控制系统仿真与CAD实验5.docx

1、控制系统仿真与CAD实验5控制系统仿真与CAD实验报告班级： 姓名： 学号： 一、实验内容 控制系统的PID控制器设计。PID控制器是将输出与输入的偏差的比例,积分和微分通过线性组合构成控制量,对被控系统实施控制的,因其具有原理简单,使用方便,适应性强等特点,所以在工程设计中应用最为广泛.二、实验过程 1、PID控制规律 PID控制器中比例,积分和微分对系统性能的影响 g1=tf(1,0.017 1);g2=tf(13.3,1 0);g12=feedback(g1*g2,1) g3=tf(44,0.0017 1),g4=5.2,g=g12*g3*g4;kp=1:1:5for i=1:lengt

2、h(kp)gc=feedback(kp(i)*g,0.01178)step(gc),hold onendaxis(0,0.2,0,130);gtext(kp=1),gtext(kp=2)gtext(kp=3),gtext(kp=4),gtext(kp=5) Transfer function: 13.3-0.017 s2 + s + 13.3 Transfer function: 44-0.0017 s + 1 g4 = 5.2000kp = 1 2 3 4 5 Transfer function: 3043-2.89e-005 s3 + 0.0187 s2 + 1.023 s + 49.15

3、 Transfer function: 6086-2.89e-005 s3 + 0.0187 s2 + 1.023 s + 84.99 Transfer function: 9129-2.89e-005 s3 + 0.0187 s2 + 1.023 s + 120.8 Transfer function: 1.217e004-2.89e-005 s3 + 0.0187 s2 + 1.023 s + 156.7 Transfer function: 1.522e004-2.89e-005 s3 + 0.0187 s2 + 1.023 s + 192.5 g1=tf(1,0.017 1);g2=t

4、f(13.3,1 0);g12=feedback(g1*g2,1);g3=tf(44,0.0017 1),g4=5.2,g=g12*g3*g4;kp=1;ti=0.03:0.01:0.07for i=1:length(ti)gc=tf(kp*ti(i) 1,ti(i) 0),gb=feedback(gc*g,0.01178),step(gb),hold onendaxis(0,0.2,0,130);gtext(ti=0.03),gtext(ti=0.04),gtext(ti=0.05),gtext(ti=0.06),gtext(ti=0.07) Transfer function: 44-0.

5、0017 s + 1 g4 = 5.2000ti = 0.0300 0.0400 0.0500 0.0600 0.0700 Transfer function:0.03 s + 1- 0.03 s Transfer function: 91.29 s + 3043-8.67e-007 s4 + 0.000561 s3 + 0.03068 s2 + 1.474 s + 35.85 Transfer function:0.04 s + 1- 0.04 s Transfer function: 121.7 s + 3043-1.156e-006 s4 + 0.000748 s3 + 0.0409 s

6、2 + 1.966 s + 35.85 Transfer function:0.05 s + 1- 0.05 s Transfer function: 152.2 s + 3043-1.445e-006 s4 + 0.000935 s3 + 0.05113 s2 + 2.457 s + 35.85 Transfer function:0.06 s + 1- 0.06 s Transfer function: 182.6 s + 3043-1.734e-006 s4 + 0.001122 s3 + 0.06136 s2 + 2.949 s + 35.85 Transfer function:0.

7、07 s + 1- 0.07 s Transfer function: 213 s + 3043-2.023e-006 s4 + 0.001309 s3 + 0.07158 s2 + 3.44 s + 35.85 g1=tf(1,0.017 1);g2=tf(13.3,1 0);g12=feedback(g1*g2,1);g3=tf(44,0.0017 1),g4=5.2,g=g12*g3*g4;kp=0.01;ti=0.01;td=12:36:84,for i=1:length(td)gc=tf(kp*ti*td(i) ti 1,ti 0),gb=feedback(gc*g,0.01178)

8、,step(gb),hold onend Transfer function: 44-0.0017 s + 1 g4 = 5.2000td = 12 48 84 Transfer function:0.0012 s2 + 0.0001 s + 0.01- 0.01 s Transfer function: 3.652 s2 + 0.3043 s + 30.43-2.89e-007 s4 + 0.000187 s3 + 0.05324 s2 + 0.1366 s + 0.3585 Transfer function:0.0048 s2 + 0.0001 s + 0.01- 0.01 s Tran

9、sfer function: 14.61 s2 + 0.3043 s + 30.43-2.89e-007 s4 + 0.000187 s3 + 0.1823 s2 + 0.1366 s + 0.3585 Transfer function:0.0084 s2 + 0.0001 s + 0.01- 0.01 s Transfer function: 25.56 s2 + 0.3043 s + 30.43-2.89e-007 s4 + 0.000187 s3 + 0.3113 s2 + 0.1366 s + 0.35852.PID控制器设计方法PID控制器参数设计的方法有理论设计法和工程设计法。n

10、0=180;d0=conv(conv(1 0,0.2 1),0.5 1);g0=tf(n0,d0);g1=feedback(g0,1);step(g1) n0=180;d0=conv(conv(1 0,0.2 1),0.5 1);g0=tf(n0,d0),rlocus(g0) Transfer function: 180-0.1 s3 + 0.7 s2 + s n0=180;d0=conv(conv(1 0,0.2 1),0.5 1);g0=tf(n0,d0) Transfer function: 180-0.1 s3 + 0.7 s2 + s gc=tf(0.006 0.024 0.024,

11、1 0),g=feedback(g0*gc,1) Transfer function:0.006 s2 + 0.024 s + 0.024- s Transfer function: 1.08 s2 + 4.32 s + 4.32-0.1 s4 + 0.7 s3 + 2.08 s2 + 4.32 s + 4.32 step(g) g1=tf(180,360 1);np,dp=pade(180,2) np = 1.0000 -0.0333 0.0004dp = 1.0000 0.0333 0.0004 gp=tf(np,dp);g0=feedback(g1*gp,1),step(g0) Transfer function: 180 s2 - 6 s + 0.06667-360 s3 + 193 s2 - 5.833 s + 0.06704 三、实验总结 在这次实验中，我们通过MATLAB软件，输入命令以实现控制系统瞬态性能的时域、频域和根轨迹分析，并介绍利用该软件命令实现线性定常系统稳定性的分析。对PID控制的矫正分析，系统性能得到大幅度的提高。在自动控制分析中利用比例积分微分等系统矫正的方法，结合Matlab软件的强大功能使得问题变得简单化，加快计算速度，节省很大的时间，具有优越性，在以后的问题中也要学会利用Matlab软件处理各种类似的问题。