自控PID控制实验Word文档下载推荐.docx
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汪洋令
2011071070
实验日期:
2013年11月21日
评分:
实验目的:
1、学习并掌握利用MATLAB编程平台进行控制系统复数域和频率域仿真的方法。
2、通过仿真实验研究并总结PID控制规律及参数对系统特性影响的规律。
3、实验研究并总结PID控制规律及参数对系统根轨迹、频率特性影响的规律,并总结系统特定性能指标下根据根轨迹图、频率响应图选择PID控制规律和参数的规则。
实验任务:
1、我选择二阶系统开环传递函数为:
。
设计实验程序及步骤仿真研究分别采用比例(P)、比例积分(PI)、比例微分(PD)及比例积分微分(PID)控制规律和控制参数(Kp、KI、KD)不同变化时控制系统根轨迹、频率特性和时域阶跃响应的变化,总结PID控制规律及参数对系统特性、系统根轨迹、系统频率特性影响的规律。
2、在此基础上总结在一定控制系统性能指标要求下,根据系统根轨迹图、频率响应图选择PID控制规律和参数的规则。
实验步骤、内容及结果:
1、选择P控制规律并给定不同的控制参数,求取系统根轨迹、频率特性、时域阶跃响应。
通过matlab绘图展示不同控制规律和参数系统响应的影响。
按照不同控制规律、不同参数将根轨迹图、频率响应图和时域响应图绘制出来。
程序代码如下:
p=[1];
q=[1710];
sys=tf(p,q);
rlocus(sys);
rlocfind(sys)
gtext('
过阻尼'
);
欠阻尼'
临界阻尼'
tile('
寻找过阻尼,欠阻尼,临界阻尼的Kp'
得到开环传递函数根轨迹图:
从图中我选取了三个不同阻尼的KP点(kp1、kp2、kp3)
从matlab中计算得到的三个阻尼点的kp值分别为:
序号(组)
y1
y2
y3
Kp
1.3325
4.8
2.25
由这三个不同阻尼的kp值引入开环传递函数中,绘制频率响应图及阶跃响应图,程序如下:
kp=[1.33254.82.25];
t=[0:
0.1:
20];
w=logspace(-1,3,200);
holdon
p1=[1.3325];
%过阻尼
p2=[4.8];
%欠阻尼
p3=[2.25];
%临界阻尼
sys1=tf(p1,q);
sys2=tf(p2,q);
sys3=tf(p3,q);
subplot(3,2,1);
%画bode图,幅频特性曲线
[mag1,phase1,w]=bode(p1,q);
semilogx(w,20*log10(mag1)),grid
xlabel('
频率(rad/s)'
),ylabel('
增益(dB)'
)
title('
kp=1.3325(过阻尼)时幅频特性曲线'
subplot(3,2,2);
%画bode图相频特性曲线
semilogx(w,phase1),grid
相角(度)'
kp=1.3325(过阻尼)时相频特性曲线'
subplot(3,2,3);
[mag2,phase2,w]=bode(p2,q);
semilogx(w,20*log10(mag2)),grid
kp=4.8(欠阻尼)时幅频特性曲线'
subplot(3,2,4);
semilogx(w,phase2),grid
kp=4.8(欠阻尼)时相频特性曲线'
subplot(3,2,5);
[mag3,phase3,w]=bode(p2,q);
semilogx(w,20*log10(mag3)),grid
kp=2.25(临界阻尼)时幅频特性曲线'
subplot(3,2,6);
semilogx(w,phase3),grid
kp=2.25(临界阻尼)时相频特性曲线'
%用开环传递函数求得闭环传递函数
[p11,q11]=cloop(p1,q);
[p22,q22]=cloop(p2,q);
[p33,q33]=cloop(p3,q);
[y1,x,t]=step(p11,q11,t);
[y2,x,t]=step(p22,q22,t);
[y3,x,t]=step(p33,q33,t);
figure
(2)%新建一个图形窗口
%绘制阶跃响应图
plot(t,y1,t,y2,t,y3);
legend('
y1'
'
y2'
y3'
kp=1.3325(过阻尼)'
kp=4.8(欠阻尼)'
kp=2.25(临界阻尼)'
wnt'
Y(t)'
gridon;
holdon;
时域阶跃响应图'
End
得到不同阻尼点的kp值的幅频特性曲线和相频特性曲线图:
得到不同阻尼点的kp值的阶跃响应图:
结论:
y1(过阻尼)
y2(欠阻尼)
y3(临界阻尼)
P.O.(超调量)
无
Ts(调节时间)
2.5
1.8
2
Tp(峰值时间)
Tr(上升时间)
1.6
1.7
随着kp的增大,从幅频特性曲线看出,其系统增益越大,其相频特性基本不变,从阶跃响应曲线看出系统的超调量不变,稳态时间增加,调节时间和上升时间越短。
2、选择PI控制规律并给定不同的控制参数,求取系统根轨迹、频率特性、时域阶跃响应。
(1)、当被控对象在两个极点左侧时:
p=[18];
%被控对象两个极点的左侧;
则必须满足KI>
5KP,令KI=8KP
q=[17100];
0.446
24.65
0.573
kp=[0.44624.650.573];
p1=[0.4468*0.446];
p2=[24.658*24.65];
p3=[0.5738*0.573];
kp=0.446(过阻尼)时幅频特性曲线'
kp=0.446(过阻尼)时相频特性曲线'
kp=24.65(欠阻尼)时幅频特性曲线'
kp=24.65(欠阻尼)时相频特性曲线'
kp=0.573(临界阻尼)时幅频特性曲线'
kp=0.573(临界阻尼)时相频特性曲线'
kp=0.446(过阻尼)'
kp=24.65(欠阻尼)'
kp=0.573(临界阻尼)'
end
P.O.