控制原理大作业Word下载.docx
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大连理工大学
DalianUniversityofTechnology
作业题目:
某直流电机转速控制系统如下图所示,其中电机电枢传递函数中的参数K为你学号的最后两位数字。
试按以下要求完成设计与分析,可团队完成,亦可单独完成,团队成员不超过三人。
直流电机转速控制系统
1.写出被控对象的传递函数。
2.设计PID控制器,分析控制器参数调节对单位阶跃响应的影响。
3.在实际工程应用中,常常需要对控制器的输出进行限幅,请对限幅前后的系统性能进行对比分析,并举例分析限幅的必要性。
4.目前有多种改进的PID控制算法,请调研其中一种,并介绍其特点。
5.请结合自动控制系统的基本性能要求、各性能要求之间的关系或自动控制的基本原理,从以下几个方面中选取一个主题谈谈本门课程学习对你的影响:
(1)自动控制理念对社会、健康、安全、法律或文化的影响;
(2)对你未来的研究、实践、应遵守的工程职业道德和规范、或应履行的责任的影响。
参加人员姓名
班级
学号
主要负责模块
得分
盛鑫
运英1302
201373028
全部
我的学号是201373028,K=28;
被控对象的主要环节由G1~G4组成,其传递函数为:
通过matlab编写:
s=tf('
s'
);
K=28;
G1=K/(s+K);
G2=13.33/s;
G12=feedback(G1*G2,1);
G3=26347/(s+599);
G4=5.2;
G=G12*G3*G4
G=
5.114e07
-------------------------------------
s^3+627s^2+1.715e04s+2.236e05
单位阶跃输入下,系统的期望输出为1/H(s)=1/0.0118=84.7458。
(1)首先采用比例控制,令Kp分别取4、5、6、7、8,且Ti→∞,Td=0时,绘制系统的阶跃响应曲线:
forKp=4:
8
Gc=feedback(Kp*G,0.0118);
step(Gc);
holdon;
end
legend('
Kp=2'
'
Kp=3'
Kp=4'
Kp=5'
Kp=6'
holdoff;
Kp调节对单位阶跃响应的影响
由图中可以看出,随着比例系数Kp的增加,超调量增大,系统响应速度加快,同时稳态误差减小。
随着Kp的继续增加,会使系统不稳定。
Kp继续增大系统响应
(2)采用PI控制,固定比例系数Kp=3,令Ti取0.03,0.05,0.07时,绘制该系统的阶跃响应曲线:
K=28
G=G12*G3*G4;
Kp=1;
forTi=0.05:
0.02:
0.09
PIGc=tf(Kp*[Ti1],[Ti0]);
%PI控制器传递函数
Gc=feedback(PIGc*G,0.0118);
end
legend('
Ti=0.05'
Ti=0.07'
Ti=0.09'
holdoff;
Ti调节对单位阶跃响应的影响
随着积分时间常数Ti的增加,积分作用就越弱。
由图中可以看出,引入积分环节后,能够消除系统的稳态误差,从而改善系统的稳态性能;
Ti越大,系统的超调量越小,系统响应速度减慢;
反之,Ti越小,系统的超调量越大,系统响应速度加快,会导致系统的相对稳定性变差。
(3)采用PID控制,固定比例系数Kp=3,Ti=0.05,令Td分别取0.005,0.01,0.015时,绘制该系统的阶跃响应曲线:
Kp=3;
Ti=0.05;
forTd=[0.0050.010.015]
PIDGc=tf(Kp*[Ti*TdTi1],[Ti0]);
%PID控制器传递函数
Gc=feedback(PIDGc*G,0.0118);
step(Gc),holdon
Td=0.005'
Td=0.01'
Td=0.015'
)
Td调节对单位阶跃响应的影响
随着微分时间常数Td的增加,系统的响应速度加快,调节时间减小,超调量下降,稳定性得到了提高。
但系统对扰动的抑制能力会减弱。
取控制器参数Kp=3,Ti=0.07,Td=0.01,建立Simulink下的系统仿真模型如图所示。
由示波器ControlValue可以观察PID控制器的输出(控制量)曲线
在控制量输出位置添加Saturation模块,将控制器的输出限定在[-0.50.5]之间.并与未限幅的系统性能进行对比分析,用于对比的Simulink框架如图所示。
下图为Scope2显示的系统阶跃响应对比曲线,可以看出进行控制量限幅后系统的响应速度变慢,这是由于限幅导致控制器的控制强度变弱的缘故。
一种改进方法是分段PID控制,即根据误差的大小,设定不同的PID参数。
在工程实际中,限幅可避免控制器计算出的过大控制量施加到执行器或被控对象上,从而提高系统运行的安全性、可靠性及工作寿命。
对于输出控制,充分发挥了PLC在软件连锁、互锁方面的特长。
增量式PID控制算法
所谓增量式PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量Δ(k)。
增量式PID控制系统框图如图2-3所示。
当执行机构需要的是控制量的增量时,可以由式(2-4)导出提供增量的PID控制算式。
根据递推原理可得:
(2-4)
用式(2-3)减去式(2-4),可得:
(2-5)
式(2-5)称为增量式PID控制算法。
增量式控制算法的优点是误动作小,便于实现无扰动切换。
当计算机出现故障时,可以保持原值,比较容易通过加权处理获得比较好的控制效果。
但是由于其积分截断效应大,有静态误差,溢出影响大。
所以在选择时不可一概而论。
自动控制系统的基本性能要求包括稳、准、快三个方面,此外还包括适应性、经济性等。
同一系统这三方面的性能是相互制约的。
提高了系统的稳态精度,可能使动态性能变坏;
快速性的改善可能会引起系统的强烈振荡;
平稳性好的系统又可能很迟缓。
自动控制的基本原理即是采用不同的系统校正方式,确定被控对象的输入,以使输出尽可能符合给定的最佳要求,从而提高系统性能。
法(控制器)的作用可以分为规范作用与社会(被控对象)作用(即产生控制量)。
这是根据法在社会生活中发挥作用的形式和内容,对法的作用的分类。
从法是一种社会规范看,法
具有规范作用,规范作用是法作用于社会的特殊形式;
从法的本质和目的看,法又具有社会作用,社会作用是法规制和调整社会关系的目的。
这种对法的作用的划分使法与其他社会现象相区别,突出了法律调整的特点;
同时,又明确了各个时期法律目的的差异。