天大自动化控制系统与仿真课程设计实验报告.docx
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天大自动化控制系统与仿真课程设计实验报告
2012.11
3.对所有过程控制系统对象进行分析，分析所有参数的变化情况；
（1）单容非自衡过程
时间常数Ta不同时，液位的变化：
（2）单容自衡过程
放大系数K不同时，液位曲线的变化：
时间常数T不同时，液位曲线的变化
（3）多容非自衡
积分时间常数T不同时，液位曲线的变化
（4）多容自衡
放大系数K不同时液位曲线的变化
时间常数T不同时，液位曲线的变化
N不同时，液位曲线的变化
●对单回路控制系统的四个部分进行详细仿真；深入理解PID控制的原理；掌握PID三个参数对控制系统性能的影响；
我对控制器、被控对象和变送器进行了研究和仿真，程序和模型如下
%*****************¿ØÖÆÆ÷µÄÑо¿**************************************
%***********************************************************************
clear
T=19;K=1;Tao=0;Tao2=0;
%Kp²»Í¬Ê±µÄÊä³ö²îÒì
Kp=1;Ti=10;Td=0;
fori=1:
3
[t,x,y]=sim（'PID_Controller',30）;
subplot（2,2,1）,plot（t,y（:
1））;holdon
Kp=Kp+5;
end
xlabel（'ʱ¼ät'）;
ylabel（'Һλh'）;
title（'Kp²»Í¬Ê±µÄÊä³öÇúÏß²îÒì'）;
%Ti²»Í¬Ê±µÄÊä³ö²îÒì
Kp=5;Ti=1;Td=0;Tao=0;
fori=1:
3
[t,x,y]=sim（'PID_Controller',30）;
subplot（2,2,2）,plot（t,y（:
1））;holdon
Ti=Ti+10;
end
xlabel（'ʱ¼ät'）;
ylabel（'Һλh'）;
title（'Ti²»Í¬Ê±µÄÊä³öÇúÏß²îÒì'）;
%Td²»Í¬Ê±µÄÊä³ö²îÒì
Kp=3;Ti=5;Td=0;Tao=0;
fori=1:
3
[t,x,y]=sim（'PID_Controller',30）;
subplot（2,2,3）,plot（t,y（:
1））;holdon
Td=Td+10;
end
xlabel（'ʱ¼ät'）;
ylabel（'Һλh'）;
title（'Td²»Í¬Ê±µÄÊä³öÇúÏß²îÒì'）;
%*************************±»¿Ø¶ÔÏóµÄÑо¿**********************************
%***********************************************************************
clear
Kp=10;Ti=10;Td=0;Tao2=0;
figure;
%K²»Í¬Ê±µÄÊä³ö²îÒì
K=1;T=10;Tao=0;
fori=1:
3
[t,x,y]=sim（'PID_Controller',30）;
subplot（2,2,1）,plot（t,y（:
1））;holdon
Kp=Kp+5;
end
xlabel（'ʱ¼ät'）;
ylabel（'Һλh'）;
title（'K²»Í¬Ê±µÄÊä³öÇúÏß²îÒì'）;
%T²»Í¬Ê±µÄÊä³ö²îÒì
K=5;T=10;Tao=0;
fori=1:
3
[t,x,y]=sim（'PID_Controller',30）;
subplot（2,2,2）,plot（t,y（:
1））;holdon
T=T+20;
end
xlabel（'ʱ¼ät'）;
ylabel（'Һλh'）;
title（'T²»Í¬Ê±µÄÊä³öÇúÏß²îÒì'）;
%*************************±ä²âÁ¿ËÍÆ÷µÄÑо¿**********************************
%***********************************************************************
%Tao²»Í¬Ê±µÄÊä³ö²îÒì
K=10;T=10;Tao=0;
Kp=5;Ti=10;Td=0;Tao2=0;
fori=1:
3
[t,x,y]=sim（'PID_Controller',30）;
subplot（2,2,3）,plot（t,y（:
1））;holdon
Tao2=Tao2+0.1;
end
xlabel（'ʱ¼ät'）;
ylabel（'Һλh'）;
title（'Tao²»Í¬Ê±µÄÊä³öÇúÏß²îÒì'）;
结果如下：
●深入理解根轨迹法的基本原理；掌握根轨迹的绘制方法、增益的选择、稳态误差的消除措施等；
1.根轨迹的绘制方法、增益的选择
%×Ô¿ØP145Àý4.12
clear
num=[800];
den=conv（[1,0],conv（[1,4],conv（[1,10],[1,20]）））;
G=tf（num,den）;
sys=feedback（G,1）;
s_1=-1.28+2.21i;
s_2=-1.28-2.21i;
k=abs（s_1）*abs（s_1+4）*abs（s_1+10）*abs（s_1+20）;
kv=k/800;
num1=800*kv*[10.13];den1=conv（[1,0],conv（[1,4],conv（[1,10],conv（[1,20],[1,0.02]））））;
G1=tf（num1,den1）;
sys1=feedback（G1,1）;
figure
rlocus（sys）;holdon
rlocus（sys1）;
figure
step（sys）;
holdon
step（sys1）;
2.稳态误差的消除措施
clear
n1=400;d1=conv（conv（[10],[0.51]）,[0.11]）;
sope=tf（n1,d1）;sys=feedback（sope,1）;
step（sys）;
%È·¶¨ÆÚÍû¼«µãλÖÃ
sigma=0.1;
zeta=（（log（1/sigma））^2/（（pi）^2+（log（1/sigma））^2））^（1/2）;
wn=3/zeta;
%ÇóϵͳµÄÖ÷µ¼¼«µã
%zeta=0.591;wn=5.07;
p=[12*zeta*wnwn*wn];
roots（p）;
%ÇóУÕýÆ÷µÄ´«µÝº¯Êý
kc=5;s_1=-3.00-4.09i;nk1=2;dk1=conv（conv（[10],[0.51]）,[0.11]）;
ngv=polyval（nk1,s_1）;
dgv=polyval（dk1,s_1）;
g=ngv/dgv;
zetag=angle（g）;
mg=abs（g）;
ms=abs（s_1）;
zetas=angle（s_1）;
tz=（sin（zetas）-kc*mg*sin（zetag-zetas））/（kc*mg*ms*sin（zetag））;
tp=（kc*mg*sin（zetas）+sin（zetag+zetas））/（ms*sin（zetag））;
nk=[tz,1];dk=[tp,1];Gc=tf（nk,dk）
globalytncdc
n1=3;d1=conv（conv（[10],[0.51]）,[0.11]）;
s1=tf（n1,d1）;Gc=tf（[0.2291],[0.04251]）;
figure
sys1=feedback（s1*Gc,1）;step（sys1,10）;grid
●深入理解频域响应法的基本原理；掌握Bode图的绘制方法、带宽频率的选择；基于Bode图法调整控制系统的动态和稳态性能指标方法
%×Ô¿ØP209Àý5.18
num=[10];
den=conv（[21],conv（[11],[0.1,1]））;
gh1=tf（num,den）;
figure
（1）;
bode（gh1）;holdon
grid;
num=[100]
gh2=tf（num,den）;
bode（gh2）;
[Gm1,Pm1,Wcg1,Wcp1]=margin（gh1）
[Gm2,Pm2,Wcg2,Wcp2]=margin（gh2）
●串级控制系统的设计，与单回路比较；
●前馈控制系统设计，与单回路比较；
●其它控制系统设计，与单回路比较；
比值控制与单回路控制比较：
●数字PID控制算法的实验研究。
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