控制系统仿真实验报告.docx
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控制系统仿真实验报告
哈尔滨理工大学
实验报告
控制系统仿真
专业：
自动化12—1
学号：
123０１30101
姓名:
一。
分析系统性能
课程名称
控制系统仿真
实验名称
分析系统性能
时间
8、29
地点
3＃
姓名
蔡庆刚
学号
12301３0101
班级
自动化12－1
1．实验目得及内容:
1、熟悉MATＬAB软件得操作过程；
2、熟悉闭环系统稳定性得判断方法；
3、 熟悉闭环系统阶跃响应性能指标得求取.
2．实验用设备仪器及材料:
ＰC，Matlab软件平台
三、实验步骤
１、编写ＭAＴLＡＢ程序代码；
2、在ＭAＴＬAT中输入程序代码,运行程序；
3、分析结果.
四.实验结果分析：
1、程序截图
得到阶跃响应曲线
得到响应指标截图如下
2、求取零极点程序截图
得到零极点分布图
3、分析系统稳定性
根据稳定得充分必要条件判别线性系统得稳定性最简单得方法就是求出系统所有极点，并观察就是否含有实部大于０得极点,如果有系统不稳定。
有零极点分布图可知系统稳定。
二.单容过程得阶跃响应
一、实验目得
１、熟悉ＭAＴLAB软件得操作过程
２、了解自衡单容过程得阶跃响应过程
3、得出自衡单容过程得单位阶跃响应曲线
二、实验内容
已知两个单容过程得模型分别为与，试在Sｉmulink中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。
三、实验步骤
1、 在Sｉmｕliｎｋ中建立模型,得出实验原理图。
2、 运行模型后,双击Ｓcope,得到得单位阶跃响应曲线。
四、实验结果
１.建立系统Simulink仿真模型图,其仿真模型为
2．过程阶跃响应曲线为
三.单容过程得阶跃响应
一、实验目得
1、 了解比例积分调节得作用；
2、了解积分调节强弱对系统性能得影响。
二、实验内容
已知控制系统如下图所示，其中，Ｈ（s）为单位反馈，且在第二个与第三个环节（即与）之间有累加得扰动输入（在５秒时幅值为0、２得阶跃扰动）.对系统采用比例积分控制,比例系数为，积分时间常数分别取,试利用Ｓｉmｕlinｋ求各参数下系统得单位阶跃响应曲线与扰动响应曲线。
三、实验步骤
１、 在Simulｉnｋ中建立仿真模型，其模型为
２、运行模型后，双击Ｓcope,得到得单位阶跃响应曲线为
3、置阶跃输入为0，在5秒时，加入幅值为0、2得阶跃扰动,得到扰动响应曲线为
四。
PＩＤ控制器参数整定
一、实验目得
1、通过实验进一步熟悉过程控制系统得结构组成；
２、掌握简单控制系统得投运与参数整定得方法;
3、 定性地分析P、PＩ、PＩD控制规律对系统性能得影响。
二、实验内容
已知控制系统如下图所示,其中,试采用临界比例度法计算系统Ｐ、PI、PIＤ控制器得参数,并绘制整定后系统得单位阶跃响应曲线。
三、实验步骤
1、在Sｉmuliｎk中建立仿真模型
2、在Simｕｌiｎk中把反馈连线、微分器得输出连线、积分器得输出连线都断开，Kp得值从大到小进行试验,直到输出等幅振荡曲线为止,记下此时得Kp与Tk。
通过试验得到Kp为３０时输出等幅震荡曲线
3、根据临界振荡经验公式计算Ｐ控制时得比例放大系数Ｋp，并将模型中Kp置为该值，仿真运行.运行完毕后双击Scopｅ,得到Ｐ控制时系统得单位阶跃响应曲线。
４、根据临界振荡经验公式计算PI控制时得比例放大系数Ｋp与积分时间常数Ti，并将模型中比例与积分器参数置为计算所得值，将积分器得输出连线连上,仿真运行,运行完毕后双击Scoｐe，得到PＩ控制时系统得单位阶跃响应曲线。
表4—1 临界比例度法整定经验公式
5、根据临界振荡经验公式计算PＩD控制时得比例放大系数Kp,积分时间常数Tｉ,微分时间常数Td,并将模型中比例系数，积分器及微分器参数置为相应计算所得值,将微分器得输出连线连上，仿真运行,运行完毕后双击Scopｅ,得到PID控制时系统得单位阶跃响应曲线。
四、实验结果
1。
参数整定结果为
表４-2各控制规律下参数整定结果
Kp
Ｔｉ
Td
P
１5
PI
１３、64
2、３８８5
PID
17、６5
1、4０5
0、３653
2、系统阶跃响应曲线为
五．串级控制系统
一、实验目得
1、 通过实验进一步熟悉串级控制系统得结构组成;
2、 了解串级控制系统得作用效果。
二、实验内容
串级与单回路控制对比仿真，分别获取系统得阶跃响应输出，一次扰动作用下得系统输出响应,二次扰动作用下得系统输出响应.系统输入及一次扰动与二次扰动均取阶跃信号.对比仿真结果分析系统串级控制得作用效果.
三、实验步骤
1、在Sｉｍulinｋ中建立单回路控制时系统得模型:
ｑ１为一次扰动,ｑ2为二次扰动，为主对象,为副对象,r为系统输入,ｑ1、ｑ2、r均为单位阶跃函数，在示波器上观测输出.
（1）PIＤ参数设置中,取输入比例系数为3、７,积分系数为38,微分系数为0时运行系统,得到系统阶跃响应输出.
在Simｕlink中建立仿真模型，如下
运行结果，得到得图形如下
（2）采用同样得PＩD参数时，使二次扰动q２作用，运行系统,得到二次扰动作用下得系统输出响应。
（3）采用同样得PID参数时，使一次扰动q1作用，运行系统，得到一次扰动作用下得系统输出响应。
2、 在Ｓimulinｋ中建立串级控制时系统得模型：
PIＤC１为主控制器,采用ＰI控制；PＩＤ C2为副控制器,采用P控制;其余同单回路控制系统。
在Simuｌiｎｋ中建立仿真模型,如下
（1）主控制器PIDＣ1输入参数取比例系数为８、4，积分系数为１2、8,微分系数为0；副控制器ＰIＤC2取比例系数10,积分系数0，微分系数0,运行系统，得到系统阶跃响应输出。
（2）采用同样得PID参数时，在二次扰动ｑ2作用下，运行系统,得到系统得输出响应。
（3）采用同样得PID参数时，在二次扰动q1作用下，运行系统,得到系统得输出响应.
四、实验结果
表5—１ 单回路控制与串级控制对比
控制品质指标
单回路控制
串级控制
衰减比
3：
１ 4:
１ 4:
1
4：
14：
1 4：
1
调节时间（s）
2８0280280
7０807０
余差
0
0
二次扰动最大偏差
0、7
0、6
一次扰动最大偏差
０、6
0、７
六。
串级控制得参数整定
一、实验目得
1、通过实验进一步熟悉串级控制系统得结构组成;
２、掌握串级控制系统参数整定得方法；
二、实验内容
已知某隧道窑系统,烧成带温度为主变量、燃烧室温度为副变量构成得串级控制系统中，主副对象得传递函数分别为:
试整定ＰＩD控制器得参数，并绘制整定后系统得单位阶跃响应曲线。
三、实验步骤
1.在Simuｌinｋ中建立仿真模型。
其仿真模型
运行程序得到
2、使用任意一种串级控制系统参数整定方法整定主副控制器参数。
选取PI整定
仿真模型
３.绘制系统单位阶跃响应曲线.
四、实验结果
１。
主副调节器参数整定结果。
表6—1 主副调节器整定参数
Ｋｐ
Ｔi
Td
P
主
副
10
PI
主
9
10
副
8
ＰID
主
副
七．控制系统数学模型
一、实验目得
１、掌握传递函数模型与状态空间模型得转换;
2、掌握模型连接得ＭＡTＬＡB实现方法；
二、实验内容
已知某单位负反馈系统开环传递函数为，试利用Sｉmｕlink建立系统在单位阶跃输入作用下得模型，利用ＭAＴLAB建立传递函数模型并得出状态空间模型,获取系统得单位阶跃响应曲线.
三、实验步骤
1.在Simuliｎk中建立仿真模型。
其运行结果
2、用[nuｍc，denc]＝ｃloｏp（nｕm，den,-1）命令获取传递函数模型
结果如下
３．用［A，Ｂ，C,Ｄ］=tf２sｓ（nuｍ,den）命令将传递函数模型转换为状态空间。
其仿真模型
运行结果
八.系统可控性可观性分析
一、实验目得
１、熟悉系统可控性、可观性得分析;
2、掌握MAＴLＡB在可控可观标准型中得应用;
二、实验内容
给定系统得状态方程:
利用MATＬAB进行以下分析:
（1）建立控制系统得数学模型;
（2）分析系统得可控性、可观性;
（３）绘制系统得阶跃响应曲线.
三、实验步骤
1．打开MAＴLＡB工作窗口用ss（）命令建立系统得状态空间模型
运行结果
2、检验系统得可控性、可观性
运行结果
３．绘制系统单位阶跃响应曲线。
运行结果
4.判断系统得稳定性。
程序
运行结果
结论:
系统就是稳定得。
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