控制系統(tǒng)仿真實驗報告.

1、哈爾濱理工大學(xué)實驗報告控制系統(tǒng)仿真專業(yè)：自動化12-1學(xué)號：1230130101姓名：-分析系統(tǒng)性能課程名稱控制系統(tǒng)仿真實驗名稱分析系統(tǒng)性能時間8.29地點3#姓名蔡慶剛學(xué)號1230130101班級自動化12-1一實驗?zāi)康募皟?nèi)容：1. 熟悉MATLAB軟件的操作過程；2. 熟悉閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的判斷方法；3. 熟悉閉環(huán)系統(tǒng)階躍響應(yīng)性能指標(biāo)的求取。二實驗用設(shè)備儀器及材料：PC,Matlab軟件平臺三、實驗步驟1. 編寫MATLAB程序代碼；2. 在MATLAT中輸入程序代碼，運行程序;3分析結(jié)果。四實驗結(jié)果分析：1. 程序截圖1p”*mmthnl.diipft)St斗呼,f皿d：1r-ih.-1F

2、-13r-Tl-(7a-rwir-jdi-nplatgJf)G-rid；誌_y.ftiable-I,鼻規(guī)jtbTPWM=wi.yi:orvl:.lxstabltb昭業(yè)m日ndU-xx)far%=Izlragthy!,ifnwyti;lcnthDa38#y怙乜讓en4exd3：=K1I得到階躍響應(yīng)曲線口X得到響應(yīng)指標(biāo)截圖如下Commiand.WindowONewtoMATLAB?AatchthisVidwcLsee氏5orrea5ia=-0.0048tr=札86406.S6402.求取零極點程序截圖得到零極點分布圖3.分析系統(tǒng)穩(wěn)定性根據(jù)穩(wěn)定的充分必要條件判別線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性最簡單的方法是求出系統(tǒng)

3、所有極點，并觀察是否含有實部大于0的極點，如果有系統(tǒng)不穩(wěn)定。有零極點分布圖可知系統(tǒng)穩(wěn)定。單容過程的階躍響應(yīng)一、實驗?zāi)康?. 熟悉MATLAB軟件的操作過程2. 了解自衡單容過程的階躍響應(yīng)過程3. 得出自衡單容過程的單位階躍響應(yīng)曲線二、實驗內(nèi)容已知兩個單容過程的模型分別為G(s)=和G(s)=e-5s，試在0.5s5s+1Simulink中建立模型，并求單位階躍響應(yīng)曲線。三、實驗步驟1. 在Simulink中建立模型，得出實驗原理圖。2. 運行模型后，雙擊Scope，得到的單位階躍響應(yīng)曲線。四、實驗結(jié)果1.建立系統(tǒng)Simulink仿真模型圖，其仿真模型為2.過程階躍響應(yīng)曲線為三單容過程的階躍響應(yīng)

4、一、實驗?zāi)康?. 了解比例積分調(diào)節(jié)的作用；2. 了解積分調(diào)節(jié)強弱對系統(tǒng)性能的影響。二、實驗內(nèi)容已知控制系統(tǒng)如下圖所示，其中G（s）=(s+1)(2s+1)(5s+1)，H為單位反饋，且在第二個和第三個環(huán)節(jié)（即占和瓦莉）之間有累加的擾動輸入（在5秒時幅值為0.2的階躍擾動）。對系統(tǒng)采用比例積分控制，比例系數(shù)為K二2，p積分時間常數(shù)分別取T二3,6,12，試?yán)肧imulink求各參數(shù)下系統(tǒng)的單位階躍響i應(yīng)曲線和擾動響應(yīng)曲線。三、實驗步驟1.在Simulink中建立仿真模型，其模型為2.運行模型后，雙擊Scope，得到的單位階躍響應(yīng)曲線為BJScopepgBATimeoffset:03. 置階躍輸

5、入為0,在5秒時，加入幅值為0.2的階躍擾動，得到擾動響應(yīng)曲線為I.PID控制器參數(shù)整定一、實驗?zāi)康?. 通過實驗進(jìn)一步熟悉過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成；2. 掌握簡單控制系統(tǒng)的投運和參數(shù)整定的方法；3. 定性地分析P、PI、PID控制規(guī)律對系統(tǒng)性能的影響。二、實驗內(nèi)容已知控制系統(tǒng)如下圖所示其中叩）=e市，試采用臨界比例度法計算系統(tǒng)P、PI、PID控制器的參數(shù)，并繪制整定后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。三、實驗步驟1.在Simulink中建立仿真模型2.在Simulink中把反饋連線、微分器的輸出連線、積分器的輸出連線都斷開，Kp的值從大到小進(jìn)行試驗，直到輸出等幅振蕩曲線為止，記下此時的Kp和Tk。通過試

6、驗得到Kp為30時輸出等幅震蕩曲線nm?n:-:n4nsnF；n?nroani昌自|戸盹謫謁日垢3.根據(jù)據(jù)臨界振蕩經(jīng)驗公式計算P控制時的比例放大系數(shù)Kp,并將模型中Kp置為該值，仿真運行。運行完畢后雙擊Scope，得到P控制時系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。4. 根據(jù)臨界振蕩經(jīng)驗公式計算PI控制時的比例放大系數(shù)Kp和積分時間常數(shù)Ti,并將模型中比例和積分器參數(shù)置為計算所得值，將積分器的輸出連線連上，仿真運行，運行完畢后雙擊Scope，得到PI控制時系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。表41臨界比例度法整定經(jīng)驗公式整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律PPI2.20.857PID1-M0：.1恣5. 根據(jù)臨界振蕩經(jīng)驗公式計算PID控制時

7、的比例放大系數(shù)Kp,積分時間常數(shù)Ti,微分時間常數(shù)Td,并將模型中比例系數(shù)，積分器及微分器參數(shù)置為相應(yīng)計算所得值，將微分器的輸出連線連上，仿真運行，運行完畢后雙擊Scope，得到PID控制時系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。四、實驗結(jié)果1.參數(shù)整定結(jié)果為表42各控制規(guī)律下參數(shù)整定結(jié)果KpTiTdP15PI13.642.3885PID17.651.4050.36532.系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線為五串級控制系統(tǒng)一、實驗?zāi)康?. 通過實驗進(jìn)一步熟悉串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成;2. 了解串級控制系統(tǒng)的作用效果。二、實驗內(nèi)容串級與單回路控制對比仿真，分別獲取系統(tǒng)的階躍響應(yīng)輸出，一次擾動作用下的系統(tǒng)輸出響應(yīng)，二次擾動作用下的系

8、統(tǒng)輸出響應(yīng)。系統(tǒng)輸入及一次擾動和二次擾動均取階躍信號。對比仿真結(jié)果分析系統(tǒng)串級控制的作用效果。三、實驗步驟1.在Simulink中建立單回路控制時系統(tǒng)的模型：ql為一次擾動，q2為二次擾動,G0190S2T337Ti為主對象，Gios3+21s2+17s+1為副對象r為系統(tǒng)輸入ql、q2、r均為單位階躍函數(shù)，在示波器上觀測輸出。(1)PID參數(shù)設(shè)置中，取輸入比例系數(shù)為3.7,積分系數(shù)為38,微分系數(shù)為0時運行系統(tǒng)，得到系統(tǒng)階躍響應(yīng)輸出。在Simulink中建立仿真模型，如下運行結(jié)果，得到的圖形如下叵（2）采用同樣的PID參數(shù)時，使二次擾動q2作用，運行系統(tǒng)，得到二次擾動作用下的系統(tǒng)輸出響應(yīng)。（

9、3）采用同樣的PID參數(shù)時，使一次擾動q1作用，運行系統(tǒng)，得到一次擾動作用下的系統(tǒng)輸出響應(yīng)。制；PIDC2為副控制器，采用P控制；其余同單回路控制系統(tǒng)。在Simulink中建立仿真模型，如下(1)主控制器PIDC1輸入?yún)?shù)取比例系數(shù)為8.4,積分系數(shù)為12.8,微分系數(shù)為0;副控制器PIDC2取比例系數(shù)10,積分系數(shù)0,微分系數(shù)0,運行系統(tǒng)，得到系統(tǒng)階躍響應(yīng)輸出。1.40.80.Er：1(2)運行系統(tǒng)，得到系04響應(yīng)。同樣的PID參數(shù)時，在二次擾動q2作用下,（3）采用同樣的PID參數(shù)時，在二次擾動q1作用下，運行系統(tǒng)，得到系統(tǒng)的輸出響應(yīng)。號旨門圉為凰鳳到蔦帀左?制品質(zhì)扌指標(biāo)單回路控制串級控制

10、控制品質(zhì)指標(biāo)單回路控制級控控制D品質(zhì)3指標(biāo)衰減比3：14：14：14：14：14：1調(diào)節(jié)時間（S）280280280708070余差00二次擾動最大偏差0.70.6次擾動最大偏差0.60.7六.串級控制的參數(shù)整定一、實驗?zāi)康?. 通過實驗進(jìn)一步熟悉串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成;2. 掌握串級控制系統(tǒng)參數(shù)整定的方法；二、實驗內(nèi)容已知某隧道窯系統(tǒng)，燒成帶溫度為主變量、燃燒室溫度為副變量構(gòu)成的串級控制系統(tǒng)中，主副對象的傳遞函數(shù)分別為：1(30s+1)(3s+1)1(10S+1)(S+1)2試整定PID控制器的參數(shù)，并繪制整定后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。三、實驗步驟1.在Simulink中建立仿真模型。其仿真

11、模型運行程序得到2.使用任意一種串級控制系統(tǒng)參數(shù)整定方法整定主副控制器參數(shù)。選取PI整定仿真模型3.繪制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線。四、實驗結(jié)果1.主副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定結(jié)果。表61主副調(diào)節(jié)器整定參數(shù)KpTiTdP主副10PI主910副8PID主副七控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型一、實驗?zāi)康?. 掌握傳遞函數(shù)模型與狀態(tài)空間模型的轉(zhuǎn)換;2. 掌握模型連接的MATLAB實現(xiàn)方法；二、實驗內(nèi)容試?yán)肧imulink已知某單位負(fù)反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=占建立系統(tǒng)在單位階躍輸入作用下的模型，利用MATLAB建立傳遞函數(shù)模型并得出狀態(tài)空間模型，獲取系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。三、實驗步驟1.在Simulink中建立仿真模型。

12、其運行結(jié)果02.用numc,denc=cloop(num,den,-l)命令獲取傳遞函數(shù)模型結(jié)果如下numc-0dene-1warning:usingaaerauirvalueoru.丄iormaximumsrepsize.mes丄at13.用A,B,C,D=tf2ss(num,den)命令將傳遞函數(shù)模型轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間。其仿真模型運行結(jié)果A二-5-210八系統(tǒng)可控性可觀性分析一、實驗?zāi)康?. 熟悉系統(tǒng)可控性、可觀性的分析；2. 掌握MATLAB在可控可觀標(biāo)準(zhǔn)型中的應(yīng)用;二、實驗內(nèi)容給定系統(tǒng)的狀態(tài)方程:Xr010X011X=0-21X+022X-10-1X11-31-3xy=1001x2x1-3

13、利用MATLAB進(jìn)行以下分析：(1) 建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；(2) 分析系統(tǒng)的可控性、可觀性;(3) 繪制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。三、實驗步驟1.打開MATLAB工作窗口用ss()命令建立系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型運行結(jié)果xl00-1x21-20x301-1ul001x2yl0ul02. 檢驗系統(tǒng)的可控性、可觀性Qc=00101-31-11Qo=1000100-213. 繪制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線。n|回J響？X田日5叵可Editor-C:UsersAdministratorDesktopbajieyue.mFileEditTextCellToolsDebugDesktopWindow旦elp為昌#4fTE老電嶇Stack:Base1-_=010;0-21;-10-1;2 -B=0;0;1;3 -C=l00;4 -D=0;5 -sys=ss(A,B,C