動態(tài)系統(tǒng)建模仿真-實驗報告

1、1實驗?zāi)康?了解位置伺服系統(tǒng)的組成及工作原理；2了解不同控制策略對系統(tǒng)性能的影響。2實驗設(shè)備1硬件：PC機。2工具軟件：操作系統(tǒng)：Windows7;軟件工具：MATLAR2022a及simulink。3工作原理及實驗要求原理圖3.1是一個以直流電機為驅(qū)動元件的位置伺服系統(tǒng)的方塊圖，Gcs為控制器，Uf為與作用于轉(zhuǎn)動軸上的摩擦力矩相對應(yīng)的電壓值。對于位置伺服控制系統(tǒng)，控制器的輸出并不是直接驅(qū)動電機，而是經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換及功率放大后驅(qū)動電機帶動負載運動?？刂频哪繕耍鞘褂晌恢脗鞲衅骷皽y量裝置給出位置反應(yīng)信號跟蹤指令信號。實際的控制對象中包含D/A、功率放大器、電機、負載、位置傳感器及測量裝置等環(huán)節(jié)，

2、在本實驗工程中，將各環(huán)節(jié)的 模型適當(dāng)簡化，得到廣義被控對象為如下形式：Gp(1.1)Js2 Bs其中J為等效轉(zhuǎn)動慣量，B為等效阻尼系數(shù)。圖位置伺服系統(tǒng)方塊圖實驗要求1采用PID控制器對系統(tǒng)進行仿真，求出負載轉(zhuǎn)角的響應(yīng)曲線。要求考慮摩 擦力矩、控制器輸出飽和等非線性因素的影響。2采用模糊控制算法對系統(tǒng)進行仿真，求出求出負載轉(zhuǎn)角的響應(yīng)曲線，并與PID控制的響應(yīng)曲線進行比擬。仿真時要求考慮摩擦力矩、控制器輸出飽和等非線性因素的影響。4實驗內(nèi)容及步驟位置伺服系統(tǒng)仿真1定義參數(shù)：系統(tǒng)仿真圖為圖4.1，信號發(fā)生器選擇幅值為5頻率1的正弦信號，在本 ?次實驗中Gp丄 。摩擦力矩Uf U J ,U為控制輸出，

3、J為等效轉(zhuǎn)Js Bs?動慣量，轉(zhuǎn)速。非線性飽和器上下限非別為 10-10。2PD參數(shù)整定本次仿真采用試湊法確定PID控制器參數(shù)，試湊法就是根據(jù)控制器各 參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響程度，邊觀察系統(tǒng)的運行，邊修改參數(shù)，直到滿意為 止。一般情況下，增大比例系數(shù)KP會加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，有利于減少靜 差。但過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩使穩(wěn)定性變差。 減小積分系數(shù)KI將減少積分作用，有利于減少超調(diào)使系統(tǒng)穩(wěn)定，但系統(tǒng)消 除靜差的速度慢。增加微分系數(shù) KD有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)，是超調(diào)減少， 穩(wěn)定性增加，但對干擾的抑制能力會減弱。在試湊時，一般可根據(jù)以上參數(shù) 對控制過程的影響趨勢，對參數(shù)實行先比例

4、、后積分、再微分的步驟進行整定。本次實驗中比例系數(shù) Kp取35,Kv取9.(3)仿真結(jié)果Simulink 仿真結(jié)果如圖4.2，將仿真圖導(dǎo)入matlab工作空間，在命令窗口 作出仿真結(jié)果圖，如圖4.3。通過仿真圖可以看出PD控制器控制效果比擬 明顯，實際轉(zhuǎn)速能較好的的跟蹤輸入曲線，但是跟蹤時間有滯后。圖4.3 PD控制轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線43210-1-2-3-4-5圖PD控制轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線跟蹤10 12仿真時間(s)16 18 20fir-f1f11I1/1I丿1!1I1/ 1/際轉(zhuǎn)速曲線 望轉(zhuǎn)速曲線V. jr實 期PD控制轉(zhuǎn)速跟蹤曲線4.2模糊控制位置伺服系統(tǒng)仿真1模糊控制器設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)需要確定模糊控

5、制器輸入變量為偏差 E和偏差變量EC輸出 變量為U。E和U的論域為-10 ,10，EC的論域為-1 , 1,隸屬度函數(shù)均 為高斯函數(shù)，設(shè)計分別如圖4.5，4.6,4.7。圖4.5輸入變量E圖4.6輸入變量EC圖4.7輸出變量U通過模糊規(guī)那么編輯器設(shè)計模糊規(guī)那么，如圖48利用面積質(zhì)心法去模糊化編輯好模糊控制器FUZZY.fis丨導(dǎo)入MATLAB：作空間。圖模糊規(guī)那么編輯器2模糊控制位置伺服系統(tǒng),通過試湊法得出量化因子為60, 0.1,2圖模糊控制位置伺服系統(tǒng)3仿真結(jié)果Simulink仿真結(jié)果如圖 4.10，matlab仿真結(jié)果如圖4.11，從圖4.11中可看出模糊控制轉(zhuǎn)速曲線幾乎與輸入曲線一致，擬合效果非常好圖仿真結(jié)果圖43210-1-2-3-4-5101214161820仿真時間s11/1 ri17tJ 1 r1I/Tij/11J1r 1 jP匚1/11/1 .模糊控制轉(zhuǎn)速曲線 輸入曲線 / jf1模糊控制轉(zhuǎn)速跟蹤曲線圖模糊控制轉(zhuǎn)速跟蹤曲線簡單，可靠性高，容易實現(xiàn)，有效的解決由于負載等外部干擾帶來的擾動誤差。 由于PD控制的精度有