控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、哈爾濱理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告控制系統(tǒng)仿真專業(yè) 學(xué)號(hào) 姓名自動(dòng)化12-11230130101分析系統(tǒng)性能課程名稱控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)名稱分析系統(tǒng)性能時(shí)間8.29地點(diǎn)3#姓名蔡慶剛 1學(xué)號(hào)12301301011 班級(jí) 1 自動(dòng)化 12-1一. 實(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)用設(shè)備儀器及材料:PC, Matlab軟件平臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)步驟1. 編寫MATLAB程序代碼；2. 在MATLAT中輸入程序代碼，運(yùn)行程序;3. 分析結(jié)果。四. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析:1程序截圖:-XeHL”；*1 旳：二-il2j,p,

2、jtl-tfSiTinijJh,血n* r彳-町-略=鼻陽th廠 r J . -11r予-iy, Tj r JTt *7 t»j *Tip«1L1U -G&d1；-ibl* I.1-1 -= » « 7*.：| 丘=*-a: £7 3 I r,u " iywM c 恬=L JT 1- 1:TT all 1 yjT!網(wǎng)-A;T -門=2i =s -» -E b冒LJii珂金*3乳 d;骷id 寸宮呻II , lf ar t«iLkxijN 二：1 療 nf t 和料 lu】.G；* T,ii Uni jCi:

3、st 1?科=SO -LFlidm4frdt mW得到階躍響應(yīng)曲線二 r Feit /f* IriictT ToetK Dcttp Yindo 歸 Het匸二詰丄k I 八S '叩Y S 百 得到響應(yīng)指標(biāo)截圖如下WintjdvFS.8640飢 864015.241&-0.0043jj New to MATLAB ? A dtch this 制 Tg see De png or r”2. 求取零極點(diǎn)程序截圖:飛 Tiy - “0 :譽(yù) 宙心胡口 * Ik莎冠冋g E刃：rr Go Cell T-.ok iCaow C!'e&klBpHflip-' '

4、;3 ）亠-1= I rr黑冷存 * n穿罰駆=3“ I ei Iff.elfirvi LL0£.> il =tr£zp I nun,血 n"ii 3p" if ci sp pH dup'V' p£!i» (n-jx iv-.y.UtXS鬥E七I . LT 甲庁字 時(shí)rr；沖：i；ri“ I eI鶴：孺I廐屯得到零極點(diǎn)分布圖Q Figure 1'le Edit Vie壓Jid u |i|>=lt Tcq at > -Z-V 、.ID'cak：up Windwiifv® 咚 Y

5、 * ©H.lp目旦TRaHM2-i 宰SF冋 123013(1 JI11 -Kfl :n_L- i-掛- - T'1W- 丄_-11 -ftIIll1Ji1-<.-t"呂?Rtjjl fillsJ3.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)所有極 點(diǎn)，并觀察是否含有實(shí)部大于0的極點(diǎn)，如果有系統(tǒng)不穩(wěn)定。有零極點(diǎn)分布圖可 知系統(tǒng)穩(wěn)定。單容過程的階躍響應(yīng)、實(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)內(nèi)容已知兩個(gè)單容過程的模型分別為G(s) os

6、和G(s)占*，試在 Simulink中建立模型，并求單位階躍響應(yīng)曲線。三、實(shí)驗(yàn)步驟1. 在Simulink中建立模型，得出實(shí)驗(yàn)原理圖。2. 運(yùn)行模型后，雙擊Scope得到的單位階躍響應(yīng)曲線。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 建立系統(tǒng)Simulink仿真模型圖，其仿真模型為Fie Edi( Vieflf S inuljlion Fofffij t Took三里出也二ft telna 毎 W H 邑 I )梟 B '二匸 k |io-a Kujriar =ra*er F<n>TTrj*1sp-flrLE)4lay氐Mr-flrs'ef TeriIDO%2過程階躍響應(yīng)曲線為單容過程的階

7、躍響應(yīng)、實(shí)驗(yàn)?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(qiáng)弱對(duì)系統(tǒng)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已知控制系統(tǒng)如下圖所示，其中G0(s)(s 1)(2s 1)(5s 1)，H(s)為單位反饋，且在第二個(gè)和第三個(gè)環(huán)節(jié)(即J 和(2s 1)(5s 1)之間有累加的擾動(dòng)輸入(在5秒時(shí)幅值為0.2的階躍擾動(dòng))。對(duì)系統(tǒng)采用比例積分控制，比例系數(shù)為Kp 2， 積分時(shí)間常數(shù)分別取Ti 3,6,12，試?yán)肧imulink求各參數(shù)下系統(tǒng)的單位階躍響 應(yīng)曲線和擾動(dòng)響應(yīng)曲線。R(s)三、實(shí)驗(yàn)步驟1.在Simulink中建立仿真模型，其模型為逬 HITFile Ed* 詁E Eel ztio Rnr-nl :口o器

8、D * 曲-L同 T旦Sea® &國IF 散5t&>HiVkitAit：1 4土 iq? IVUDOOVI' I IJiili iPrSQVG4斗I"4皿旳閔fin* 3T-rraft：怙""和曇7r "4 產(chǎn)hl*+*7?ICCKtmz w3FELh3. 置階躍輸入為0,在5秒時(shí)，加入幅值為0.2的階躍擾動(dòng)，得到擾動(dòng)響應(yīng) 曲線為四. PID控制器參數(shù)整定、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 通過實(shí)驗(yàn)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(yùn)和參數(shù)整定的方法；3. 定性地分析P、PI、PID控制規(guī)律對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

9、二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已知控制系統(tǒng)如下圖所示，其中G0(s)寸帀，試采用臨界比例度 法計(jì)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(shí)驗(yàn)步驟1. 在Simulink中建立仿真模型'F 日 Ed* V尿Rxmat "：xjk HepD G# H倖I -'I f *| 而肓3 IS筍詢魯1耳耳商-r2. 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(yàn)，直到輸出等幅振蕩曲線為止，記下此時(shí)的Kp和Tk。 通過試驗(yàn)得到Kp為30時(shí)輸出等幅震蕩曲線1 Sll.4 -孔-3.根據(jù)臨界振蕩經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算P控制時(shí)的

10、比例放大系數(shù)Kp，并將模型中Kp置為 該值，仿真運(yùn)行。運(yùn)行完畢后雙擊 Scope,得到P控制時(shí)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲4. 根據(jù)臨界振蕩經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算PI控制時(shí)的比例放大系數(shù)Kp和積分時(shí)間常數(shù)Ti， 并將模型中比例和積分器參數(shù)置為計(jì)算所得值， 將積分器的輸出連線連上，仿真 運(yùn)行，運(yùn)行完畢后雙擊Scope,得到PI控制時(shí)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。表4-1臨界比例度法整定經(jīng)驗(yàn)公式整定參數(shù)調(diào)節(jié)扁、C .P5旳2疔M. 1PIPID1 一迺r(shí)C.57>01弓G5. 根據(jù)臨界振蕩經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 PID控制時(shí)的比例放大系數(shù) Kp，積分時(shí)間常數(shù) Ti，微分時(shí)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

11、相應(yīng)計(jì) 算所得值，將微分器的輸出連線連上，仿真運(yùn)行，運(yùn)行完畢后雙擊Scope,得到PID控制時(shí)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.參數(shù)整定結(jié)果為表4-2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(jí)控制系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步熟悉串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成;2. 了解串級(jí)控制系統(tǒng)的作用效果。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容串級(jí)與單回路控制對(duì)比仿真，分別獲取系統(tǒng)的階躍響應(yīng)輸出，一次擾動(dòng)作用 下的系統(tǒng)輸出響應(yīng)，二次擾動(dòng)作用下的系統(tǒng)輸出響應(yīng)。系統(tǒng)輸入及一次擾動(dòng)和二 次擾動(dòng)均取階躍信號(hào)。對(duì)比仿真結(jié)果分析系統(tǒng)串級(jí)控制的作用

12、效果。三、實(shí)驗(yàn)步驟1. 在Simulink中建立單回路控制時(shí)系統(tǒng)的模型：q1為一次擾動(dòng)，q2為二次擾動(dòng),G0121為主對(duì)象，GO2 3-2為副對(duì)象，r為系統(tǒng)輸入,90s2 33s 110s3 21s2 17s 1q1、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(shí)運(yùn)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，如下翔 danhuilu*Edit 怙;Fcftaj； "oo( Hsplifr品r呵0丨空0彗 ''r- ©-I卜而|畑15國3或：&団矍

13、竜低3丹仃盧1Imp 口Tip'Rjciww«Je45Q -_=rf3 IP / P A?-nJ. - i_-1M運(yùn)行結(jié)果，得到的圖形如下(2)采用同樣的PID參數(shù)時(shí)，使二次擾動(dòng)q2作用，運(yùn)行系統(tǒng)，得到二次擾動(dòng) 作用下的系統(tǒng)輸出響應(yīng)。(3)采用同樣的PID參數(shù)時(shí)，使一次擾動(dòng)q1作用，運(yùn)行系統(tǒng)，得到一次擾動(dòng)作用下的系統(tǒng)輸出響應(yīng)。1= 呂詢 淨(jìng)P A気孕禺W和'kb10UJV2.在Simulink中建立串級(jí)控制時(shí)系統(tǒng)的模型：PID C1為主控制器，采用PI控 制；PID C2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

14、PID C1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PID C2取比例系數(shù)10，積分系數(shù)0,微分系數(shù)0,運(yùn)行系統(tǒng)， 得到系統(tǒng)階躍響應(yīng)輸出。n#U4 rII. . iS 上 i昌日R聲3 Ay呈空I勺疋(2) 采用同樣的PID參數(shù)時(shí)，在二次擾動(dòng)q2作用下，運(yùn)行系統(tǒng)，得到系統(tǒng)的 輸出響應(yīng)。(3) 采用同樣的PID參數(shù)時(shí)，在二次擾動(dòng)q1作用下，運(yùn)行系統(tǒng)，得到系統(tǒng)的 輸出響應(yīng)。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表5- 1單回路控制與串級(jí)控制對(duì)比控制品質(zhì)指標(biāo)單回路控制串級(jí)控制衰減比3： 14： 14： 14： 14： 14： 1調(diào)節(jié)時(shí)間(S)280 280 28070 80 70余差00二次擾

15、動(dòng)最大偏差0.70.6一次擾動(dòng)最大偏差0.60.7六. 串級(jí)控制的參數(shù)整定、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步熟悉串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成;2. 掌握串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定的方法；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容G0i(s)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(jí)控制系統(tǒng)中，主副對(duì)象的傳遞函數(shù)分別為：(30s 1)(3s 1) G02(S)(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(shí)驗(yàn)步驟1 .在Simulink中建立仿真模型。其仿真模型Fit td* A弼 SiTiylrtOP TfiT -»! Hfip 7 tl 毎 I? I &#

16、39; K -麗£ _ E S e 0 I » 0 3 *運(yùn)行程序得到D'e-勇自園罔血A恬Ji CTTi2. 使用任意一種串級(jí)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Rf t卅 T/ WrvEh For： Txd HcbD Q SI- * E»3 S 田宙涉 A n *-IL -tFTjUJ=耳* lOlJljljTr-'KH如T1氓訃訓(xùn)10O«3. 繪制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線。Bp”四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.主副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定結(jié)果。表6 - 1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)

17、學(xué)模型、實(shí)驗(yàn)?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(shí)現(xiàn)方法；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已知某單位負(fù)反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為 G(s)2 s 1一，試?yán)?Simulink s2 5s 2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(shí)驗(yàn)步驟1 .在Simulink中建立仿真模型。rtgimoxingFile Edrt View Simuhtion Format Tooh HeI卩D J B 釦 3 I -J ：. I |iu. u uflriLal國也畫觀Cgt±p尸1二 LSZCKi

18、GT'-jn-jlui- For100%ode45其運(yùn)行結(jié)果2.用nu mc,de nc=cloo p(n um,de n,-1命令獲取傳遞函數(shù)模型巴 Editor - C:Use rsAd mini strato rDe& ktopq ic I oo p nFile Edit Text Desktop Window Help b?0|辱童21肖能化1 un= 1 1,(len=l 5 2,2 nuiiCj dene =cloop (numderi> 一 1)? Xamsgci結(jié)果如下-vaTnirig; using a aerauix vaiue ot u+ i ror

19、 maximum sxe? sixe. me smuLaLidene =3. 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。 其仿真模型勺 Editor -匚:U5ersAd ministratQrDektopGitf555 mF：ile tdit 工自CH cel lools Debug Desktop Wind 旦剖口 # Z fe3 逐，I w 幾 I Q 帕唱 if e 越 I SIM幣W31-|n(ujt=LO L lj,cie=l 5 2;2 一 Aj Bj Cj D =tgumden)運(yùn)行結(jié)果0:'J'J-E1-30X, I? 強(qiáng)

20、MS?li11八.系統(tǒng)可控性可觀性分析、實(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)內(nèi)容給定系統(tǒng)的狀態(tài)方程：XiX2X3XiX2X310X1X2X3利用（1）（2）（3）MATLAB進(jìn)行以下分析：建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型； 分析系統(tǒng)的可控性、可觀性; 繪制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。三、實(shí)驗(yàn)步驟1.打開MATLAB工作窗口用ss（）命令建立系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型勺 Editor - CAU»rsAdnr inistrator.De&ktopbass.nnFl IA Fidit TAxt OH Took Debuq Dpslflmr I

21、VinMw HplnD誼H黑s - /昌rtf” a ©哇筍也e程鼻莎二口2 -3 -45 -20 1 0;0 -2 1 -L 0 -1; oi 0 oLD-0；ST£=S5 a.弘 C, D)n x qicbopjii*«f3.iii * loekog ii'> * bojBucni srkarclizfregte tiq肉t飛coajierl bst.|;口口I Ln 1 Cd 1運(yùn)行結(jié)果5.二zlx2xlx2i3T1筈100Tul01U10-0U0-1丨BC叩5 1 Cri 1 nVP 昇2. 檢驗(yàn)系統(tǒng)的可控性、可觀性勺 lEdrtnr - f

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