自动控制原理与系统仿真课程设计报告书Word文档格式.docx
《自动控制原理与系统仿真课程设计报告书Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《自动控制原理与系统仿真课程设计报告书Word文档格式.docx(26页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
3.设计中的心得体会及建议。
三:
题目及要求
一)自动控制仿真训练
1.已知两个传递函数分别为:
①在MATLAB中分别用传递函数、零极点、和状态空间法表示;
MATLAB代码:
num=[1]
den=[31]
G=tf(num,den)
[EF]=zero(G)
[ABCD]=tf2ss(num,den)
num=[2]
den=[310]
仿真结果:
num=2
den=310
Transferfunction:
2
---------
3s^2+s
E=Emptymatrix:
0-by-1
F=0.6667
A=-0.33330
1.00000
B=1
0
C=00.6667
D=0
num=1
den=31
1
-------
3s+1
E=Emptymatrix:
F=0.3333
A=-0.3333
B=1
C=0.3333
D=0
②在MATLAB中分别求出通过反馈、串联、并联后得到的系统模型。
num1=[1]
den1=[31]
G1=tf(num1,den1)
num2=[2]
den2=[310]
G2=tf(num2,den2)
G3=G1*G2
G4=G1+G2
num1=1
den1=31
num2=2
den2=310
Transferfunction:
---------
3s^2+s
-----------------
9s^3+6s^2+s
3s^2+7s+2
2.系统的传递函数模型为
,判断系统的稳定性。
num=[172424]
den=[110355024]
p=eig(G)
p1=pole(G)
r=roots(den)
num=172424
den=110355024
s^3+7s^2+24s+24
---------------------------------
s^4+10s^3+35s^2+50s+24
p=-4.0000
-3.0000
-2.0000
-1.0000
p1=-4.0000
r=-4.0000
3.单位负反馈系统的开环传递函数为
,绘制根轨迹图,并求出与实轴的分离点、与虚轴的交点及对应的增益。
num=1
den=conv([12.730],[122])
rlocus(num,den)
axis([-88-88])
figure
(2)
r=rlocus(num,den);
plot(r,'
-'
)
gtext('
x'
num=1
den=1.00004.73007.46005.46000
4.已知系统的开环传递函数为
,绘制系统的Bode图和Nyquist,并能够求出系统的幅值裕度和相角裕度。
s=tf('
s'
G=5*(10*s+1)/(s*(s^2+0.2*s+1)*(0.5*s+1))
figure
(1)
bode(G)
grid
nyquist(G)
axis([-22-55])
s
50s+5
-------------------------------
0.5s^4+1.1s^3+0.7s^2+s
5.考虑如图所示的反馈控制系统的模型,各个模块为
,
,用MATLAB语句分别得出开环和闭环系统的阶跃响应曲线。
num=[4]
den=[1234]
G0=feedback(G,1)
step(G0)
[y,t]=step(G0)
plot(t,y)
num=[1-3]
den=[13]
den=[0.011]
num1=[4]
den1=[1234]
num2=[1-3]
den2=[13]
num3=[1]
den3=[0.011]
G3=tf(num3,den3)
G=G1*G2
G0=feedback(G,G3)
step(G)
[y,t]=step(G)
num=4
den=1234
4
---------------------
s^3+2s^2+3s+4
s^3+2s^2+3s+8
y=1.0e+024*0
……
-0.8394
2.3467
-3.8466
4.9206
-5.0901
3.9226
t=0
1.4293
2.8586
4.2879
5.7172
7.1465
8.5758
.
.……
464.5216
465.9509
467.3802
468.8094
num=1-3
den=1
s-3
-----
s+3
2s
y=1.0e+004*
den=0.01001.0000
----------
0.01s+1
0.01s+2
y=0
t=0
num1=4
den1=1234
num2=1-3
den2=13
num3=1
den3=0.01001.0000
4s-12
s^4+5s^3+9s^2+13s+12
0.04s^2+3.88s-12
---------------------------------------------------
0.01s^5+1.05s^4+5.09s^3+9.13s^2+17.12s
y=1.0e+004*
二)控制方法训练
微分先行控制
设控制回路对象
,分别采用常规PID和微分先行PID控制后系统输出的响应曲线,比较改进后的算法对系统滞后改善的作用。
Simulink仿真如下:
Smith预估控制
,设计Smith预估控制器,分别采用常规PID和Smith预估控制后系统输出的响应曲线,比较改进后的算法对系统滞后改善的作用。
大林算法控制
设被控对象传函
,目标闭环传递函数
,试设计大林控制器,并在Matlab中进行验证。
三)控制系统的设计
1.双容水箱串级控制系统的设计
要求:
完成双容水箱控制系统的性能指标:
超调量<
30%,调节时间<
30s,扰动作用下系统的性能较单闭环系统有较大的改进。
1).分析控制系统的结构特点设计合理的控制系统设计方案;
2).建立控制系统的数学模型,完成系统的控制结构框图;
3).完成控制系统的主副控制器的控制算法策略的选择(PID),并整定相应的控制参数;
4).完成系统的MATLAB仿真,验证控制算法的选择,并要求达到系统的控制要求,完成系统的理论的设计。
5).写出系统的PID算法控制程序等的软件程序代码(C语言或汇编语言)。
以THJ-2型过程控制实验对象测得的实验数据为:
上水箱直径为25cm,高度为20cm,当电动阀输出的开度为50时,得水泵流量为Q=4.3186L/min,水箱自平衡时的液位高度为10.894cm,说明给定的频率阶跃信号适当,不会使系统动态特性的非线性因素增大,更不会引起系统输出出现超调量的情况,在开度为50时下水箱的液位随时间变化值如下表:
T/min
1
2
3
4
5
6
7
8
9
H/cm
0.67
4.76
5.96
7.63
8.30
8.83
9.39
9.83
10.05
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
10.16
10.40
10.50
10.63
10.72
10.76
10.83
10.89
下水箱直径为35cm,高度为20cm,当电动阀开度为40时,得水泵流量为Q=2.6064L/min,水箱自平衡时的液位高度为10.838cm,同样说明给定的频率阶跃信号适当,在开度为40时时上水箱的液位随时间变化值如下表:
0.37
1.37
2.37
3.37
4.37
5.37
6.37
7.37
1.17
2.16
3.16
3.83
5.17
5.30
5.83
6.50
8.37
9.37
10.37
11.37
12.37
13.37
14.37
15.37
16.37
7.03
7.54
7.83
8.36
8.50
9.03
9.17
9.50
9.76
17.37
18.37
19.37
20.37
21.37
22.37
23.37
24.37
25.37
10.10
10.36
10.84
2.基于数字控制的双闭环直流电机调速系统设计
完成双闭环的直流电机调速系统的微机控制设计,超调量<
30%,调节时间<
0.5s,稳态无静差。
1)分析控制的结构特点设计合理的控制系统的控制方案;
2)选择合适的检测与执行元件和控制器,完成控制系统的硬件结构设计;
3)建立系统的各控制参数的数学模型;
4)分别完成转速和电流控制系统的控制算法的选择和参数的整定,完成系统设计;
5)完成系统的MATLAB仿真,验证控制算法的选择,并要求达到系统的控制要求,完成系统的理论的设计。
设直流电机
,电枢电阻
,V-M系统的主电路总电阻
,电枢电路的电磁时间常数
,机电时间常数
,测速反馈系数
系统的电流反馈系数
,触发整流装置的放大系数Ks=30,三相平均失控时间Ts=0.00167s,电流滤波时间常数Toi=0.002s,转速环滤波时间常数Ton=0.01s。
四、心得体会
通过为期三天的课程设计,我有如下几点感想:
首先,通过这次课程设计让我熟悉并掌握了MATLAB软件的使用方法,而且通过频繁地使用MATLAB对传递函数、零极点、状态空间表达方法和串联、并联、反馈后得到的系统模型进行仿真,通过MATLAB绘制Bode图、Nyquist图,对系统稳定性进行判定等,复习了从《MATLAB与控制系统仿真实践》中学到的知识,并加深了对其的理解与运用。
其次,通过对微分先行控制、smith预估控制、大林算法控制进行调试仿真,明白了它们之间的区别,加深了对微分先行控制、smith预估控制、大林算法控制的理解。
最后,通过这次课程设计将理论知识与实际相结合,大大的加强了我的实际动手能力,让我知其然也知其所以然。
而且,在实验的过程中遇到困难时,通过查资料问同学最后终于完成设计,感觉自己收获很多,既巩固了从课本中所学的知识,又拓展了视野,还加强了自学能力,为以后的发展大下了良好的基础。
五、参考文献
1MATLAB与控制系统仿真实践第二版航空航天大学
2微机计算机控制技术第二版清华大学
3电力拖动自动控制系统........运动控制系统第四版机械工业