自动控制原理与系统仿真课程设计报告书Word文档格式.docx

1、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：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=1den=3 1G=tf（num,den）E F=zero（G）A B C D=tf2ss（num,den）num=2den=3 1 0仿真结果：num =2den =3 1 0Transfer function: 2-3 s2 + s E = Empty matrix: 0-by-1 F = 0.6667 A =-0.3333 0 1.0000 0B= 1 0C = 0 0.6667D = 0num = 1den =3

2、1 1-3 s + 1E =Empty matrix:F =0.3333A = -0.3333B =1C =0.3333D =0在MATLAB中分别求出通过反馈、串联、并联后得到的系统模型。num1=1den1=3 1G1=tf（num1,den1）num2=2den2=3 1 0G2=tf（num2,den2）G3=G1*G2G4=G1+G2num1 =1den1 =3 1 num2 =2 den2 = 3 1 0 Transfer function: - 3 s2 + s-9 s3 + 6 s2 + s 3 s2 + 7 s + 22.系统的传递函数模型为，判断系统的稳定性。num=1 7

3、 24 24den=1 10 35 50 24p=eig（G）p1=pole（G）r=roots（den）num = 1 7 24 24den = 1 10 35 50 24 s3 + 7 s2 + 24 s + 24-s4 + 10 s3 + 35 s2 + 50 s + 24p =-4.0000 -3.0000 -2.0000 -1.0000p1=-4.0000r =-4.00003.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=1den=conv（1 2.73 0,1 2 2）rlocus（num,den）axis（-8 8 -8

4、8）figure（2）r=rlocus（num,den）;plot（r,-）gtext（xnum =1den =1.0000 4.7300 7.4600 5.4600 04.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（sG=5*（10*s+1）/（s*（s2+0.2*s+1）*（0.5*s+1）figure（1）bode（G）gridnyquist（G）axis（-2 2 -5 5）s 50 s + 5-0.5 s4 + 1.1 s3 + 0.7 s2 + s5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

5、得出开环和闭环系统的阶跃响应曲线。num=4den=1 2 3 4G0=feedback（G,1）step（G0）y,t=step（G0）plot（t,y）num=1 -3den=1 3den=0.01 1num1=4den1=1 2 3 4num2=1 -3den2=1 3num3=1den3=0.01 1G3=tf（num3,den3）G=G1*G2G0=feedback（G,G3）step（G）y,t=step（G）num =4den =1 2 3 4 4-s3 + 2 s2 + 3 s + 4s3 + 2 s2 + 3 s + 8y =1.0e+024 *0-0.8394 2.3467

6、 -3.8466 4.9206 -5.0901 3.9226t = 0 1.4293 2.8586 4.2879 5.7172 7.1465 8.5758 . . 464.5216 465.9509 467.3802 468.8094num =1 -3den =1 s - 3-s + 3 2 s y = 1.0e+004 *den =0.0100 1.0000-0.01 s + 10.01 s + 2y =0t=0num1 =4den1 =1 2 3 4num2 =1 -3den2 =1 3num3 =1den3 =0.0100 1.0000 4 s - 12s4 + 5 s3 + 9 s2

7、+ 13 s + 12 0.04 s2 + 3.88 s - 12-0.01 s5 + 1.05 s4 + 5.09 s3 + 9.13 s2 + 17.12 sy = 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

8、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

9、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/min123456789H/cm0.674.765.967.638.308.839.399.8310.051011121314151617181910.1610.4010.5010.6310.7210.7610.8310.89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,

10、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：0.371.372.373.374.375.376.377.371.172.163.163.835.175.305.836.508.379.3710.3711.3712.3713.3714.3715.3716.377.037.547.838.368.509.039.179.509.7617.3718.3719.3720.3721.3722.3723.3724.3725.3710.1010.3610.842.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

11、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

12、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1 MATLAB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