自動(dòng)控制設(shè)計(jì)自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)Word版

1、傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)本課程設(shè)計(jì)的目的著重于自動(dòng)控制基本原理與設(shè)計(jì)方法的綜合實(shí)際應(yīng)用。主要內(nèi)容包括：古典自動(dòng)控制理論（pid）設(shè)計(jì)、現(xiàn)代控制理論狀態(tài)觀測器的設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制matlab仿真。通過本課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐，掌握自動(dòng)控制理論工程設(shè)計(jì)的基本方法和工具。1 內(nèi)容某生產(chǎn)過程設(shè)備如圖1所示，由液容為c1和c2的兩個(gè)液箱組成，圖中q為穩(wěn)態(tài)液體流量，為液箱a輸入水流量對(duì)穩(wěn)態(tài)值的微小變化，為液箱a到液箱b流量對(duì)穩(wěn)態(tài)值的微小變化，為液箱b輸出水流量對(duì)穩(wěn)態(tài)值的微小變化，為液箱a的液位穩(wěn)態(tài)值，為液箱a液面高度對(duì)其穩(wěn)態(tài)值的微小變化，為液箱b的液位穩(wěn)態(tài)值，為液箱b

2、液面高度對(duì)其穩(wěn)態(tài)值的微小變化，分別為a，b兩液槽的出水管液阻。設(shè)為調(diào)節(jié)閥開度。已知液箱a液位不可直接測量但可觀，液箱b液位可直接測量。圖1 某生產(chǎn)過程示意圖要求1. 建立上述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；2. 對(duì)模型特性進(jìn)行分析，時(shí)域指標(biāo)計(jì)算，繪出bode,乃示圖，階躍反應(yīng)曲線 3. 對(duì)b容器的液位分別設(shè)計(jì)：p，pi，pd，pid控制器進(jìn)行控制；4. 對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行極點(diǎn)配置，將極點(diǎn)配置在1j和1j；（極點(diǎn)可以不一樣）5. 設(shè)計(jì)一觀測器，對(duì)液箱a的液位進(jìn)行觀測（此處可以不帶極點(diǎn)配置）；6. 如果要實(shí)現(xiàn)液位h2的控制，可采用什么方法，怎么更加有效？試之。用matlab對(duì)上述設(shè)計(jì)分別進(jìn)行仿真。（提示：流量q=液位h

3、/液阻r，液箱的液容為液箱的橫斷面積，液阻r=液面差變化/流量變化。）2雙容液位對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的建立及matlab仿真過程一、對(duì)系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模如圖一所示，被控參數(shù)的動(dòng)態(tài)方程可由下面幾個(gè)關(guān)系式導(dǎo)出：液箱a：液箱b：消去中間變量，可得：式中，兩液槽的容量系數(shù)兩液槽的出水端阻力第一個(gè)容積的時(shí)間常數(shù)第二個(gè)容積的時(shí)間常數(shù)_雙容對(duì)象的放大系數(shù)其傳遞函數(shù)為：二對(duì)模型特性進(jìn)行分析，繪出bode,奈氏圖，階躍反應(yīng)曲線當(dāng)輸入為階躍響應(yīng)時(shí)的matlab仿真：令t1=t2=6；k=1單位階躍響應(yīng)的matlab程序：num1=1;den1=36 12 1;g1=tf(num1,den1);figure(1);step(g

4、1);xlabel('時(shí)間(sec)');ylabel('輸出響應(yīng)');title('二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)');step(g1,100);運(yùn)行結(jié)果如下：階躍反應(yīng)曲線：圖1c()=1;c(tp)=1;tp=45.5s;td=10s; ts=45.5s;最大超調(diào)量：(tp)= c(tp)- c()/ c()*100%=0%穩(wěn)態(tài)誤差分析：開環(huán)傳遞函數(shù)，穩(wěn)態(tài)誤差；用matlab繪制的奈氏圖如下圖2所示，其程序如下：nyquist(1,conv(6 1,6 1)圖2在工程實(shí)踐中，一般希望正相角裕度r為4560,增益裕度kdb,即k。當(dāng)系統(tǒng)為單位負(fù)反饋時(shí)的o

5、de圖：用matlab繪制的奈氏圖如下圖3所示，其程序如下： sys=tf(1,conv(6 1,6 1);margin(sys);figure圖3三：對(duì)b容器的液位分別設(shè)計(jì)：p，pi，pd，pid控制器進(jìn)行控制pid控制的原理和特點(diǎn) (1)p控制：取p=9;i=0;d=0;（2）pi控制：p=6，i=0.4，d=0；（3）pd控制：p=9，i=0，d=5；（4）pid控制：p=5，i=0.3，d=4； 四系統(tǒng)極點(diǎn)配置在-1+j; -1-j 根據(jù)傳遞函數(shù)得微分方程 令得狀態(tài)方程輸出：極點(diǎn)配置：令k=1; t1=t2=2; 用matlab確定狀態(tài)反饋矩陣k，使得系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)配置在（-1+j,-1

6、-j）,程序如下：a=0 1;-0.25 -1;b=0;1;p=-1+j;-1-j;k=place(a,b,p)運(yùn)行結(jié)果為k =1.7500 1.0000仿真：仿真圖五設(shè)計(jì)一觀測器，對(duì)液箱a的液位進(jìn)行觀測l 建立狀態(tài)觀測器：根據(jù)傳遞函數(shù)得微分方程 令得狀態(tài)方程輸出：全維觀測器的建立：令，得期望特征式：對(duì)比1式和2式，得得所以全維狀態(tài)觀測器得方程是本實(shí)驗(yàn)中，需觀測的狀態(tài)為水箱a溶液的液位，建立數(shù)學(xué)模型r1=r2=1; c1=c2=1;令狀態(tài)觀測器的極點(diǎn)為（-6-j,-6+j）設(shè)計(jì)此給定系統(tǒng)狀態(tài)觀測器的matlab程序如下a=-1 0;1 -1;b=1 0;c=1 1;a1=a'b1=c'c1=b'p=-6-j -6+j;k=acker(a1,b1,p);g=k'運(yùn)行結(jié)果為g = 26 -16仿真：仿真圖：六、如果要實(shí)現(xiàn)液位h2的控制，