自動(dòng)控制原理-P、PD 和PID 控制器性能比較

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目: P、PD和PID控制器性能比較初始條件：W-+YR一二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，其中系統(tǒng)對(duì)象模型為，控制器傳遞函數(shù)為（比例P控制），（比例微分PD控制），（比例積分微分PID控制），令，Di(s)為上述三種控制律之一。要求完成的主要任務(wù):（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1. 分析系統(tǒng)分別在P、PD、PID控制器作用下的，由參考輸入決定的系統(tǒng)類型及誤差常數(shù)；2. 根據(jù)（1）中的條件求系統(tǒng)分別在P、PD、PID控制器作用下的、由擾動(dòng)w(t)決定的系統(tǒng)類型與誤差常數(shù)；3. 分析該系統(tǒng)的跟蹤性能和擾動(dòng)性能；4

2、. 在Matlab中畫出（1）和（2）中的系統(tǒng)響應(yīng)，并以此證明（3）結(jié)論；5. 對(duì)上述任務(wù)寫出完整的課程設(shè)計(jì)說明書，說明書中必須寫清楚計(jì)算分析的過程其中應(yīng)包括Matlab源程序或Simulink仿真模型，并注釋。說明書的格式按照教務(wù)處標(biāo)準(zhǔn)書寫。時(shí)間安排：任務(wù)時(shí)間（天）指導(dǎo)老師下達(dá)任務(wù)書，審題、查閱相關(guān)資料2分析、計(jì)算3編寫程序2撰寫報(bào)告2論文答辯1指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要1參考輸入決定的系統(tǒng)類型及誤差常數(shù)11.1系統(tǒng)類型11.1.1P控制器11.1.2PD控制器21.1.3PID控制器21.2誤差常數(shù)21.2.1階躍信號(hào)輸入31.2.2斜坡信號(hào)輸

3、入31.2.3加速度信號(hào)輸入42擾動(dòng)決定的系統(tǒng)類型與誤差常數(shù)82.1系統(tǒng)類型82.2誤差常數(shù)83系統(tǒng)的跟蹤性能和擾動(dòng)性能113.1跟蹤性能113.2擾動(dòng)性能114系統(tǒng)仿真124.1由參考輸入決定的系統(tǒng)響應(yīng)124.2擾動(dòng)決定的系統(tǒng)響應(yīng)145 收獲與體會(huì)17參考文獻(xiàn)18附錄一 P控制的參考輸入響應(yīng)程序19附錄二 PD控制參考輸入響應(yīng)程序21附錄三 PID控制參考輸入響應(yīng)程序23附錄四 P控制擾動(dòng)輸入系統(tǒng)誤差25附錄五 PD控制擾動(dòng)輸入系統(tǒng)誤差27附錄六 PID控制擾動(dòng)輸入系統(tǒng)誤差29本科生課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表31摘要本文就在P控制系統(tǒng)，PD控制系統(tǒng)和PID控制系統(tǒng)參考輸入作用下和擾動(dòng)輸入作用下的輸出

4、響應(yīng)，并進(jìn)一步分析系統(tǒng)的跟蹤性能和擾動(dòng)性能。先求傳遞函數(shù)，分析系統(tǒng)類型。求出不同型別的系統(tǒng)的在不同輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差，一般而言，參考輸入作用下的誤差系數(shù)用靜態(tài)誤差系數(shù)計(jì)算，擾動(dòng)輸入作用下的誤差系數(shù)用動(dòng)態(tài)系數(shù)計(jì)算；進(jìn)而分析系統(tǒng)的跟蹤性能和擾動(dòng)性能。系統(tǒng)的跟蹤和擾動(dòng)性能將通過不同輸入作用下MATLAB曲線來加以驗(yàn)證。比例控制器、比例-積分控制器、比例-積分-微分控制器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中都有著廣泛的應(yīng)用，熟悉和掌握它們的工作原理及特點(diǎn)對(duì)于有效運(yùn)用尤為重要。關(guān)鍵字：比例、微分、積分、控制器、性能比較1 參考輸入決定的系統(tǒng)類型及誤差常數(shù)設(shè)控制系統(tǒng)如圖1-1所示，其中系統(tǒng)對(duì)象模型為，控制器傳遞函數(shù)為（比例

5、P控制），（比例微分PD控制），（比例積分微分PID控制），令，Di(s)為上述三種控制律之一。圖1-1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在不同的參考輸入作用下，誤差信號(hào)為：(1-1)誤差傳遞函數(shù)為：(1-2)1.1 系統(tǒng)類型1.1.1 P控制器當(dāng)控制器傳遞函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：(1-3)由系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)中，故此系統(tǒng)類型為0型系統(tǒng)。1.1.2 PD控制器當(dāng)控制器傳遞函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：(1-4)由系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)中，故此系統(tǒng)類型為0型系統(tǒng)。1.1.3 PID控制器當(dāng)控制器傳遞函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：(1-5)由系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)中，故此系統(tǒng)類型為1型系統(tǒng)。1.2 誤差常數(shù)設(shè)有理函數(shù)

6、除在原點(diǎn)處有唯一的極點(diǎn)外，在s右半平面及虛軸上界析，的極點(diǎn)均位于s的左半平面(包括坐標(biāo)原點(diǎn)）,由式1-2得系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為：(1-6)上式表明影響圖1-1系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的因素有輸入信號(hào)的形式和開環(huán)傳遞函數(shù)。由前文分析可得不同的開環(huán)傳遞函數(shù)，系統(tǒng)型別不同。所以下文討論不同型別系統(tǒng)在階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)和加速度函數(shù)三種常見的輸入信號(hào)函數(shù)的作用下的穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算。在輸入信號(hào)作用下,由式1-2知(1-7)設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)可以表示為：(1-8)則由式1-7和1-8得(1-9)1.2.1階躍信號(hào)輸入當(dāng)輸入信號(hào)為階躍信號(hào)，帶入式1-9得(1-10)對(duì)于0型單位反饋控制系統(tǒng)習(xí)慣上采用靜態(tài)誤差系數(shù)在階躍輸入作用下

7、的位置誤差，由1-6可得(1-11)其中(1-12)對(duì)1型或高于1型的系統(tǒng)(1-13)1.2.2斜坡信號(hào)輸入在輸入階躍信號(hào)作用下,帶入式1-9得(1-14)若用靜態(tài)速度誤差系數(shù)表示系統(tǒng)斜坡輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差，由式1-6和1-14得(1-15)其中(1-16)稱為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù)。對(duì)0型系統(tǒng) (1-17)對(duì)1型系統(tǒng)(1-18)對(duì)型或高于型的系統(tǒng)(1-19)1.2.3加速度信號(hào)輸入在輸入階躍信號(hào)作用下,帶入式1-9得(1-20)若用靜態(tài)加速度誤差系數(shù)表示系統(tǒng)斜坡輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差，由式1-6和1-14得 (1-21)其中(1-22)稱為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)加速度誤差系數(shù)。對(duì)0型系統(tǒng)(1-23)對(duì)1

8、型系統(tǒng)(1-24)對(duì)型系統(tǒng)(1-25)對(duì)型或高于型系統(tǒng)(1-26)綜上所述，不同控制器下的系統(tǒng)在階躍輸入信號(hào)，斜坡輸入信號(hào)以及加速度輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差如表1-1表1-1參考輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差控制器系統(tǒng)性別階躍輸入斜坡輸入加速度輸入P控制器0PD控制器0PID控制器0(1)對(duì)于P控制器，傳遞函數(shù)為時(shí)，由式1-3得系統(tǒng)閉環(huán)特征方程（1-27)由勞斯穩(wěn)定判據(jù)可知，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。因?yàn)橄到y(tǒng)是0型系統(tǒng)，開環(huán)增益為19，因此，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為：(1-28)(2)對(duì)于PD控制器，傳遞函數(shù)時(shí)，由式1-4得系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程 (1-29)由勞斯穩(wěn)定判據(jù)可知，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。因?yàn)橄到y(tǒng)是0型系統(tǒng)，開環(huán)增益為19，因

9、此，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為：(1-30)(3)對(duì)于PID控制器，傳遞函數(shù)時(shí)，由式1-5系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程 (1-31)由勞斯穩(wěn)定判據(jù)可知，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。因?yàn)橄到y(tǒng)是1型系統(tǒng)，開環(huán)增益為1/2，因此，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為：(1-32)綜上可得，控制系統(tǒng)的類別，穩(wěn)態(tài)誤差和輸入信號(hào)之間的關(guān)系，歸納如下表1-2所示。表1-2不同系統(tǒng)在參考輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差比較控制器系統(tǒng)型別階躍輸入斜坡輸入加速度輸入P控制器0PD控制器0PID控制102R72 擾動(dòng)決定的系統(tǒng)類型與誤差常數(shù)由于輸入信號(hào)和擾動(dòng)信號(hào)作用于系統(tǒng)的不同位置，因此即使系統(tǒng)對(duì)于某種輸入信號(hào)作用的穩(wěn)態(tài)誤差為零，但對(duì)于同一形式的擾動(dòng)作用，其穩(wěn)態(tài)誤差未必為零。控制系統(tǒng)

10、如圖1-1所示，其中代表擾動(dòng)信號(hào)的拉式變換式。由于在擾動(dòng)信號(hào)作用下，輸出為，由于輸出量希望為0，故該系統(tǒng)響應(yīng)擾動(dòng)的輸出端誤差信號(hào)為： (2-1)由于誤差傳遞函數(shù)所含的零點(diǎn)數(shù)等于系統(tǒng)擾動(dòng)作用點(diǎn)前向通道串聯(lián)積分環(huán)節(jié)與主反饋通道串聯(lián)積分環(huán)節(jié)之和，且對(duì)于響應(yīng)擾動(dòng)作用的系統(tǒng)有下列結(jié)論：（1） 擾動(dòng)作用點(diǎn)之前的前向通道積分環(huán)節(jié)數(shù)與主反饋通道積分環(huán)節(jié)數(shù)之和決定系統(tǒng)響應(yīng)擾動(dòng)作用的型別，該型別與擾動(dòng)作用點(diǎn)之后前向通道的積分環(huán)節(jié)數(shù)無關(guān)。（2） 如果在擾動(dòng)作用點(diǎn)之前的前向通道或主反饋通道中設(shè)置個(gè)積分環(huán)節(jié)，必可消除系統(tǒng)在擾動(dòng)信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。2.1 系統(tǒng)類型當(dāng)控制器傳遞函數(shù)時(shí)，在擾動(dòng)作用點(diǎn)之前的積分環(huán)節(jié)數(shù)，而，所

11、以該控制系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)作用為0型系統(tǒng)；當(dāng)控制器傳遞函數(shù)時(shí)，在擾動(dòng)作用點(diǎn)之前的微分環(huán)節(jié)數(shù)，而，所以該控制系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)作用為0型系統(tǒng)；當(dāng)控制器傳遞函數(shù)時(shí)，在擾動(dòng)作用點(diǎn)之前的積分環(huán)節(jié)數(shù)，而，所以該控制系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)作用為型系統(tǒng)；2.2 誤差常數(shù)當(dāng)控制器傳遞函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差表達(dá)式為： (2-2)故不同擾動(dòng)輸入下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為：(2-3)當(dāng)控制器傳遞函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差表達(dá)式為：(2-4)故不同擾動(dòng)輸入下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為： (2-5)當(dāng)控制器傳遞函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差表達(dá)式為： (2-6)故不同擾動(dòng)輸入下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為： (2-7)綜上所訴，控制系統(tǒng)的類別，穩(wěn)態(tài)誤差和輸入信號(hào)之間的關(guān)系，歸納如下表2-

12、1。表2 -1不同系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差比較控制器系統(tǒng)型別階躍輸入斜坡輸入加速度輸入P控制器0PD控制器0PID控制器10103 系統(tǒng)的跟蹤性能和擾動(dòng)性能3.1 跟蹤性能結(jié)合表1-2易分析系統(tǒng)在參考輸入下的跟蹤性能。階躍輸入作用下的跟蹤性能：在階躍輸入作用下，0型系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)能跟階躍坡輸入，但存在一個(gè)穩(wěn)態(tài)位置誤差，而且與開環(huán)增益成反相關(guān)；對(duì)于型和型單位反饋系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)誤差趨近于無窮大，不能跟蹤階躍輸入。因此，比例(P)控制系統(tǒng)能跟蹤斜坡輸入，位置誤差為,比例微分(PD)控制系統(tǒng)和比例微分積分(PID)控制系統(tǒng)，不能跟蹤斜坡輸入。斜坡輸入作用下的跟蹤性能：在斜坡輸入作用下，0型系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)不能跟蹤斜坡輸入；

13、對(duì)于1型單位反饋系統(tǒng)，能跟蹤斜坡輸入，但存在一個(gè)穩(wěn)態(tài)速度誤差。因此，對(duì)于比例微分(PD)控制系統(tǒng)和比例控制系統(tǒng)，不能跟蹤斜坡輸入，而比例積分微分(PID)控制系統(tǒng)能夠跟蹤斜坡輸入，且存在一個(gè)穩(wěn)態(tài)位置誤差。加速度輸入作用下的跟蹤性能：在加速度輸入作用下，0型、1型單位反饋系統(tǒng)均不能跟蹤加速度輸入。因此，對(duì)于比例(P)控制系統(tǒng)、比例微分(PD)控制系統(tǒng)和比例積分微分(PID)控制系統(tǒng)均不能跟蹤加速度輸入。3.2 擾動(dòng)性能階躍擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下的擾動(dòng)性能：在階躍擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下，比例(P)控制系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差。穩(wěn)態(tài)時(shí)，比例(P)控制器產(chǎn)生一個(gè)與擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩大小相等而方向相反的轉(zhuǎn)矩以進(jìn)行平衡，該轉(zhuǎn)矩折算到比較裝

14、置輸出端的數(shù)值為，所以系統(tǒng)必定存在常值穩(wěn)態(tài)誤差，比例(P)微分控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為，而比例積分微分(PID)控制系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下不存在穩(wěn)態(tài)誤差，因此它的抗擾動(dòng)能力是很強(qiáng)的。斜坡擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下的擾動(dòng)性能：在斜坡擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下，由于比例(P)控制系統(tǒng)和比例微分(PD)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為，故其抗擾動(dòng)能力是很差的；而比例積分微分(PID)控制系統(tǒng)在斜坡擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為2R，因此它們的抗擾動(dòng)能力比較強(qiáng)。加速度擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下的擾動(dòng)性能：加速度擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下，比例(P)、比例微分(PD)、比例積分微分(PID)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差均為，故其抗擾動(dòng)能力很差。124 系統(tǒng)仿真4.1 由參考輸入決

15、定的系統(tǒng)響應(yīng)(1) 當(dāng)控制器傳遞函數(shù)中時(shí)，由式1-3得系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： (4-1)P控制的單位階躍響應(yīng)、單位斜坡響應(yīng)和單位加速度響應(yīng)如圖4-1所示；Matlab程序見附錄一：圖4-1 P控制的參考輸入響應(yīng)由圖4-1知，P控制能夠跟蹤單位階躍輸入信號(hào)，不能夠跟蹤單位斜坡輸入信號(hào)和單位加速度輸入信號(hào)，與表1-2相符合。(2)當(dāng)控制器傳遞函數(shù)時(shí)，由式1-4得系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：(4-2)PD控制的單位階躍響應(yīng)、單位斜坡響應(yīng)和單位加速度響應(yīng)如圖4-2所示；Matlab程序見附錄二：圖4-2 PD控制參考輸入響應(yīng)由圖4-2知，PD控制能夠跟蹤單位階躍輸入信號(hào)，不能夠跟蹤單位斜坡輸入信號(hào)和單位加速

16、度輸入信號(hào)，與表1-2相符合。(3)對(duì)于PID控制器，傳遞函數(shù)時(shí)，由式1-5得系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： (4-3)PID控制的單位階躍響應(yīng)、單位斜坡響應(yīng)和單位加速度響應(yīng)如圖4-3所示；Matlab程序見附錄三：圖4-3 PID控制參考輸入響應(yīng)由圖4-3知,PID控制能夠跟蹤單位斜坡輸入信號(hào)，不能夠跟蹤單位階躍輸入信號(hào)和單位加速度輸入信號(hào)，與表1-2相符合。綜上分析：對(duì)于P系統(tǒng)、PD控制系統(tǒng)不能跟蹤斜坡輸入，對(duì)于PID控制系統(tǒng)能夠跟蹤斜坡輸入；對(duì)于P、PD、PID控制系統(tǒng)都不能跟蹤加速度輸入。4.2 擾動(dòng)決定的系統(tǒng)響應(yīng)（1） 當(dāng)控制器傳遞函數(shù)為時(shí)，擾動(dòng)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： (4-4)P控制的單位

17、階躍擾動(dòng)響應(yīng)、單位斜坡擾動(dòng)響應(yīng)和單位加速度擾動(dòng)響應(yīng)如圖4-4所示；Matlab程序見附錄四：由圖4-4知，P控制系統(tǒng)在單位階躍擾動(dòng)輸入信號(hào)下系統(tǒng)穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)誤差為常數(shù)，夠跟蹤單位斜坡擾動(dòng)輸入信號(hào)和單位加速度擾動(dòng)輸入信號(hào)下信號(hào)下系統(tǒng)不穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)誤差趨于無窮大。圖4-4 P控制擾動(dòng)輸入系統(tǒng)誤差(2)當(dāng)控制器傳遞函數(shù)為時(shí)，擾動(dòng)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 (4-5)PD控制的單位階躍擾動(dòng)響應(yīng)、單位斜坡擾動(dòng)響應(yīng)和單位加速度擾動(dòng)響應(yīng)如圖4-5所示；Matlab程序見附錄五：由圖4-5知,PD控制系統(tǒng)在單位階躍擾動(dòng)輸入信號(hào)下系統(tǒng)穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)誤差為常數(shù)，夠跟蹤單位斜坡擾動(dòng)輸入信號(hào)和單位加速度擾動(dòng)輸入信號(hào)下信號(hào)下系統(tǒng)不穩(wěn)

18、定，穩(wěn)態(tài)誤差趨于無窮大。與理論相符合。(3)當(dāng)控制器傳遞函數(shù)為時(shí)，擾動(dòng)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：( 4-6)PID控制的單位階躍擾動(dòng)響應(yīng)、單位斜坡擾動(dòng)響應(yīng)和單位加速度擾動(dòng)響應(yīng)如圖4-6所示；Matlab程序見附錄六。由圖4-6知,PID控制系統(tǒng)在單位階躍擾動(dòng)輸入信號(hào)下系統(tǒng)穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)誤差接近0；在圖4-5 PD控制擾動(dòng)輸入系統(tǒng)誤差圖4-6 PID控制擾動(dòng)輸入系統(tǒng)誤差單位斜坡擾動(dòng)輸入信號(hào)下系統(tǒng)穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)誤差為常數(shù)；在單位加速度擾動(dòng)輸入信號(hào)下系統(tǒng)不穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)誤差趨于無窮大。與理論相符合。綜上分析，在單位階躍擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下，P、PD控制系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差，PID控制系統(tǒng)的抗擾動(dòng)性能很好，穩(wěn)態(tài)誤差趨近于0；在

19、單位斜坡擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下，P控制系統(tǒng)抗擾動(dòng)性能較差，PD、PID控制系統(tǒng)性能較好；在加速度擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下，P、PD、PID控制系統(tǒng)的抗擾動(dòng)性能都較差。5收獲與體會(huì)通過本次自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)，我更深入的掌握了在自動(dòng)控制原理理論課上學(xué)習(xí)到的各種基本控制理論，同時(shí)訓(xùn)練了我其他各方面的能力；以下是我本次課程設(shè)計(jì)的具體體會(huì)。(1)理論聯(lián)系實(shí)際的真實(shí)設(shè)計(jì)，由于所設(shè)計(jì)的知識(shí)涉及很廣，這迫使我查閱許多相關(guān)資料文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，這就訓(xùn)練了我綜合運(yùn)用經(jīng)典控制理論和相關(guān)課程知識(shí)的能力。(2)掌握了自動(dòng)控制原理中典型輸入信號(hào)下的輸出響應(yīng)，進(jìn)一步加深理解靜態(tài)速度誤差系數(shù)、靜態(tài)位置誤差系數(shù)和靜態(tài)加速度誤差系數(shù)；之前還不

20、怎么理解擾動(dòng)作用下的系統(tǒng)響應(yīng)，通過此次課程設(shè)計(jì)，我深入理解了這一塊內(nèi)容。(3)進(jìn)一步加深對(duì)MATLAB軟件的認(rèn)識(shí)和理解，學(xué)會(huì)了使用MATLAB語言來進(jìn)行基本的數(shù)學(xué)運(yùn)算，這讓我感覺到MATLAB這個(gè)軟件的優(yōu)越性，用它來解復(fù)雜的數(shù)學(xué)方程式避免了傳統(tǒng)復(fù)雜的解答過程，這都給我們提供了極大的便捷。對(duì)于本次設(shè)計(jì)，我更加深入的了解了MATLAB中各種系統(tǒng)語言，學(xué)會(huì)了用它來進(jìn)行系統(tǒng)建模、參數(shù)求解、系統(tǒng)仿真與調(diào)試、以及各種自動(dòng)控制原理中的各種圖形的繪畫。(4)我還通過本次設(shè)計(jì)鍛煉了我獨(dú)立思考和動(dòng)手解決控制系統(tǒng)實(shí)際問題的能力。我通過對(duì)課程設(shè)計(jì)題目要求的閱讀分析來確定校正環(huán)節(jié)和設(shè)計(jì)思路，然后根據(jù)這個(gè)思路一步一步的完

21、成我整個(gè)設(shè)計(jì)。18武漢理工大學(xué)自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)說明書參考文獻(xiàn)1 胡壽松. 自動(dòng)控制原理(第五版). 北京：科學(xué)出版社，20072 胡壽松. 自動(dòng)控制原理習(xí)題解析(第二版). 北京：科學(xué)出版社，20123 李道根. 自動(dòng)控制原理. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20074 吳曉燕.張雙選. MATLAB在自動(dòng)控制中的應(yīng)用. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20065 王正林，王勝開等. MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真(第2版). 北京：電子工業(yè)出版社，20086 劉叔軍. MATLAB7.0控制系統(tǒng)應(yīng)用與實(shí)例. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20057 張聚.基于MATLAB的控制系統(tǒng)的

22、仿真與應(yīng)用.北京.電子工業(yè)出版社，201231附錄一P控制的參考輸入響應(yīng)程序clearall;clcnum=19; %分子多項(xiàng)式den=5,6,20; %分母多項(xiàng)式t=0:0.01:10; %時(shí)間矢量subplot(2,2,1);plot(t,1,r,linewidth,4); title(單位階躍信號(hào) ); %設(shè)置標(biāo)題subplot(2,2,2);y,x,t=step(num,den,t); %階躍響應(yīng)plot(t,y,b,linewidth,2);hold on; %繪制相應(yīng)曲線plot(t,1,r,linewidth,6); %繪制單位階躍曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t);

23、%設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(y(t); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(P控制單位階躍響應(yīng) ); %設(shè)置標(biāo)題subplot(2,2,3);y1=t ; %單位速度響應(yīng)plot(t,y1,r-.);hold onlsim(num,den,y1,t); %繪制曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %繪制橫坐標(biāo)ylabel(y(t); %繪制縱坐標(biāo)title(P控制單位速度輸入響應(yīng)); %設(shè)置標(biāo)題subplot(2,2,4)y=t.*t/2 ; %階躍響應(yīng)plot(t,y,r-); %繪制單位加速度曲線hold on ; %圖形保持lsim(num,den,y,t); %繪制響應(yīng)曲線grid; %繪

24、制網(wǎng)格xlabel(t); %繪制橫坐標(biāo)ylabel(y(t); %繪制縱坐標(biāo)title(P控制單位加速度輸入響應(yīng)); %設(shè)置標(biāo)題附錄二 PD控制參考輸入響應(yīng)程序clearall;clcnum=4,361; %分子多項(xiàng)式den=95,118,380; %分母多項(xiàng)式t=0:0.01:10; %時(shí)間矢量subplot(2,2,1);plot(t,t,r,linewidth,2); title(單位斜坡信號(hào) ); %設(shè)置標(biāo)題subplot(2,2,2);y,x,t=step(num,den,t); %階躍響應(yīng)plot(t,y,b,linewidth,2);hold on; %繪制相應(yīng)曲線plot(t

25、,1,r,linewidth,6); %繪制單位階躍曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(y(t); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(PD控制單位階躍響應(yīng) ); %設(shè)置標(biāo)題subplot(2,2,3);y1=t ; %單位速度響應(yīng)plot(t,y1,r-.);hold onlsim(num,den,y1,t); %繪制曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %繪制橫坐標(biāo)ylabel(y(t); %繪制縱坐標(biāo)title(PD控制單位斜坡輸入響應(yīng)); %設(shè)置標(biāo)題subplot(2,2,4)y=t.*t/2 ; %階躍響應(yīng)plot(t,y,r-); %繪制單位加速

26、度曲線hold on ; %圖形保持lsim(num,den,y,t); %繪制響應(yīng)曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %繪制橫坐標(biāo)ylabel(y(t);%繪制縱坐標(biāo)title(PD控制單位加速度輸入響應(yīng)); %設(shè)置標(biāo)題附錄三 PID控制參考輸入響應(yīng)程序clearall;clcnum=8,722,19; %分子多項(xiàng)式den=190,236,760,19; %分母多項(xiàng)式t=0:0.01:20; %時(shí)間矢量y=t.*t/2 ; %單位加速度響應(yīng)subplot(2,2,1);plot(t,y,r,linewidth,2); title(單位加速度信號(hào) ); %設(shè)置標(biāo)題subplot(2

27、,2,2);y,x,t=step(num,den,t); %階躍響應(yīng)plot(t,1,b,linewidth,2);hold on; %繪制相應(yīng)曲線plot(t,y,r,linewidth,2); %繪制單位階躍曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(y(t); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(PID控制單位階躍響應(yīng) ); %設(shè)置標(biāo)題subplot(2,2,3);y=t ; %單位斜坡響應(yīng)plot(t,y,r-.);hold onlsim(num,den,y,t); %繪制曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %繪制橫坐標(biāo)ylabel(y(t); %繪制縱坐

28、標(biāo)title(PID控制單位斜坡輸入響應(yīng)); %設(shè)置標(biāo)題subplot(2,2,4)y=t.*t/2 ; %階躍響應(yīng)plot(t,y,r-); %繪制單位加速度曲線hold on ; %圖形保持lsim(num,den,y,t); %繪制響應(yīng)曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %繪制橫坐標(biāo)ylabel(y(t); %繪制縱坐標(biāo)title(PID控制單位加速度輸入響應(yīng)); %設(shè)置標(biāo)題附錄四 P控制擾動(dòng)輸入系統(tǒng)誤差clearall;clct=0:0.1:10; %時(shí)間矢量subplot(2,2,1)plot(t,1,r,linewidth,4);hold onplot(t,t,b-,l

29、inewidth,2);hold onplot(t,t.*t/2,k-.,linewidth,2);title(1,t,t*t/2擾動(dòng)輸入信號(hào)) %設(shè)置標(biāo)題subplot(2,2,2)num=-1; %分子多項(xiàng)式den=5,6,20; %分母多項(xiàng)式y(tǒng),x,t=step(num,den,t); %階躍響應(yīng)plot(t,y); %繪制曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(e(t); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(P控制的單位階躍擾動(dòng)響應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題subplot(2,2,3)num=-1; %分子多項(xiàng)式den=5,6,20,0; %分母多項(xiàng)式t=0:0.1:10;

30、%時(shí)間矢量y,x,t=step(num,den,t); %階躍響應(yīng)plot(t,y); %繪制曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(e(t); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(P控制的單位斜坡擾動(dòng)響應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題subplot(2,2,4)num=-1; %分子多項(xiàng)式den=5,6,20,0,0; %分母多項(xiàng)式t=0:0.1:10; %時(shí)間矢量y,x,t=step(num,den,t); %階躍響應(yīng)plot(t,y); %繪制曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(e(t); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(P控制的單位斜坡擾動(dòng)響應(yīng)) %

31、設(shè)置標(biāo)題附錄五 PD控制擾動(dòng)輸入系統(tǒng)誤差clearall;clct=0:0.1:10; %時(shí)間矢量subplot(2,2,1)plot(t,1,r-.,linewidth,10);hold onplot(t,t,b-,linewidth,2);hold onplot(t,t.*t/2,k-.,linewidth,2);title(1,t,t*t/2擾動(dòng)輸入信號(hào)) %設(shè)置標(biāo)題subplot(2,2,2)num=-19; %分子多項(xiàng)式den=95,118,380; %分母多項(xiàng)式t=0:0.1:10; %時(shí)間矢量y,x,t=step(num,den,t); %階躍響應(yīng)plot(t,y); %繪制曲線

32、grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(y); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(PD控制的單位階躍擾動(dòng)響應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題subplot(2,2,3)num=-19; %分子多項(xiàng)式den=95,118,380,0; %分母多項(xiàng)式t=0:0.1:10; %時(shí)間矢量y,x,t=step(num,den,t); %階躍響應(yīng)plot(t,y); %繪制曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(y); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(PD控制的單位斜坡擾動(dòng)響應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題subplot(2,2,4)num=-19; %分子多項(xiàng)式den=95,118,380,0,0; %分母多項(xiàng)式t=0:0.1:10; %時(shí)間矢量y,x,t=step(num,den,t); %階躍響應(yīng)plot(t,y); %繪制曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(e(t); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(PD控制的單位斜坡擾動(dòng)響應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題附錄六PID控制擾動(dòng)輸入系統(tǒng)誤差clearall;clct=0:0.1:10; %時(shí)間矢量subplot(2,2,1)plot(t,1,r-.,linewidth,10);hold onplot(t,t,b-,l