《P和PI控制參數(shù)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)

精品文檔目錄摘 要11 P和PI控制原理21.1 比例（P）控制21.2 比例-微分控制32 P和PI控制參數(shù)設(shè)計(jì)42.1 原系統(tǒng)分析42.1.1 初始條件42.1.2 原系統(tǒng)穩(wěn)定性分析42.2 P控制參數(shù)設(shè)計(jì)52.2.1 加入P控制器后系統(tǒng)穩(wěn)定性分析52.2.2 加入P控制器后系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算72.3 PI控制參數(shù)設(shè)計(jì)142.3.1 加入PI控制器后系統(tǒng)穩(wěn)定性分析142.3.2 加入PI控制器后系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算163 P和PI控制特點(diǎn)的比較233.1 比例（P）控制器：233.2 比例-積分（PI）控制器：244 心得體會(huì)245 參考文獻(xiàn)26附錄一27附錄二29摘 要在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，被控對象的輸出量即被控量是要求嚴(yán)格加以控制的物理量，它可以要求保持為某一恒定值，例如溫度，壓力或飛行航跡等；而控制裝置則是對被控對象施加控制作用的機(jī)構(gòu)的總體，它可以采用不同的原理和方式對被控對象進(jìn)行控制，但最基本的一種是基于反饋控制原理的反饋控制系統(tǒng)。 對于比例（P）控制，在串聯(lián)校正中，加大比例系數(shù)可以提高系統(tǒng)的開環(huán)增益，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，從而提高系統(tǒng)的控制精度，但也會(huì)降低系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。比例積分（PI）控制器相當(dāng)于在系統(tǒng)中加入了一個(gè)位于原點(diǎn)的開環(huán)極點(diǎn)，從而提高了系統(tǒng)型別，改善了其穩(wěn)態(tài)性能。同時(shí)也增加了一個(gè)位于S平面左半平面的開環(huán)零點(diǎn)，減小了阻尼程度，緩和了系統(tǒng)極點(diǎn)對于系統(tǒng)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)過程產(chǎn)生不利影響。根據(jù)系統(tǒng)的需要和調(diào)節(jié)要求，可以選擇多種方式的校正系統(tǒng)，各種系統(tǒng)的性能會(huì)有所差異，選取最優(yōu)的組合最大化滿足校正要求，從而使之達(dá)到最好的校正效果。關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制系統(tǒng)，比例（P）控制，比例積分（PI）控制1 P和PI控制原理1.1 比例（P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。單獨(dú)的比例控制也稱“有差控制”，輸出的變化與輸入控制器的偏差成比例關(guān)系，偏差越大輸出越大。實(shí)際應(yīng)用中，比例度的大小應(yīng)視具體情況而定，比例度太大，控制作用太弱，不利于系統(tǒng)克服擾動(dòng)，余差太大，控制質(zhì)量差，也沒有什么控制作用；比例度太小，控制作用太強(qiáng)，容易導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，引發(fā)振蕩。對于反應(yīng)靈敏、放大能力強(qiáng)的被控對象，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)使比例度稍小些；而對于反應(yīng)遲鈍，放大能力又較弱的被控對象，比例度可選大一些，以提高整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度，也可以相應(yīng)減小余差。比例（P）控制主要組成部分是比例環(huán)節(jié)，其中比例環(huán)節(jié)的方塊圖如圖1所示：圖1 比例環(huán)節(jié)方塊圖其傳遞函數(shù)為：單純的比例控制適用于擾動(dòng)不大，滯后較小，負(fù)荷變化小，要求不高，允許有一定余差存在的場合。工業(yè)生產(chǎn)中比例控制規(guī)律使用較為普遍。比例環(huán)節(jié)主要由運(yùn)算放大器、純電阻、滑動(dòng)變阻器等組成，其控制器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有可調(diào)增益的放大器。在信號變換過程中，P控制器值改變信號的增益而不影響其相位。在串聯(lián)校正中，加大了控制器增益，可以提高系統(tǒng)的開環(huán)增益，減小的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，從而提高系統(tǒng)的控制精度。1.2 比例-微分控制比例控制規(guī)律是基本控制規(guī)律中最基本的、應(yīng)用最普遍的一種，其最大優(yōu)點(diǎn)就是控制及時(shí)、迅速。只要有偏差產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用。但是，不能最終消除余差的缺點(diǎn)限制了它的單獨(dú)使用?？朔嗖畹霓k法是在比例控制的基礎(chǔ)上加上積分控制作用。比例積分（PI）控制主要組成部分是比例積分環(huán)節(jié)，其中比例積分環(huán)節(jié)的方塊圖如圖2所示圖2 比例積分環(huán)節(jié)方塊圖其傳遞函數(shù)為： 積分控制器的輸出與輸入偏差對時(shí)間的積分成正比。這里的“積分”指的是“積累”的意思。積分控制器的輸出不僅與輸入偏差的大小有關(guān)，而且還與偏差存在的時(shí)間有關(guān)。只要偏差存在，輸出就會(huì)不斷累積（輸出值越來越大或越來越?。恢钡狡顬榱?，累積才會(huì)停止。所以，積分控制可以消除余差。積分控制規(guī)律又稱無差控制規(guī)律。在串聯(lián)校正時(shí)，PI控制器相當(dāng)于在系統(tǒng)中增加了一個(gè)位于原點(diǎn)的開環(huán)極點(diǎn)，同時(shí)也增加了一個(gè)位于s左半平面的開環(huán)零點(diǎn)。位于原點(diǎn)的極點(diǎn)可以提高系統(tǒng)的型別，以消除或減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；而增加的負(fù)實(shí)零點(diǎn)則用來減小系統(tǒng)的阻尼程度，緩和PI控制器極點(diǎn)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)性能產(chǎn)生的不利影響。只要積分時(shí)間常數(shù)足夠大，PI控制器對系統(tǒng)穩(wěn)定性的不利影響可大為減弱，在控制工程中，PI控制器主要用來改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。2 P和PI控制參數(shù)設(shè)計(jì)2.1 原系統(tǒng)分析2.1.1 初始條件反饋系統(tǒng)方框圖如圖3所示。（比例P控制律），（比例積分PI控制律），RYe+-圖32.1.2 原系統(tǒng)穩(wěn)定性分析由題目給出的初始條件知，當(dāng)，未加入D(s）校正環(huán)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為： 由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可知系統(tǒng)為單位負(fù)反饋系統(tǒng)所以閉環(huán)傳遞函數(shù)為：則系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為：按勞斯判據(jù)可列出勞斯表如表1：表1 初始系統(tǒng)的勞斯表1-55110由于勞斯表第一列符號不相同，一行的系數(shù)為負(fù)，故所以系統(tǒng)不穩(wěn)定，需要校正。2.2 P控制參數(shù)設(shè)計(jì)2.2.1 加入P控制器后系統(tǒng)穩(wěn)定性分析當(dāng),時(shí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。圖4 加入P控制器的系統(tǒng)法結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 則其閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為： 按勞斯判據(jù)可列出勞斯表如表2：表2 加入P控制器后系統(tǒng)的勞斯表1K-65KK0 要使系統(tǒng)穩(wěn)定則必須滿足勞斯表第一列全為正，即： 解得，系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，K的取值范圍為。當(dāng)輸入信號為單位階躍信號時(shí)， 系統(tǒng)的誤差系數(shù)為：系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為：2.2.2 加入P控制器后系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算 由上述可知，系統(tǒng)穩(wěn)定的條件為k7.5。分別對k分別取7.5、10、30來討論分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。2.2.2.1 不同K值下的系統(tǒng)閉環(huán)特征根1） K=7.5時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：通過MATLAB的roots命令求取系統(tǒng)閉環(huán)特征根，其程序如下：den=1,5,1.5,7.5; %描述當(dāng)K=7.5時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)roots(den); %求系統(tǒng)特征根其運(yùn)行結(jié)果如下：ans =-5.00000.0000 + 1.2247i0.0000 - 1.2247i系統(tǒng)閉環(huán)的特征根為：。從是一對共軛純虛根，系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。2） K=10時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：通過MATLAB的roots命令求取系統(tǒng)閉環(huán)特征根，其程序如下：den=1,5,4,10; %描述當(dāng)K=10時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)roots(den); %求系統(tǒng)特征根其運(yùn)行結(jié)果如下：ans =-4.6030-0.1985 + 1.4605i-0.1985 - 1.4605i當(dāng)K=10時(shí)，。3） K=30時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 通過MATLAB的roots命令求取系統(tǒng)閉環(huán)特征根，其程序如下：den=1,5,14,30; %描述當(dāng)K=30時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)roots(den); %求系統(tǒng)特征根其運(yùn)行結(jié)果如下：ans =-1.6194-1.6903 + 3.9583i-1.6903 - 3.9583i當(dāng)K=30時(shí)，。 2.2.2.2 不同K值下的單位階躍響應(yīng)曲線1) K=7.5時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：用MATLAB求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，繪制出K=7.5時(shí)的單位階躍響應(yīng)曲線圖，其程序如下：num1=7.5,7.5; %描述當(dāng)K=7.5時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den1=1,5,1.5,7.5; %描述當(dāng)K=7.5時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)t1=0:0.1:15; %選定仿真時(shí)間向量，并設(shè)計(jì)步長y1=step(num1,den1,t1);%求當(dāng)K=7.5時(shí)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)2） K=10時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：用MATLAB求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，繪制出K=10時(shí)的單位階躍響應(yīng)曲線圖，其程序如下：num2=10,10; %描述當(dāng)K=10時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den2=1,5,4,10; %描述當(dāng)K=10時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)y2=step(num2,den2,t1); %求當(dāng)K=10時(shí)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)3） K=30時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 用MATLAB求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，繪制出K=30時(shí)的單位階躍響應(yīng)曲線圖，其程序如下：num3=30,30; %描述當(dāng)K=30時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den3=1,5,24,30; %描述當(dāng)K=30時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)y3=step(num3,den3,t1); %求當(dāng)K=30時(shí)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)4）單位階躍響應(yīng)曲線plot(t1,y1,:r,t1,y2,g.,t1,y3,b),xlabel(t),ylabel(c(t),title(不同K值時(shí)單位階躍響應(yīng)),grid;%以x為橫坐標(biāo)，分別以y為縱坐標(biāo)，畫出y1、y2、y3多重折線，如圖5所示：圖5 單位階躍響應(yīng)曲線2.2.2.3不同k值下的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)1）K=7.5時(shí)利用ltiview命令觀察和讀出系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)時(shí)的暫態(tài)性能指標(biāo)，程序如下：MATLAB程序如下：num=7.5,7.5; %描述當(dāng)K=7.5時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den=1,5,1.5,7.5; %描述當(dāng)K=7.5時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)step(num1,den1); %求當(dāng)K=7.5時(shí)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)sys3=tf(num1,den1); %生成當(dāng)K=7.5時(shí)的傳遞函數(shù)ltiview(sys1); %對sys1進(jìn)行仿真grid on;圖6 K=7.5時(shí)的單位階躍響應(yīng)從圖6可以看出，當(dāng)K=7.5時(shí)，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為等幅振蕩，處于無阻尼狀態(tài)。2) K=10時(shí)利用ltiview命令觀察和讀出系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)時(shí)的暫態(tài)性能指標(biāo)，程序如下：MATLAB程序如下：num2=10,10; %描述當(dāng)K=10時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den2=1,5,4,10; %描述當(dāng)K=10時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)step(num2,den2); %求當(dāng)K=10時(shí)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)sys2=tf(num2,den2); %生成當(dāng)K=10時(shí)的傳遞函數(shù)ltiview(sys2); %對sys2進(jìn)行仿真grid on;圖7 K=10時(shí)的單位階躍響應(yīng)當(dāng)光標(biāo)移到對應(yīng)點(diǎn)后，在如圖7浮出的文本框中可讀出數(shù)據(jù)，列出如下：上升時(shí)間：峰值時(shí)間：超調(diào)量：調(diào)節(jié)時(shí)間：（）3) K=30時(shí)利用ltiview命令觀察和讀出系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)時(shí)的暫態(tài)性能指標(biāo)，程序如下：MATLAB程序如下：num3=30,30; %描述當(dāng)K=30時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den3=1,5,24,30; %描述當(dāng)K=30時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)step(num3,den3); %求當(dāng)K=30時(shí)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)sys3=tf(num3,den3); %生成當(dāng)K=30時(shí)的傳遞函數(shù)ltiview(sys3); %對sys3進(jìn)行仿真grid on;圖8 K=30時(shí)的單位階躍響應(yīng)當(dāng)光標(biāo)移到對應(yīng)點(diǎn)后，在浮出的文本框中可讀出數(shù)據(jù)，列出如下：上升時(shí)間：峰值時(shí)間：超調(diào)量：調(diào)節(jié)時(shí)間：（）從以上數(shù)值，我們可以看出，在K7.5時(shí)，適當(dāng)增大K的值，上升時(shí)間、超調(diào)時(shí)間、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間都減少了，就是說改善了系統(tǒng)的暫態(tài)性能，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度；同時(shí)增大控制器K的值，也是提高了系統(tǒng)的開環(huán)增益，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，從而提高系統(tǒng)的控制精度。2.3 PI控制參數(shù)設(shè)計(jì)2.3.1 加入PI控制器后系統(tǒng)穩(wěn)定性分析當(dāng)D(s)=D2(s),G(s)=G2(s)時(shí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖9所示。圖9 加入PI控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：則其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為：，可以列出勞斯表，如表3：表3 加入PI控制器后系統(tǒng)的勞斯陣1K+230勞斯判據(jù)中要滿足系統(tǒng)穩(wěn)定則勞斯表第一列必需滿足符號相同。即： 所以系統(tǒng)穩(wěn)定的條件為：穩(wěn)定時(shí)的允許區(qū)域如圖10：圖10 和允許范圍圖 當(dāng)輸入信號為單位階躍信號時(shí) 系統(tǒng)的誤差系數(shù)為： 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為：2.3.2 加入PI控制器后系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算 由上述可知，系統(tǒng)穩(wěn)定的條件為。分別取；的情況下求取系統(tǒng)的閉特征根。2.3.2.1 不同K和值下的系統(tǒng)閉環(huán)特征根1） 時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：通過MATLAB的roots命令求取系統(tǒng)閉環(huán)特征根，其程序如下：den=1,3,2,5; %描述系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)roots(den); %求系統(tǒng)特征根其運(yùn)行結(jié)果如下：ans =-2.9042 -0.0479 + 1.3112i-0.0479 - 1.3112i當(dāng)時(shí)：。2） 時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：通過MATLAB的roots命令求取系統(tǒng)閉環(huán)特征根，其程序如下：den=1,3,12,5; %描述系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)roots(den); %求系統(tǒng)特征根其運(yùn)行結(jié)果如下：ans =-0.4618 -1.2691 + 3.0360i-1.2691 - 3.0360i 當(dāng)時(shí)：。3） 時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：通過MATLAB的roots命令求取系統(tǒng)閉環(huán)特征根，其程序如下：den=1,3,7,5; %描述系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)roots(den); %求系統(tǒng)特征根其運(yùn)行結(jié)果如下：ans =-1.0000 -1.0000+2.0000i-1.0000-2.0000i當(dāng)時(shí)：。2.3.2.2 不同K值下的單位階躍響應(yīng)曲線1)時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：用MATLAB求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，繪制出時(shí)的單位階躍響應(yīng)曲線圖，其程序如下：num1=5; %描述系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den1=1,3,2,5; %描述系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)t1=0:0.1:10; %選定仿真時(shí)間向量，并設(shè)計(jì)步長y1=step(num1,den1,t1); %求系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)2)時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：用MATLAB求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，繪制出時(shí)的單位階躍響應(yīng)曲線圖，其程序如下：num2=10,5; %描述的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den2=1,3,12,5; %描述系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)y2=step(num2,den2,t1); %求系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)3)時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 用MATLAB求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，繪制出時(shí)的單位階躍響應(yīng)曲線圖，其程序如下：num3=5,5; %描述系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den3=1,3,7,5; %描述系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)y3=step(num3,den3,t1); %求系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)4）單位階躍響應(yīng)曲線plot(t1,y1,:r,t1,y2,g.,t1,y3,b),xlabel(t),ylabel(c(t),title(不同K、Ki值時(shí)單位階躍響應(yīng)),grid; %以x為橫坐標(biāo)，分別以y為縱坐標(biāo)，畫出y1、y2、y3多重折線。其結(jié)果如圖11所示：圖11 單位階躍響應(yīng)曲線2.3.2.3不同k值下的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)1)時(shí)利用ltiview命令觀察和讀出系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)時(shí)的暫態(tài)性能指標(biāo)，程序如下：MATLAB程序如下：num1=5; %描述當(dāng)K=0,Ki=5時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den1=1,3,2,5; %描述當(dāng)K=0,Ki=5時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)step(num1,den1); %求當(dāng)K=0,Ki=5時(shí)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)sys1=tf(num1,den1); %生成當(dāng)K=0,Ki=5時(shí)的傳遞函數(shù)ltiview(sys1); %對sys1進(jìn)行仿真grid on;圖12 K=0，Ki=5時(shí)的單位階躍響應(yīng)當(dāng)光標(biāo)移到對應(yīng)點(diǎn)后，在浮出的文本框中可讀出數(shù)據(jù)，列出如下：上升時(shí)間：峰值時(shí)間：超調(diào)量：調(diào)節(jié)時(shí)間：（） 2)時(shí)利用ltiview命令觀察和讀出系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)時(shí)的暫態(tài)性能指標(biāo)，程序如下：MATLAB程序如下：num2=10,5; %描述當(dāng)K=10,Ki=20時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den2=1,3,12,5; %描述當(dāng)K=10,Ki=20時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)step(num2,den2); %求當(dāng)K=10,Ki=20時(shí)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)sys2=tf(num2,den2); %生成當(dāng)K=10,Ki=20時(shí)的傳遞函數(shù)ltiview(sys2); %對sys2進(jìn)行仿真grid on;圖13 K=10，Ki=5時(shí)的單位階躍響應(yīng)當(dāng)光標(biāo)移到對應(yīng)點(diǎn)后，在浮出的文本框中可讀出數(shù)據(jù)，列出如下：上升時(shí)間：峰值時(shí)間：超調(diào)量：調(diào)節(jié)時(shí)間：（）3）時(shí)利用ltiview命令觀察和讀出系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)時(shí)的暫態(tài)性能指標(biāo)，程序如下：MATLAB程序如下：num3=5,5; %描述當(dāng)K=10,Ki=1時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den3=1,3,7,5; %描述當(dāng)K=10,Ki=1時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)step(num3,den3); %求當(dāng)K=10,Ki=1時(shí)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)sys3=tf(num3,den3); %生成當(dāng)K=10,Ki=1時(shí)的傳遞函數(shù)ltiview(sys3); %對sys3進(jìn)行仿真grid on;圖14 K=5，Ki=5時(shí)的單位階躍響應(yīng)當(dāng)光標(biāo)移到對應(yīng)點(diǎn)后，在浮出的文本框中可讀出數(shù)據(jù)，列出如下：上升時(shí)間：峰值時(shí)間：超調(diào)量：調(diào)節(jié)時(shí)間：（）2.3.2.4 不同k值下的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)取，通過MATLAB繪制波特圖，程序如下：num=10,5; %描述當(dāng)K=10,Ki=5時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den=1,3,12,5; %描述當(dāng)K=10,Ki=5時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)margin(num,den); %生成當(dāng)K=10,Ki=5時(shí)的系統(tǒng)的伯德圖grid on; %生成網(wǎng)格圖15 K=10，Ki=5時(shí)系統(tǒng)的伯德圖從圖15，我們可以看到系統(tǒng)的相位裕度為：由上圖，我們可以看出隨著的絕對值接近零，系統(tǒng)的超調(diào)量在減少，提高了系統(tǒng)的反應(yīng)速度，增加的零點(diǎn)越靠近虛軸其作用越明顯。進(jìn)入積分調(diào)節(jié)，由于增加了一個(gè)位于原點(diǎn)的極點(diǎn)，會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)變慢，但只要積分常數(shù)足夠大，即足夠小，新增的零點(diǎn)的值就會(huì)更加接近零，PI控制器對系統(tǒng)穩(wěn)定性、暫態(tài)性的影響也會(huì)減緩。3 P和PI控制特點(diǎn)的比較3.1 比例（P）控制器：比例（P）控制器改變信號的增益而不影響其相位。在串比例環(huán)節(jié)后中，加大了控制器增益K，可以提高系統(tǒng)的開環(huán)增益，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，從而提高系統(tǒng)的控制精度。適當(dāng)增大K的值，上升時(shí)間、超調(diào)時(shí)間、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間都減少了，就是說改善了系統(tǒng)的暫態(tài)性能，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。3.2 比例-積分（PI）控制器：在串聯(lián)比例積分(PI)環(huán)節(jié)后，相當(dāng)于在系統(tǒng)中增加了一個(gè)位于原點(diǎn)的開環(huán)極點(diǎn)，這可以提高系統(tǒng)的型別，以消除或減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；但是進(jìn)入積分調(diào)節(jié)，由于位于原點(diǎn)的極點(diǎn)的存在，會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)變慢，這時(shí)PI控制器增加的位于S左邊平面的一個(gè)開環(huán)零點(diǎn)就會(huì)發(fā)揮作用，它會(huì)減少系統(tǒng)阻尼程度，緩和新增極點(diǎn)對系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能的影響，只要積分常數(shù)足夠大，即足夠小，新增的零點(diǎn)的值就會(huì)更加接近零，PI控制器對系統(tǒng)穩(wěn)定性、暫態(tài)性的影響也會(huì)減緩。4 心得體會(huì)為了實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)，首先要將被控制對象和控制裝置按照一定的方式連接起來，組成一個(gè)有機(jī)的總體，這就是自動(dòng)控制系統(tǒng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，被控對象的輸出量即被控量是要求嚴(yán)格加以控制的物理量，它可以要求保持為某一恒定值，例如溫度，壓力或飛行航跡等；而控制裝置則是對被控對象施加控制作用的機(jī)構(gòu)的總體，它可以采用不同的原理和方式對被控對象進(jìn)行控制，但最基本的一種是基于反饋控制原理的反饋控制系統(tǒng)。通過學(xué)習(xí)自動(dòng)控制原理這門課程，我了解到了自動(dòng)控制理論在在當(dāng)今社會(huì)中各方各面的廣泛應(yīng)用，自動(dòng)化控制技術(shù)無處不在，它的出現(xiàn)提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善了勞動(dòng)環(huán)境，改善了人們的生活水平。所以說，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通航天等眾多產(chǎn)業(yè)部門自動(dòng)化控制技術(shù)都有著極其重要的作用。通過這次課設(shè)，我了解了理論與實(shí)際結(jié)合的重要性。用過利用Matlab進(jìn)行仿真讓我比例環(huán)節(jié)和比例積分環(huán)節(jié)對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能的影響有了更加深刻的認(rèn)識，還有隨著K值的變化，系統(tǒng)的各種性能指標(biāo)的變化情況等問題。同時(shí)我也學(xué)習(xí)到了一部分Matlab的知識，認(rèn)識到這個(gè)軟件功能的強(qiáng)大與完善。操作的過程中學(xué)會(huì)了許多MATLAB的命令和尋找系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的操作等。利用公式與圖形的結(jié)合可以加深我們對公式定理的認(rèn)識，更加靈活地運(yùn)用于實(shí)際，同時(shí)，在枯燥干澀的文字中插入具有說服力的圖片也可以更生動(dòng)直觀地反映出問題的本質(zhì)。在自動(dòng)控制原理的實(shí)際應(yīng)用中，有很多的知識是我們很難從書中單一的理論中學(xué)習(xí)到的，這些知識只有通過我們的實(shí)際操作動(dòng)手才能累積熟練的，很多的專業(yè)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)是在一次次的嘗試和摸索中潛移默化地轉(zhuǎn)化成我們自己的東西的。當(dāng)然，我們還要學(xué)會(huì)培養(yǎng)自己的創(chuàng)新精神和探索思維，敢于在現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上打破傳統(tǒng)思維的束縛，挖掘更深更新的知識。 通過這次課程設(shè)計(jì)，我還明白了查閱資料的重要性，我們現(xiàn)在生活中有很多獲取信息的渠道，如何快速準(zhǔn)確地篩選出有用的信息和剔除沒用的信息是我們要掌握的。在這次自動(dòng)控制原理的課程設(shè)計(jì)中，我收獲了很多東西，這對我以后的生活和學(xué)習(xí)都會(huì)有很多的幫助。5 參考文獻(xiàn)1 胡壽松. 自動(dòng)控制原理(第五版) M. 北京：科學(xué)出版社，20072 王萬良. 自動(dòng)控制原理(第一版) M. 北京：高等教育出版社，20083 新民著.自動(dòng)控制原理與系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，2003.44 葛哲學(xué).精通MATLAB.電子工業(yè)出版社,20085 Robert H.Bishop.Modern Contorl Systems Analysis and Design-Using MATLAB and SimulationM.影印版. 北京：清華大學(xué)出版社，2008附錄一加入P控制器后系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算1、不同K值下的單位階躍響應(yīng)曲線num1=7.5,7.5; %描述當(dāng)K=7.5時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den1=1,5,1.5,7.5; %描述當(dāng)K=7.5時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)t1=0:0.1:15; %選定仿真時(shí)間向量，并設(shè)計(jì)步長y1=step(num1,den1,t1); %求當(dāng)K=7.5時(shí)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)num2=10,10; %描述當(dāng)K=10時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den2=1,5,4,10; %描述當(dāng)K=10時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)y2=step(num2,den2,t1); %求當(dāng)K=10時(shí)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)num3=30,30; %描述當(dāng)K=30時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den3=1,5,24,30; %描述當(dāng)K=30時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)y3=step(num3,den3,t1); %求當(dāng)K=30時(shí)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)plot(t1,y1,:r,t1,y2,g.,t1,y3,b),xlabel(t),ylabel(c(t),title(不同K值時(shí)單位階躍響應(yīng)),grid; %以x為橫坐標(biāo)，分別以y為縱坐標(biāo)，畫出y1、y2、y3多重折線2、不同k值下的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)num=7.5,7.5; %描述當(dāng)K=7.5時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den=1,5,1.5,7.5; %描述當(dāng)K=7.5時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)step(num1,den1); %求當(dāng)K=7.5時(shí)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)sys3=tf(num1,den1); %生成當(dāng)K=7.5時(shí)的傳遞函數(shù)ltiview(sys1); %對sys1進(jìn)行仿真num2=10,10; %描述當(dāng)K=10時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den2=1,5,4,10; %描述當(dāng)K=10時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)step(num2,den2); %求當(dāng)K=10時(shí)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)sys2=tf(num2,den2); %生成當(dāng)K=10時(shí)的傳遞函數(shù)ltiview(sys2); %對sys2進(jìn)行仿真num3=30,30; %描述當(dāng)K=30時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分子的多項(xiàng)式系數(shù)den3=1,5,24,30; %描述當(dāng)K=30時(shí)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中分母的多項(xiàng)式系數(shù)step(num3,den3); %求當(dāng)K=30時(shí)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)sys3=tf