控制系統(tǒng)數字仿真實驗報告

1、 控制系統(tǒng)數字仿真實驗報告班級：機械1304姓名：學號：實驗一數字仿真方法驗證1一、實驗目的1.掌握基于數值積分法的系統(tǒng)仿真、了解各仿真參數的影響2.掌握基于離散相似法的系統(tǒng)仿真、了解各仿真參數的影響3.熟悉MATLAB語言及應用環(huán)境。二、實驗環(huán)境網絡計算機系統(tǒng)(新校區(qū)機電大樓D520),MATLAB語言環(huán)境三實驗內容(一)試將示例1的問題改為調用ode45函數求解，并比較結果。實驗程序如下；functiondy=vdp(t,y)dy=y-2*t/y;endt,y=ode45(vdp,01,1);plot(t,y);xlabel(t);ylabel(y);h=0.1。dy=y-12dtb(0)

2、=i實驗程序如下:cleart0=0;y0=1;h=0.1;n=2/h;y(1)=1;t(1)=0;fori=0:n-1kl=yO-tO人2;k2=(y0+h*kl/2)-(t0+h/2)人2;k3=(y0+h*k2/2)-(t0+h/2)人2;k4=(y0+h*k3)-(t0+h)人2;y1=y0+h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6;t1=t0+h;y0=y1;t0=t1;y(i+2)=y1;t(i+2)=t1;endy1t1figure(1)plot(t,y,r);xlabel(t);（三）試求示例3分別在周期為5s的方波信號和脈沖信號下的響應，仿真時間20s，采樣周期Ts=0.1

3、。實驗程序如下:clear%CreatesystemmodelA=-0.5572-0.7814;0.78140;B=1;0;C=1.96916.4493;D=0;sys=ss(A,B,C,D);%Pulseresponseofthesystemsubplot(221)u,t=gensig(pulse,5,20,0.1)plot(t,u);holdonlsim(sys,u,t);xlabel(t);ylabel(Y);title(Pulseresponseofthesystem);holdoffgrid%Squareresponseofthesystemsubplot(222)u,t=gensi

4、g(square,5,20,0.1)plot(t,u);holdonlsim(sys,u,t);xlabel(t);ylabel(Y);title(Squareresponseofthesystem);holdoffgrid四實驗體會這是第一次做matlab實驗，通過實驗，基本熟悉了matlab的基本操作，同時，也可以仿照所給例子來利用數值積分的函數進行解常值系統(tǒng)微分方程，在誤差允許范圍內，相對于elur法來說，代碼更簡單點。實驗二SIMULINK動態(tài)仿真一、實驗目的1.掌握SIMULINK動態(tài)仿真；2.熟悉MATLAB語言及應用環(huán)境二、實驗環(huán)境網絡計算機系統(tǒng)，MATLAB語言環(huán)境三、實驗內容

5、Simulink的基本操作(1)運行Simulink(2)常用的標準模塊(3)模塊的操作系統(tǒng)仿真及參數設置(1)算法設置(Solver)(2)工作空間設置(WorkspaceI/O)某系統(tǒng)框圖如圖所示，試用SIMULINK進行仿真，并比較在無飽和非線性環(huán)節(jié)下系統(tǒng)仿真結果。FJScopeS_X邑日旨卞1Time-uffset:0X日a26810Scopea.8ba.6ka.4ka.2kTime-offset:0MScopelX3&題ya遐筠坯0i%-1a.sa.G0.40.2a246810TiE&offset:0四、實驗體會通過本次實驗，我體會到了simlink強大的仿真建模功能，通過仿真實驗，

6、我們可以觀測到部分模塊對系統(tǒng)整體的影響，從而可以更好的調節(jié)系統(tǒng)，使其工作在最佳狀態(tài)。同時，本次實驗也讓我對matlab的使用進一步熟悉起來。實驗三PID控制器設計一實驗目的1.了解PID控制原理，掌握相應PID控制器設計仿真程序的應用;2掌握計算機輔助系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標的計算；3掌握計算機輔助系統(tǒng)頻率性能分析；二實驗環(huán)境網絡計算機系統(tǒng)（新校區(qū)機電大樓D520）,MATLAB語言環(huán)境三實驗內容已知如圖所示單位反饋系統(tǒng)500s+5000s5+33s4+337s3+1775s2+4950s+5000要求：繪制系統(tǒng)的開環(huán)Nyquist圖和Bode圖，并判斷該閉環(huán)系統(tǒng)是否穩(wěn)定。應用ZieglerNicho

7、ls方法設計P控制器、PI控制器和PID控制器。計算比較原系統(tǒng)與P控制系統(tǒng)、PI控制系統(tǒng)、PID控制系統(tǒng)的瞬態(tài)性能指標。實驗程序：clearclcsys=tf(5005000,133337177549505000);figure(1)nyquist(sys)Re,Im,w1=nyquist(sys);gridonfigure(2)bode(sys)mag,phase,w2=bode(sys);gridonsysclose=feedback(sys,1);z,p,k=zpkdata(sysclose,v)Frequericy(rad/s)dp】2PEC耆|A|(常9asLH實驗二function

8、sysc,Kp,Ti,Td=pidmargin(sys,type)margin(sys)Gm,Pm,Wg,Wc=margin(sys);Kcr=Gm;Wcr=Wg;Tcr=2*pi/Wcr;switchtypecase1dispPControler)Kp=0.5*KcrTiNoDesignTdNoDesignsysc=Kp;case2dispPIControler)Kp=0.4*KcrTi=0.8*TcrTdNoDesignsysc=Kp*(1+tf(1,Ti,0);case3dispPIDControler)Kp=0.6*Kcr;Ti=0.5*TcrTd=0.12*Tcrsysc=Kp*(1

9、+tf(1,Ti,0)+tf(Td,0,1);end實驗三clfnum=5005000;den=133337177549505000sys=tf(num,den);sysgroup=feedback(sys,1);%DesignP-PI-PIDControlerfori=1:3type=i;sysc,Kp,Ti,Td=pidmargin(sys,type);sysopen=sysc*sys;sysclose=feedback(sysopen,1);sysgroup=append(sysgroup,sysclose);endclffori=1:4subplot(2,2,i)step(sysgro

10、up(i,i)step(sysgroup(i,i)num,den=tfdata(sysgroup(i,i),v)Finalvalue=polyval(num,0)/polyval(den,0)%Computeovershooty,t=step(sysgroup(i,i);Ymax,k=max(y);Peaktime=t(k)OvershootPercent=100*(Ymax-Finalvalue)/Finalvaluen=1;whiley(n)0.1*Finalvalue,n=n+1;endm=1;whiley(m)0.98*Finalvalue&y(r)-IFcn5IntegratorsT

11、oWorkspace4velocityjrontcarStepInputl-40Sum?.t|.1(.1-Jiir屮門屮一I:匸iTL-uir；Constant20ScopelrElative_displa匚亡menl:52+2*0.7*23+17elocily_backcarConstintlSum3ToWarlispace3TransferFcriSToWoriiSpaceTransferF匚崗500MuxFcn7SaturatiorvlGain7du/dt礙FuzzyLogicConfrollerCartesiantoPolarDerivativeFcn3GClackTaWorkspac

12、e1ToWortepaceG|edToWorkspace?nk-ic-0vik:：IJI5圖2系統(tǒng)simulink仿真模型第二步設計模糊邏輯規(guī)則（參考下文，不要自己再設計）。以誤差量（兩車距離）及誤差對時間的變化量作為輸入進行模糊規(guī)則設計。本例采用位置型模糊控制器，即控制規(guī)則的條件為：ife為AandAe為Bthenu為C。按一般方法，可得一套控制規(guī)律如表1所示表1控制規(guī)律eNBNMZEPMPBePBPBPMPMZENBNMZEPMPBNMNMNBNM表中P=POSITIVEN=NEGATIVEZE=ZEROM=MEDIUMB=BIG表1所示的控制規(guī)則庫中尚有一些空缺，為了防止受控對象因為無效

13、條件而失控，可以將（e,e）按下式轉換為極坐標（r,9）r=：e2+Ae2,9=cos-i()r而將規(guī)則庫填滿，從而得到表2所示極坐標形式的模糊控制規(guī)則：表2極坐標形式的模糊控制規(guī)則yNBZEPB9PBZENMNBPMZEPMPBZEZEPMPBNMZENMNBNBZENMNB由上表可知，此例中，我們分別將分為PBZENB分為PBPMZENMNB分為PBPMZENMNB根據該表可以寫出15條規(guī)則。如，對應表中第二行、第三列的規(guī)則為9y因此if（yisPB）and（9isPM）then（yisPB）等等。第三步設計隸屬函數（參考下文，不要自己再設計）。圖3input的隸屬度函數對輸入量r,9和輸出量y，均取三角形的隸屬函數，具體范圍與大小如圖3和4所示：pskrDmembereohfslxbemberO00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-0.500.51y86420000-1圖4output的隸屬度函數第四步，根據前面的隸屬度函