自动控制设计自动控制原理课程设计Word下载.docx

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3.对B容器得液位分别设计:

P,PI,PD,PID控制器进行控制;

4.对原系统进行极点配置,将极点配置在－1＋j与－1－j;

（极点可以不一样）

5.设计一观测器,对液箱A得液位进行观测（此处可以不带极点配置）;

6.如果要实现液位h2得控制,可采用什么方法,怎么更加有效？

试之。

用MATLAB对上述设计分别进行仿真。

（提示:

流量Q=液位h/液阻R,液箱得液容为液箱得横断面积,液阻R=液面差变化/流量变化。

）

2双容液位对象得数学模型得建立及MATLAB仿真过程一、对系统数学建模

如图一所示,被控参数得动态方程可由下面几个关系式导出:

液箱A:

液箱B:

消去中间变量,可得:

式中,——两液槽得容量系数

——两液槽得出水端阻力

——第一个容积得时间常数

——第二个容积得时间常数

_双容对象得放大系数

其传递函数为:

二.对模型特性进行分析,绘出bode,奈氏图,阶跃反应曲线

当输入为阶跃响应时得Matlab仿真:

令T1=T2=6;

K=1

单位阶跃响应得MATLAB程序:

num1=[1];

den1=[36121];

G1=tf（num1,den1）;

figure

（1）;

step（G1）;

xlabel（'

时间（sec）'

）;

ylabel（'

输出响应'

title（'

二阶系统单位阶跃响应'

step（G1,100）;

运行结果如下:

阶跃反应曲线:

图1

c（∞）=1;

c（tp）=1;

tp=45、5s;

td=10s;

ts=45、5s;

最大超调量:

δ（tp）=[c（tp）c（∞）]/c（∞）*100%=0%

稳态误差分析:

开环传递函数,稳态误差;

用MATLAB绘制得奈氏图如下图2所示,其程序如下:

nyquist（[1],conv（[61],[61]））

图2

在工程实践中,一般希望正相角裕度r为45~60,增益裕度KdB,即K。

当系统为单位负反馈时得Ｂode图:

用MATLAB绘制得奈氏图如下图3所示,其程序如下:

sys=tf（[1],conv（[61],[61]））;

margin（sys）;

figure

图3

三:

对B容器得液位分别设计:

P,PI,PD,PID控制器进行控制

PID控制得原理与特点

（1）P控制:

取P=9;

I=0;

D=0;

（2）PI控制:

P=6,I=0、4,D=0;

（3）PD控制:

P=9,I=0,D=5;

（4）PID控制:

P=5,I=0、3,D=4;

四.系统极点配置在1+j;

1j

根据传递函数

得微分方程

令

得状态方程

输出:

极点配置:

令K=1;

T1=T2=2;

用MATLAB确定状态反馈矩阵K,使得系统闭环极点配置在（1+j,1j）,程序如下:

A=[01;

0、251];

B=[0;

1];

P=[1+j;

1j];

K=place（A,B,P）

运行结果为

K=

1.75001、0000

仿真:

仿真图

五.设计一观测器,对液箱A得液位进行观测

●建立状态观测器:

全维观测器得建立:

令,得

期望特征式:

对比1式与2式,得

得

所以全维状态观测器得方程就是

本实验中,需观测得状态为水箱A溶液得液位,

建立数学模型

R1=R2=1;

c1=c2=1;

令状态观测器得极点为（6j,6+j）

设计此给定系统状态观测器得MATLAB程序如下

A=[10;

11];

B=[10];

C=[11];

A1=A'

;

B1=C'

C1=B'

P=[6j6+j];

K=acker（A1,B1,P）;

G=K'

G=

26

16

仿真图:

六、如果要实现液位h2得控制,可采用什么方法,怎么更加有效？

试之

前馈反馈控制方法

这种调节系统中要直接测量干扰量得变化,液位h2作为反馈量,流量Q作为前馈量,可以克服流量Q干扰量得偏差,同时可以加快控制得速度,使调节更加及时有效。