控制系统仿真样本.docx

1、控制系统仿真样本控制系统仿真(实验/学习总结)报告题目: 经典控制系统分析院 系: 电子信息与控制工程系 专 业: 测控技术与仪器专业 授课教师: 陈政强 石玉秋 本 科 生: 李俊良 班 级: 测 控 082 学 号: 00304079 完成时间: .01.16 实验二 经典控制系统分析实验内容( 带*号的可不做) 1教材P82页, 4.8( 任选一个小题) 和4.11, 已知单位负反馈的开环传递函数为下面的表示式, 绘制当K从0到无穷大时的闭环系统的根轨迹图: ( 1) : 程序: num=1,2,2;den=1,0;g=tf(num,den);rlocus(g)图形: 4.11: 已知闭

2、环系统的传递函数为: 试求系统的超调量和过渡过程时间。程序: num=conv(1301,1 4.9);den=conv(conv(1 5 25,1 5.1),1 50);G=tf(num,den)C=dcgain(G) %计算系统的终值y,t=step(G);Y,k=max(y);percentovershoot=100*(Y-C)/C %计算超调量i=length(t);while(y(i)0.98*C&y(i)1.02*C) i=i-1;endsettlingtime=t(i) %计算调节时间运行结果: Transfer function: 1301 s + 6375-s4 + 60.1

3、 s3 + 555.5 s2 + 2653 s + 6375C = 1.0000percentovershoot = 16.9668settlingtime =1.6344所得波形如下: 3已知某控制系统的开环传递函数试绘制系统的开环频率特性曲线, 并求出系统的幅值与相位裕量。程序: num=1.5;den=conv(conv(1 0,1 1),1 2);G=tf(num,den);bode(G)gridGm,Pm,Wcg,Wcp=margin(G) %Gm,Pm,Wcg,Wcp分别为幅值稳定裕度, 相角稳定裕度, 相角穿越频率, 幅值穿越频率运行结果: Gm = 4.0000Pm = 41.

4、5340Wcg = 1.4142Wcp =0.6118 5、 对下面传递函数给出的对象模型绘制根轨迹曲线, 并得出在单位反馈下使得闭环系统稳定的K值范围。对在单位反馈下使闭环系统稳定的K值允许范围内的K值绘制阶跃响应, 分析不同K值对系统响应有何影响, 并给出必要的解释。程序与运行结果: den=conv(0.5 1,conv(0.2 1,0.1 1);num=-0.5 1;g=tf(num,den);rlocus(g)在命令窗口输入: k,pples=rlocfind(g), 再将图形局部放大。如上图右图: 再放大图上选中与虚轴相交处的点, 然后命令窗口上即出现如下的运行结果: select

5、ed_point = -0.0000 + 3.6978ik = 1.3260pples = -16.9991 -0.0004 + 3.6991i -0.0004 - 3.6991i 由此可知, 使系统稳定的K值范围是: 0K num=2;den=1,2,2;G=tf(num,den); grid on;step(G);a=wn,z,pk=dcgain(G) 上升时间: =1.55s,峰值时间=3.15,调节时间=4.22s,超调量=4%频率响应: 程序, num=1;den=1,2,2;g=tf(num,den);bode(g,0.001,100);grid;结果: 根轨迹: 程序, num=

6、2;den=1,2,2;g=tf(num,den);rlocus(g)结果: 系统B: 程序。num=1;den=2,3,3,1;G=tf(num,den); grid on;step(G);wn,z,p=damp(G);a=wn,z,p; k=dcgain(G)上升时间: =2.3s,峰值时间=3.46,调节时间=9.14s,超调量=2%频率响应波形为: 根轨迹图为: 实验三 PID控制器的设计实验目的研究PID控制器对系统的影响; 实验原理1模拟PID控制器典型的PID控制结构如图2所示。比 例积 分微 分对象模型PID控制器r(t)y(t)u(t)e(t) 图2 典型PID控制结构PID

7、调节器的数学描述为2 数字PID控制器在计算机PID控制中, 连续PID控制算法不能直接使用, 需要采用离散化方法, 一般使用数字PID控制器。以一系列采样时刻点kT( T为采样周期) 代表连续时间t, 以矩形法数值积分近似代替积分, 以一阶后向差分近似代替微分, 即: 离散PID表示式: 实验内容与步骤1已知三阶对象模型, 利用MATLAB编写程序, 研究闭环系统在不同控制情况下的阶跃响应, 并分析结果。(1) 时, 在不同KP值下, 闭环系统的阶跃响应; (2) 时, 在不同值下, 闭环系统的阶跃响应; (3) 时, 在不同值下, 闭环系统的阶跃响应; ( 1) 程序与运行结果: Td=0

8、.;Ti=1/Td;num=1;den=conv(conv(1 1,1 1),1 1);g=tf(num,den);Kp=0.2,0.6,1,1.2for i=1:4Kp,Ti,Td,s=tf(s);gc=Kp(i)*(1+1/(Ti*s)+Td*s);gcg=feedback(gc*g,1);step(gcg),hold onend( 2) 程序与运行结果: Td=0.;Kp=1;num=1;den=conv(conv(1 1,1 1),1 1);g=tf(num,den);Ti=10 8 3 1;for i=1:4Kp,Ti,Td,s=tf(s);gc=Kp*(1+1/(Ti(i)*s)+

9、Td*s);gcg=feedback(gc*g,1);step(gcg),hold onend( 3) 程序与运行结果: Ti=1;Kp=1;num=1;den=conv(conv(1 1,1 1),1 1);g=tf(num,den);Td=10 8 4 1;for i=1:4Kp,Ti,Td,s=tf(s);gc=Kp*(1+1/(Ti*s)+Td(i)*s);gcg=feedback(gc*g,1);step(gcg),hold onend2以二阶线性传递函数为被控对象, 选择合适的参数进行模拟PID控制, 输入信号, A=1.0, f=0.2Hz。经过Simulik仿真, 其中输入加上

10、输入信号 , 经过示波器参看输出波形。Simulink仿真图和运行结果: 在matlab命令窗口对kp, ki, kd赋值, 直接输入kp=20;ki=10;kd=0.5;启动仿真, 得到结果如下: 实验四 直流双闭环调速系统仿真实验目的掌握Simulink工具分析设计电动机速度控制系统的方法。实验原理1 双闭环V-M调速系统目的; 2 积分调节器的饱和非线性问题; 3 电流环和转速环的工程设计。实验内容1、 建立双闭环调速系统的模型; 系统中采用三相桥式晶闸管整流装置, 基本参数如下: 直流电动机: 220V, 13.6A, 1480r/min, Ce=0.131V/(r.min-1), 允许过载倍数1.5。晶闸管装置: Ks=76电枢回路总电阻: R=6.58时间常数: T1=0.018s, Tm=0.25s反馈系数: =0.00337V/(r.min-1)=0.4V/A反馈滤波时间常数: oi =0.005s, on=0.005s双闭环调速系统的模型2、 利用Simulink建立仿真模型, 并分析系统的动态性能。双闭环直流调速系统动态结构框图