北科大自動(dòng)控制理論課程設(shè)計(jì)

1、題目：天線接收衛(wèi)星信號(hào)的PID研究摘 要 PID控制器是目前工業(yè)過程控制中，應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器之一。本篇文章以大型天線接收衛(wèi)星信號(hào)，跟蹤衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)造數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)PID控制器進(jìn)行控制并進(jìn)行MATLAB仿真。ABSTRACT PID controller is the industrial process control, one of the most widely used industrial controller. This article to the large antenna for receiving satellite signal, tracking satel

2、lite motion system based on structure mathematical model, design of PID controller and MATLAB simulation關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞一：衛(wèi)星信號(hào); 關(guān)鍵詞二：準(zhǔn)確定向; 關(guān)鍵詞三：PID控制器; 關(guān)鍵詞四：matlab仿真; 關(guān)鍵詞五引言：當(dāng)今的自動(dòng)控制技術(shù)都是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測量、比較和執(zhí)行。測量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個(gè)誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其輸入e (t）與輸出u (t）的關(guān)系為：u(t)=k

3、pe(t)+1/TIe(t)dt+TD*de(t)/dt 式中積分的上下限分別是0和t，因此它的傳遞函數(shù)為：G(s)=U(s)/E(s)=kp1+1/(TI*s)+TD*s，其中kp為比例系數(shù)； TI為積分時(shí)間常數(shù)； TD為微分時(shí)間常數(shù)INTRODUCTION：The automatic control technology is based on the notion of feedback. Feedback theory consists of three parts: measurement, comparison and implementation. Measurement of

4、variables of interest, and expected value are compared, with the error correction control system response. PID controller by proportional unit (P ), integral unit ( I ) and differential unit ( D ). The input and output e ( T ) U ( T ) relationship is: u (T) =kpe ( T ) +1/TI e ( T ) dt+TD*de ( T ) /d

5、t type integral limits were 0 and T, so its transfer function : G ( s ) =U ( /E ( s ) s ) =kp1+1/ ( TI*s ) +TD*s, where KP is proportional coefficient; TI integral time constant; TD differential time constant大型天線可以接收衛(wèi)星信號(hào)，為了能跟蹤衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，必須保證天線的準(zhǔn)確定向。天線指向控制系統(tǒng)采用電樞控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)天線，討論P(yáng)ID控制器的設(shè)計(jì)，以達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的更高的品質(zhì)要求。N(s)電機(jī)和

6、天線控制器R(s)+C(s)10Gc(s)+-s(s+5)(s+10)11 原系統(tǒng)模型參數(shù)：沒加PID調(diào)節(jié)器時(shí)的反饋系統(tǒng)：單位階躍曲線：系統(tǒng)很不穩(wěn)定Bode圖：Matlab函數(shù)： g=tf(10,1 15 50 10) Transfer function: 10-s3 + 15 s2 + 50 s + 10 margin(g)幅值裕度：37.4db穿越頻率：7.07rad/sec相角裕度：-180截止頻率：0零極點(diǎn)分布圖：根軌跡：在虛軸右側(cè)有根軌跡圖形，系統(tǒng)不穩(wěn)定，需添加PID調(diào)節(jié)12添加PID調(diào)節(jié)參數(shù)：傳遞函數(shù)Gc(s)=Kp+Kis+Kds= Kp1+1Tis+TdsPID參數(shù)整定：使系統(tǒng)

7、由型系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為型系統(tǒng)增加開環(huán)零點(diǎn)使極點(diǎn)盡量靠近虛軸根據(jù)公式計(jì)算控制器參數(shù)?？刂破黝愋蚄pTiTdP0.5 Kcp0PI0.45 Kcp1/1.2 Tcp0PID0.6 Kcp0.5Tcp0.125TcpGAIN=10Gain=30Gain=60Gain=75調(diào)出了等幅震蕩則取Km=75，整合出PID三個(gè)值結(jié)合原系統(tǒng)參數(shù)整定得PID參數(shù)得：s+10(s+0.01)s則添加PID后的開環(huán)函數(shù)為：10（s+0.01)s2(s+5)閉環(huán)函數(shù)為：10（s+0.01)s2s+5+10（s+0.01)則Kp=10.01 Ki=0.1 Kd=1Simulink仿真界面：. 階躍響應(yīng)：可以看出，系統(tǒng)穩(wěn)定了許多整

8、定后的Bode圖：幅值裕度：無窮大穿越頻率：無窮大相角裕度：167截止頻率：0.439rad/sec整定前后bode圖對(duì)比：（藍(lán)色：整定前。綠色：整定后）Matlab函數(shù)： s=tf(10 0.1,1 5 10 0.1) Transfer function: 10 s + 0.1-s3 + 5 s2 + 10 s + 0.1 margin(s) hold on margin(g) grid on根軌跡圖：可以看出：零極點(diǎn)全到了虛軸的左側(cè)，系統(tǒng)穩(wěn)定21 有改良的PID：（添加一前置濾波器）可以看出：系統(tǒng)更加趨于平緩，甚至無震蕩，超調(diào)量明顯減小，很穩(wěn)定Bode圖：綠色：原系統(tǒng)的bode圖紅色：增加

9、PID調(diào)節(jié)器的bode圖紫色：添加前置濾波器的bode圖幅值裕度：54db穿越頻率：3.16rad/sec相角裕度：-180截止頻率：0參 考 文 獻(xiàn)1 Du Z J, Yang K Z, Gu Y Y, et al. Hydrothermal preparation and microstructure analysis of silver tin oxide contact materials. J Univ Sci Technol Beijing, 2007, 29(10): 1023（杜作娟, 楊開足, 古映瑩, 等. 銀氧化錫觸點(diǎn)材料的水熱制備及組織分析. 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào), 200

10、7, 29(10): 1023）2 Araki H, Saji S, Okabe T, et al. Solidation of mechanically alloyed Al-10.7%Ti powder at low temperature and high pressure of 2 GPa. Mater Trans JIM, 1995, 36 (3): 4653 Wu C J, Chen G L, Qiang W J. Metal Material Science. Beijing: Metallurgical Industry Press, 2000(吳承建，陳國良，強(qiáng)文江. 金屬材

11、料學(xué). 北京：冶金工業(yè)出版社，2000)4 Shen C, Shi X L, Tang S G, et al. The application of dynamic control steelmaking with gas analysis in Masteel / Proceedings of China Iron & Steel Annual Meeting. Beijing, 2005: 165(沈昶，施雄梁，湯曙光，等. 煙氣分析動(dòng)態(tài)控制煉鋼在馬鋼的應(yīng)用/中國鋼鐵年會(huì)論文集. 北京，2005:165)5 Wang L B. A Study on the Bars Cooling Equ

12、ipment and the Cooling Parameters Dissertation. Beijing: University of Science and Technology Beijing, 2009: 2(王令寶. 棒材控冷設(shè)備結(jié)構(gòu)及其參數(shù)研究學(xué)位論文. 北京: 北京科技大學(xué)，2009：2)6 Ni W, Zheng Y C, Guo Z N, et al. A Method of Making High Strength Structural Material with Iron Ore Tailing: China Patent, 200710177294. 2008-05-21（倪文,鄭永超,郭珍妮, 等. 一種利用鐵尾礦制備高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料的方法:中國專利, 200710177294. 2008-05-21）7 Professional Standards Compilation Group of Peoples Republic of China. SL264-2001 Specifications for Rock Tests in Water Conservancy and Hydroelectricengineering. Beijing: China Water P