波动较大，在t=10T 滞后，曲线趋于平稳；消除振铃后，系统输出y=(t)在t=(0—10)T 之间，曲线较平缓，在t=10T 之后，曲线趋于平稳。

附:几个MATLAB 函数
(1) 1
23)(8.1+=-s e s G s
)(z G ⇒ sys1=tf([][],1,2,3‘inputdelay’,1.8)；
dsy1=c2d(sys1,ts,'zoh')；
[]1den num1,=tfdata(dsys1,'v')；
[]k1p1,z1,=tf2zp(num1,den1)
(2) 1
5.0)(8.1+=-s e s G s
)(z Φ⇒ sys2=tf([][],1,5.0,1‘inputdelay’,1.8)；
dsy2=c2d(sys2,ts,'zoh')；
(3) )
(1)()(1)(Z Z Z G Z D Φ-Φ∙= dsys=
dsys2)(1dsys2dsys11-*； []d e n
n u m ,=tfdata(dsys,'v')； []k p,z,=tf2zp(num,den)。