计算机控制实验指导书Word格式文档下载.docx
《计算机控制实验指导书Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机控制实验指导书Word格式文档下载.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
1．必做内容
针对具体的被控对象，设计PID控制器，其算法采用位置式或增量式算法。
设计、编制程序进行仿真分析，给出仿真结果，并讨论比例、积分、微分的作用；
2．选做内容
采用一到二种改进型算法设计PID控制器，例如：
积分分离PID算法、不完全微分PID算法和微分先行PID算法，设计、编制程序进行仿真分析，给出仿真结果；
3．被控对象
设被控对象为二阶惯性环节，其传递函数
如下式：
，且采样周期T＝0.1s，输入为单位阶跃信号；
4．性能指标要求
调整时间
；
超调量
静态误差
。
四．实验原理图
五．实验步骤：
1．将零阶保持器和给定的控制对象构成广义控制对象，写出其z传递函数，并转化成相应的差分方程；
2．PID控制算法采用位置式算法或者增量式算法
位置式：
增量式：
其中：
为比例系数，
为积分系数，
为微分系数；
3．通过试凑法选择合适的PID参数，使得系统达到给定的性能指标。
并讨论比例、积分和微分对系统产生的作用。
记录选择的PID参数；
记录输出的仿真数据；
记录仿真图形曲线。
提示:
（1）调整PID参数时，先将I、D参数保持不变，改变P参数，通过曲线图的变化得出P与超调量及调整时间的关系，再固定P、D参数,分析I对超调量及调整时间的影响，以此方法，观察D对超调量及调整时间的影响。
P
I
D
不变
分别记录P、I、D三参数对应的仿真曲线
（2）试凑法选择合适的PID参数，使得系统达到给定的性能指标。
记录仿真曲线及参数。
六．预习要求
1．复习数字PID控制算法的基本原理；
2．复习MATLAB和VC、C++的编程、调试方法；
3．用MATLAB或C++设计、编写数字PID控制算法源程序和仿真图形曲线输出的源程序。
七．实验报告
1．写出程序清单并进行注释；
2．分析调试、运行结果。
最小拍控制系统
1．了解数字最小拍控制系统的一般原理；
2．掌握数字最小拍控制系统的编程方法。
三．实验内容
针对具体的被控对象，设计系统存在波纹的最小拍数字控制器，编制程序进行仿真分析，给出仿真结果；
采用阻尼因子法设计最小拍数字控制器，编制程序进行仿真分析，给出仿真结果；
，且采样周期T＝1s，输入分别为单位阶跃信号、单位速度信号和单位加速度信号。
五．实验步骤
1．将零阶保持器和给定的控制对象构成广义控制对象，写出其
传递函数
，并化成相应的差分方程；
2．确定希望的数字控制器
：
单位阶跃信号：
单位速度信号：
单位加速度信号：
3．通过MATLAB或C++编程进行仿真，验证系统是否在规定拍数达到稳态。
分别对单位阶跃信号、单位速度信号和单位加速度信号：
记录调整的最小拍控制参数；
记录仿真图形曲线，标明拍数
1．复习数字最小拍控制系统的基本原理；
2．复习MATLAB和C++的编程、调试方法；
3．用MATLAB或C++设计、编写数字最小拍控制算法源程序和仿真图形曲线输出的源程序。
基于Smith预估器的纯滞后控制系统设计
1．了解smith预估控制器算法的一般原理；
2．掌握smith预估控制器算法的编程方法；
3.与PID控制算法进行比较，加深对该控制算法的掌握和理解。
1．根据给定对象特性，设计smith预估控制器算法，利用Matlab（Simulink）软件或C++软件编制程序进行仿真分析，给出仿真结果；
2．设广义被控对象为：
控制系统框图为：
取T=1、τ=2、T1=2.88，经采样（T=1s）保持后，其广义对象z传递函数为
，
转换为2个单位迟延
控制器参数：
Kp=0.5，Ki=0.2，Kd=0。
四．实验步骤
1．设计smith预估控制算法，作给定值扰动和外部扰动响应实验，并绘制控制器输出P和系统输出y响应曲线；
2．被控对象不变，采用理想PID进行给定值扰动和外部扰动响应实验，并绘制控制器输出P和系统输出y响应曲线。
五．预习要求
1．复习smith预估控制算法和PID算法的基本原理；
3．用MATLAB或C++设计、编写smith预估控制算法源程序和仿真图形曲线输出的源程序。
六．思考题
1．分析两类控制算法对带迟延对象的控制效果；
2．根据实验分析Smith预估控制算法的优点是什么，若采用PID算法解决同类问题效果如何？
Matlab辅助设计软件:
具体操作步骤：
1、
启动Matlab；
2、单击工具栏中的Simulink仿真图标，进入Simulink仿真环境
新建
模块库
3、新建仿真结构图，寻找模块，拖动到新建仿真结构图中
所涉及模块的位置：
加法器Sum：
在Simulink/MathOperations子库中。
离散PID控制器：
在SimPowerSystems/ExtraLibrary/DiscreteControlBlocks子库中。
离散传递函数DiscreteTransferFcn：
在Simulink/Discrete子库中。
示波器Scope：
在Simulink/Sinks模型库中。
阶跃信号Step：
在Simulink/Sources模型库中。
4、修改模块参数。
双击模块，在出现的窗口中设置参数。
5、连接模块。
将光标移到一个模块的输出端（>
）按下鼠标左键拖动鼠标到另一个模块的输入端（>
），松开鼠标左键就可以完成两个模块的连接。
6、设置仿真参数，进行仿真。
在Simulation下拉菜单中设置仿真参数，单击工具栏中的StartSimulation图标），计算机开始仿真，示波器可显示出仿真曲线。
7、通过曲线，分析系统性能。
附录
参考程序1
#include"
stdafx.h"
1111.h"
1111Doc.h"
1111View.h"
#ifdef_DEBUG
#definenewDEBUG_NEW
#undefTHIS_FILE
staticcharTHIS_FILE[]=__FILE__;
#endif
IMPLEMENT_DYNCREATE（CMy1111View,CView）
BEGIN_MESSAGE_MAP（CMy1111View,CView）
ON_COMMAND（ID_FILE_PRINT,CView:
:
OnFilePrint）
ON_COMMAND（ID_FILE_PRINT_DIRECT,CView:
ON_COMMAND（ID_FILE_PRINT_PREVIEW,
CView:
OnFilePrintPreview）
END_MESSAGE_MAP（）
CMy1111View:
CMy1111View（）
{
}
~CMy1111View（）
BOOLCMy1111View:
PreCreateWindow（CREATESTRUCT&
cs）
returnCView:
PreCreateWindow（cs）;
//CMy1111Viewdrawing
voidCMy1111View:
OnDraw（CDC*pDC）//求PID参数
inti=0;
doubleKp=0.5,Ki=0.045,Kd=1;
doubler[100];
doubley[100],u[100],e[100],datau[100];
y[0]=0;
e[0]=0;
u[0]=0;
e[1]=0;
y[1]=0;
u[1]=0;
for（i=0;
i<
100;
i++）
{
r[i]=4.01;
}
for（i=2;
{
e[i]=r[i]-y[i-1];
datau[i]=（Kp+Ki+Kd）*e[i]-（Kp+2*Kd）*e[i-1]+e[i-2];
u[i]=u[i-1]+datau[i];
y[i]=1.724*y[i-1]-0.741*y[i-2]+0.0453*u[i-1]+0.04095*u[i-2];
CPenhPen1（PS_SOLID,1,RGB（0,0,0））;
CPenhPen2（PS_SOLID,1,RGB（255,0,0））;
CPenhPen3（PS_SOLID,1,RGB（0,255,0））;
CPen*pen0;
CRectrect0;
chars[50];
CFontfont;
font.CreateFont（10,6,0,
0,30,FALSE,
FALSE,FALSE,
DEFAULT_CHARSET,
OUT_DEFAULT_PRECIS,CLIP_DEFAULT_PRECIS,
PROOF_QUALITY,
DEFAULT_PITCH|FF_ROMAN,"
Arial"
）;
CFont*font0;
pen0=pDC->
SelectObject（&
hPen1）;
//画X-Y坐标抽
pDC->
MoveTo（50,610）;
LineTo（950,610）;
LineTo（50,10）;
SelectObject（pen0）;
MoveTo（950,610）;
LineTo（945,605）;
LineTo（945,615）;
MoveTo（50,10）;
LineTo（45,15）;
LineTo（55,15）;
15;
i++）//画X轴刻度
pen0=pDC->
pDC->
MoveTo（100+i*50,610）;
LineTo（100+i*50,605）;
rect0.left=90+i*50;
rect0.right=rect0.left+20;
rect0.top=615;
rect0.bottom=630;
sprintf（s,"
%d"
（i+1）*10）;
font0=pDC->
font）;
pDC->
SetTextColor（RGB（0,0,0））;
SetBkMode（TRANSPARENT）;
DrawText（s,-1,&
rect0,DT_CENTER）;
SelectObject（font0）;
5;
i++）//画Y轴刻度
MoveTo（50,510-i*100）;
LineTo（55,510-i*100）;
rect0.left=30;
rect0.top=510-i*100-5;
rect0.bottom=rect0.top+20;
i+1）;
hPen2）;
//画曲线r[t]
99;
MoveTo（（50+i*5）,（610-r[i]*100））;
LineTo（（50+i*5+5）,（610-r[i+1]*100））;
hPen3）;
//画曲线y[t]
MoveTo（（50+i*5）,（610-y[i]*100））;
LineTo（（50+i*5+5）,（610-y[i+1]*100））;
hPen1.DeleteObject（）;
hPen2.DeleteObject（）;
hPen3.DeleteObject（）;
font.DeleteObject（）;
//CMy1111Viewprinting
OnPreparePrinting（CPrintInfo*pInfo）
returnDoPreparePrinting（pInfo）;
OnBeginPrinting（CDC*,CPrintInfo*）
//TODO:
addextrainitializationbeforeprinting
OnEndPrinting（CDC*,CPrintInfo*）
addcleanupafterprinting
//CMy1111Viewdiagnostics
AssertValid（）const
CView:
AssertValid（）;
Dump（CDumpContext&
dc）const
Dump（dc）;
CMy1111Doc*CMy1111View:
GetDocument（）//non-debugversionis
//inline
ASSERT（m_pDocument->
IsKindOf（RUNTIME_CLASS
（CMy1111Doc）））;
return（CMy1111Doc*）m_pDocument;
#endif//_DEBUG
参考程序2
ON_COMMAND（ID_FILE_PRINT_PREVIEW,CView:
OnDraw（CDC*pDC）
inti;
doubler[1000];
doubley[1000];
doublee[1000];
doubleu[1000];
1000;
r[i]=1;
e[1]=1;
u[1]=1/3.68;
for（i=2;
y[i]=1.368*y[i-1]-0.368*y[i-2]+3.68*u[i-1]+2.64224*u[i-2];
e[i]=r[i]-y[i];
u[i]=-0.718*u[i-1]+（e[i]-0.368*e[i-1]）/3.68;
}
CPenhPen1（PS_SOLID,1,RGB（0,0,0））;
CPenhPen2（PS_SOLID,1,RGB（255,0,0））;
CPenhPen3（PS_SOLID,1,RGB（0,255,0））;
CPen*pen0;
CRectrect0;
chars[50];
CFontfont;
font.CreateFont（10,6,0,
OUT_DEFAULT_PRECIS,CLIP_DEFAULT_PRECIS,
PROOF_QUALITY,DEFAULT_PITCH|FF_ROMAN,"
//画X-Y坐标抽
//画X轴刻度
9;
//画的刻度线
MoveTo（50+i*100,610）;
LineTo（50+i*100,605）;
rect0.left=40+i*100;
i）;
//画Y轴刻度
2;
//////////////画刻度线
MoveTo（50,410-i*200）;
LineTo（55,410-i*200）;
SelectObje
升级会员 