車行控制電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車磁懸浮列車其空氣隙分解

1、車行控制電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車磁懸浮列車及其空氣隙分解車行控制電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車磁懸浮列車及其空氣隙分解44/44車行控制電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車磁懸浮列車及其空氣隙分解目錄一、課程設(shè)計(jì)背景：1）電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車工作原理2）機(jī)車牽引性能的基本看法3）磁懸浮列車及其空氣隙二、控制對(duì)象建模1）電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車角速度控制過(guò)程模型2）磁懸浮列車空氣隙控制過(guò)程模型三、控制對(duì)象分析及控制策略確立四、對(duì)“電機(jī)車”控制器設(shè)計(jì)及參數(shù)整定1）PID衰減振蕩法2）根軌跡法設(shè)計(jì)控制器3）狀態(tài)空間模型法4）頻域控制法（超前滯后校訂）五、控制方法比較及分析六、對(duì)“磁懸浮空氣隙”控制器設(shè)計(jì)及參數(shù)整定1）PID衰減振蕩法2）頻域控制法1一、課程設(shè)計(jì)背

2、景：（1）電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車工作原理電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車是鐵路上常用的一種內(nèi)燃機(jī)車。它使用柴油機(jī)帶動(dòng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)，將電流輸給牽引電動(dòng)機(jī)，再經(jīng)過(guò)齒輪傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)車運(yùn)轉(zhuǎn)。有直直流電傳動(dòng)（發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)都是直流的），交直流電傳動(dòng)，交溝通電傳動(dòng)三種方式。電力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的能量傳輸過(guò)程是由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)主發(fā)電機(jī)發(fā)電，而后向牽引電動(dòng)機(jī)供電使其旋轉(zhuǎn)，并經(jīng)過(guò)牽引齒輪傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)車車輪的旋轉(zhuǎn)。電力傳動(dòng)原理圖如圖1：圖1電力傳動(dòng)工作原理1柴油機(jī)；2牽引起電機(jī)；3電路；4牽引電動(dòng)機(jī)；5主動(dòng)齒輪；6從動(dòng)齒輪；7動(dòng)輪2）機(jī)車牽引性能的基本看法機(jī)車牽引列車運(yùn)轉(zhuǎn)是因?yàn)樗鼡碛邢喈?dāng)大的牽引力，用來(lái)戰(zhàn)勝列車起動(dòng)時(shí)和運(yùn)行中所受的阻力。機(jī)車牽引力（

3、F）和運(yùn)轉(zhuǎn)速度（V）的乘積，就是機(jī)車的功率（P），即FVP，常用“千瓦”做單位。任何一種機(jī)車，它的最大功率是必定的，叫做標(biāo)稱功率。機(jī)車在牽引列車時(shí)，所遇到的阻力是常常變化的。當(dāng)阻力增大時(shí)，機(jī)車就要發(fā)揮出更大的牽引力來(lái)戰(zhàn)勝它；反之，當(dāng)阻力減小時(shí)，牽引力就能夠小一點(diǎn)。為了充分利用機(jī)車的功率，要求機(jī)車在各樣不一樣運(yùn)轉(zhuǎn)阻力的狀況下，都能擁有恒功率輸出性能。這就要使FV常數(shù)?？梢?jiàn)牽引力和速度之間應(yīng)看作反比關(guān)系：當(dāng)速度小時(shí)，牽引力大；速度大時(shí)，牽引力小。把對(duì)F和V的這類要求表示在座標(biāo)上，應(yīng)當(dāng)是一條雙曲線，如圖2所示：2圖2機(jī)車?yán)硐霠恳阅芮€這條曲線叫做機(jī)車?yán)硐霠恳阅芮€，不論任何一種機(jī)車的牽引性能，都

4、應(yīng)與它相符合。自然，曲線的兩頭不可以無(wú)窮延伸。左端，牽引力不可以超出輪軌之間的粘著力，不然車輪會(huì)空轉(zhuǎn)；右端，速度也不可以超出機(jī)車結(jié)構(gòu)所能同意的范圍。電力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車是由牽引電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)齒輪驅(qū)動(dòng)的，所以機(jī)車牽引力和速度取決于牽引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，從而也就決定了機(jī)車的牽引特征。直流串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)的速率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系如圖3所示：圖3直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系它所擁有的工作特征最適合于機(jī)車牽引的要求。即機(jī)車上坡或負(fù)載增加時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩較大，而轉(zhuǎn)速較低，反之，則轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速上漲。在電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車上，牽引電動(dòng)機(jī)一般都采納直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。這是因?yàn)檫@種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速能依據(jù)列車運(yùn)轉(zhuǎn)阻力和線路條件的變化

5、自動(dòng)進(jìn)行調(diào)理。當(dāng)機(jī)車上坡運(yùn)轉(zhuǎn)或負(fù)載加大時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速能跟著轉(zhuǎn)矩的增大而自動(dòng)降低，二者的關(guān)系特別湊近理想牽引性能曲線，能夠滿足列車牽引的要求。在內(nèi)燃機(jī)車交-直流傳動(dòng)系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)依據(jù)功率偏差信號(hào)使勵(lì)磁電流發(fā)生變化，牽引起電機(jī)輸出功率隨之改變，從而在保持柴油機(jī)輸出功率恒定的基礎(chǔ)上，調(diào)理電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的速度控制。（3）磁懸浮列車及其空氣隙磁懸浮列車是一種靠磁懸浮力（即磁的吸力和排擠力）來(lái)推進(jìn)的列車。因?yàn)槠滠壍赖拇帕κ怪畱腋≡诳罩?，行走時(shí)不需接觸地面，所以其阻力只有空氣的阻3力。磁懸浮列車的最高速度能夠達(dá)每小時(shí)500公里以上。磁懸浮列車?yán)谩巴源艠O相斥，異性磁極相吸”的原理，讓磁鐵擁有抗拒地

6、心引力的能力，使車體完整離開(kāi)軌道，懸浮在距離軌道約1厘米處，凌空行駛。因?yàn)榇盆F有同性相斥和異性相吸兩種形式，磁懸浮列車所以也有兩種相應(yīng)工作形式：一種是利用磁鐵同性相斥原理而設(shè)計(jì)的電磁運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的磁懸浮列車，它利用車上超導(dǎo)體電磁鐵形成的磁場(chǎng)與軌道上線圈形成的磁場(chǎng)之間所產(chǎn)生的相斥力，使車體懸浮運(yùn)轉(zhuǎn)的鐵路；另一種則是利用磁鐵異性相吸原理而設(shè)計(jì)的電動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的磁懸浮列車，它是在車體底部及雙側(cè)倒轉(zhuǎn)向上的頂部安裝磁鐵，在T形導(dǎo)軌的上方和伸臂部分下方分別設(shè)反作用板和感覺(jué)鋼板，控制電磁鐵的電流，使電磁鐵和導(dǎo)軌間保持1015毫米的空隙，并使導(dǎo)軌鋼板的吸引力與車輛的重力均衡，從而使車體懸浮于車道的導(dǎo)軌面上運(yùn)轉(zhuǎn)。磁

7、懸浮列車上裝有電磁體，鐵路底部則安裝線圈。通電后，地面線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)極性與列車上的電磁體極性總保持相同，二者“同性相斥”，排擠力使列車懸浮起來(lái)。鐵軌雙側(cè)也裝有線圈，溝通電使線圈變成電磁體。它與列車上的電磁體互相作用，使列車行進(jìn)。列車頭的電磁體（N極）被軌道上靠前一點(diǎn)的電磁體S極）所吸引，同時(shí)被軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體（N極）所排擠，結(jié)果是一“推”一“拉”。這樣，列車因?yàn)殡姶艠O性的變換而得以連續(xù)向前奔馳。而空氣隙，即運(yùn)轉(zhuǎn)中磁懸浮列車與軌道之間保持的空氣空隙。因?yàn)檐壍啦黄教挂约败嚿碜兓瘑?wèn)題，空氣隙寬度會(huì)發(fā)生改變，對(duì)空氣隙進(jìn)行精巧控制能夠保證列車的高速、安全行駛。（右為磁懸浮列車工作原理圖）4二、控制

8、對(duì)象建模對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行建模是進(jìn)行研究與控制器設(shè)計(jì)中重要的一步，對(duì)詳細(xì)現(xiàn)象進(jìn)行總結(jié)概括、定量研究并試試成立控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，并最后得出控制對(duì)象的傳達(dá)函數(shù)即控制對(duì)象建模。1）電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車角速度控制過(guò)程模型經(jīng)過(guò)關(guān)于電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車工作原理的研究可大概畫出電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車角速度控制過(guò)程模型的方框圖：電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的速度控制方框圖已知電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的角速度控制過(guò)程模型為：G(s)KgKm(RfLfs)(RtLts)(Jf)KmKb可有各個(gè)參數(shù)帶入后算得傳達(dá)函數(shù)：G(s)10000.03s30.53s23.12s8.22）磁懸浮列車空氣隙控制過(guò)程模型：經(jīng)過(guò)關(guān)于磁懸浮列車工作原理的研究可大概畫出電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)

9、車角速度控制過(guò)程模型的方框圖：5已知磁懸浮列車的空氣空隙被控過(guò)程模型為s4G(s)2)2(s三、控制對(duì)象分析及控制策略確立（1）電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的速度控制題目：已知電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的角速度控制過(guò)程模型為：KgKmG(s)(RfLfs)(RtLts)(Jsf)KmKb將已知參數(shù)代人可得：1000G(s)1000G(s)0.53S23.12S8.2(10.1s)(20.3s)(s1)6.20.03S3設(shè)計(jì)一個(gè)控制器Gc(s),使電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的速度控制系統(tǒng)達(dá)到性能指標(biāo)：階躍響應(yīng)穩(wěn)態(tài)偏差ess2%;%10%；ts1s。原傳函辦理：a)在matlab界面中輸入s1=tf(1000,0.030.533.12

10、8.2);rltool(s1)能夠獲取原系統(tǒng)的bode圖，從中能夠看到PM小于零，則系統(tǒng)不穩(wěn)固。6圖4原系統(tǒng)的bode圖圖5原系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)圖依據(jù)題目要求中的穩(wěn)態(tài)偏差小于2%（取1.5%），先算出控制器的Kc。c)在matlab界面中輸入s1=tf(538.5,0.030.533.128.2);rltool(s1)進(jìn)行一系列調(diào)整，詳細(xì)調(diào)整過(guò)程見(jiàn)第四大點(diǎn)。得出最后結(jié)果。關(guān)于穩(wěn)固性的分析：關(guān)于原系統(tǒng)來(lái)說(shuō)的PM為-58.4831，因?yàn)槠錇樨?fù)值，所7以原系統(tǒng)不穩(wěn)固。需要加入控制系統(tǒng)，使得其PM的值大于零，滿足系統(tǒng)穩(wěn)固要求。關(guān)于迅速的分析：關(guān)于原系統(tǒng)，因?yàn)槭遣环€(wěn)固的，所以調(diào)整時(shí)間為無(wú)量大。不滿足題目

11、要求的ts0.41。b）將系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳函導(dǎo)入rltool環(huán)境，令Kc=1.2，觀察只加入控制器增益時(shí)系統(tǒng)根軌跡,點(diǎn)擊Analysis下的ResponsetoStepCommond,觀察只加入控制器增益時(shí)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線18c）因?yàn)橄到y(tǒng)不穩(wěn)固，所以第一設(shè)計(jì)滯后控制器，以提升系統(tǒng)的穩(wěn)固性。在根軌跡上增加一對(duì)實(shí)零極點(diǎn)，經(jīng)過(guò)拖拽調(diào)整零極點(diǎn)的地點(diǎn)來(lái)使系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線穩(wěn)固而且湊近設(shè)計(jì)要求，調(diào)整后系統(tǒng)根軌跡和階躍響應(yīng)圖19此時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)固，超調(diào)量p=51.2%，調(diào)整時(shí)間ts=5.24，但仍不滿足要求。d）為了改良系統(tǒng)動(dòng)向性能，在此基礎(chǔ)上再增加一個(gè)零點(diǎn)，以后對(duì)零點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)，同時(shí)觀察系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線，使其動(dòng)

12、向性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。20此時(shí)系統(tǒng)的超調(diào)量p=7.8%，調(diào)整時(shí)間ts=0.995，階躍響應(yīng)穩(wěn)態(tài)偏差essr=0.68%，滿足設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)結(jié)束。此滯后超前控制器傳函為：(10.2s)(10.3s)Gc(s)1.2125s3）狀態(tài)空間模型法為了使用狀態(tài)空間模型法，需要先將原傳達(dá)函數(shù)化為能控標(biāo)準(zhǔn)型，同時(shí)將能控標(biāo)準(zhǔn)型改為狀態(tài)空間變量并在simulink長(zhǎng)進(jìn)行模擬：21Step11133333.33sssIntegrator1Integrator2IntegratorGain6Scope17.6666Gain4104Gain273.33Gain2今后，經(jīng)過(guò)wn、阻尼比與穩(wěn)態(tài)時(shí)間、超調(diào)量之間的關(guān)系進(jìn)

13、行計(jì)算，并經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)希望主導(dǎo)極點(diǎn)和梅遜公式列出方程組并計(jì)算的反應(yīng)矩陣，最后在simulink長(zhǎng)進(jìn)行模擬：Step11133333sssIntegrator1Integrator2IntegratorGain6Scope17.6666Gain412.65Gain5104simoutGainToWorkspace120Gain3273.33Gain2726.66Gain1simout1ClockToWorkspace122此時(shí)獲取圖像：4035302520151050012345678910可見(jiàn)此時(shí)穩(wěn)態(tài)時(shí)間和超調(diào)量都符合題意?？墒且?yàn)闋顟B(tài)空間模型法自己特色問(wèn)題，沒(méi)法經(jīng)過(guò)其自己調(diào)理階躍反應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值，故

14、在保存控制器基礎(chǔ)上，接入P控制器來(lái)減小穩(wěn)態(tài)值，結(jié)果如圖：Step1111000sssIntegrator1Integrator2IntegratorGain6Scope17.6666Gain412.65Gain5104simoutGainToWorkspace120Gain3273.33Gain2726.66Gain1simout1ClockToWorkspace1231.41.210.80.60.40.20012345678910可見(jiàn)此時(shí)穩(wěn)態(tài)時(shí)間小于1s、超調(diào)量小于10%，且最后穩(wěn)固于1，可見(jiàn)狀態(tài)空間調(diào)理法做出的控制器符合要求。（4）頻域控制法（超前滯后校訂）（1）在matlab界面中輸入s

15、1=tf(1000,0.030.533.128.2);rltool(s1)，得原系統(tǒng)bode圖50BodeDiagram)System:s1B0GainMargin(dB):-26.6d(Atfrequency(rad/sec):10.2edClosedLoopStable?Nouting-50M-1000)g-90ed(esa-180P-270System:s1-10PhaseMargin(deg):-158.5231010101010DelayMargin(sec):0.166Frequency(rad/sec)Atfrequency(rad/sec):31.7ClosedLoopStab

16、le?No24（2）確立控制器增益Kc:入采納essr1.8%時(shí)，計(jì)算出Kc=0.4474ess11.8%1KpKp54.56Kc8.254.560.44741000G(s)447.4故，此時(shí)的0.03S30.53S23.12S8.2)Bd(edtuingaMOpen-LoopBodeEditor(C)500-50G.M.:-19.6dBFreq:10.2rad/secUnstableloop-1000)-90ged(esah-180PP.M.:-48.7deg-270Freq:23.9rad/sec-101012310101010Frequency(rad/sec)原系統(tǒng)乘上Kc后的bode

17、圖分析：原系統(tǒng)乘上Kc后的bode圖中的數(shù)據(jù)仍就不可以滿足題目要求。故需要加入控制器。（3）控制規(guī)律的選擇與系統(tǒng)設(shè)計(jì)：在只加滯后控制器的狀況下，系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)整時(shí)間都不可以滿足題目要求。在只加超前控制器的狀況下，系統(tǒng)的超調(diào)量向來(lái)為無(wú)量大，相同不可以滿足題目要求。在滯后超前控制器的作用之下，系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間一下子變成2.22s，超調(diào)量從無(wú)量大一下子變成42.4%。說(shuō)明系統(tǒng)的迅速性、正確性在滯后超前控制器的作用下大大增大。4）控制仿真切驗(yàn)當(dāng)使用滯后超前控制器時(shí)，經(jīng)過(guò)頻頻調(diào)整零極點(diǎn)同時(shí)觀察單位階躍響應(yīng)動(dòng)向指25標(biāo)，最后確立出控制器的傳函（5）當(dāng)只加入滯后控制器后StepResponse1.81.6S

18、ystem:ClosedLoop:rtoy1.4I/O:rtoyPeakamplitude:1.61Overshoot(%):63.81.2Attime(sec):0.712e1dutiSystem:ClosedLoop:rtoylpI/O:rtoym0.8ASettlingTime(sec):9.290.60.40.20510152025300Time(sec)分析：在只加以后控制器的狀況下，系統(tǒng)的超調(diào)量向來(lái)為無(wú)量大，不可以滿足題目要求。當(dāng)只加入超前控制器后：26edutilpmA10StepResponse8System:ClosedLoop:rtoyI/O:rtoyPeakamplitu

19、de9.13Overshoot(%):NaN6Attime(sec)0.18420-2-400.020.040.060.080.10.120.140.160.18Time(sec)分析：在只加超前控制器的狀況下，系統(tǒng)的超調(diào)量向來(lái)為無(wú)量大，不可以滿足題目要求，而且調(diào)整到符合題意的參數(shù)花銷了大批時(shí)間。在滯后控制器以后加入超前控制后：27StepResponse1.41.2System:ClosedLoop:rtoySystem:ClosedLoop:rtoyI/O:rtoyI/O:rtoyPeakamplitude:1.24SettlingTime(sec):1.451Overshoot(%):2

20、6Attime(sec):0.3520.8edutilp0.6mA0.40.20-0.200.511.522.5Time(sec)分析：在滯后超前控制器的作用之下，系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間一下子變成1.45s，超調(diào)量從一下子變成26%。說(shuō)明系統(tǒng)的迅速性、正確性在控制器的作用下大大增大。最后結(jié)果，當(dāng)使用滯后超前控制器后：281StepResponse0.9System:ClosedLoop:rtoySystem:ClosedLoop:rtoyI/O:rtoyI/O:rtoyPeakamplitude:0.988SettlingTime(sec):0.9990.8Overshoot(%):0.656Atti

21、me(sec):1.230.7e0.6dutil0.5pmA0.40.30.20.100.511.522.50Gc0.4474Time(sec)(0.1S1)(0.14S1)(28S1)(0.038S1)由上圖可知，頻域分析法做出的控制器符合要求。29五、控制方法比較及分析經(jīng)過(guò)組內(nèi)的談?wù)撘约皩?duì)所得結(jié)果的比較研究，我們以為四種控制方法有以下特色：PID控制法：合用范圍廣，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，合用于簡(jiǎn)單的過(guò)程控制，而經(jīng)過(guò)衰減振蕩法確立的控制系統(tǒng)參數(shù)同時(shí)保證了系統(tǒng)的最后穩(wěn)固性，且關(guān)于超調(diào)量有很好的控制。可是其對(duì)穩(wěn)固時(shí)間的控制有限制性，在現(xiàn)代工業(yè)中的諸多較復(fù)雜的工藝過(guò)程中顯得尤其乏力。根軌跡控制法：操作簡(jiǎn)單，但

22、需要花銷大批時(shí)間在確立零極點(diǎn)個(gè)數(shù)以及地點(diǎn)的調(diào)整上。性能達(dá)標(biāo)，能夠較好的滿足題設(shè)條件。該方法在控制穩(wěn)態(tài)偏差性能方面較突出。狀態(tài)空間調(diào)理法：本方法無(wú)需多次測(cè)試數(shù)值，可經(jīng)過(guò)直接計(jì)算而確立控制器各參數(shù)值，而所參照量是由超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)時(shí)間得來(lái)的，所以在超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)時(shí)間的調(diào)理成效上特別優(yōu)秀。可是弊端在于沒(méi)法直接控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)值與穩(wěn)態(tài)偏差。頻域分析法：思路簡(jiǎn)單，可是調(diào)試數(shù)字上需要花銷大批精力，性能上，因?yàn)槭窍冉?jīng)過(guò)相位裕量進(jìn)行調(diào)試，故相位裕量及其有關(guān)的超調(diào)量、穩(wěn)準(zhǔn)時(shí)間等性能指標(biāo)較簡(jiǎn)單達(dá)到。六、對(duì)“磁懸浮空氣隙”控制器設(shè)計(jì)及參數(shù)整定關(guān)于第一問(wèn)，直接采納給K取不一樣的值進(jìn)行模擬的方法：）當(dāng)采納開(kāi)環(huán)串接方法時(shí)：-2(s

23、+5)(s-4)(s+10)(s+2)(s+2)StepZero-Pole1Zero-PoleScopexToWorkspacetClockToWorkspace1經(jīng)測(cè)試，當(dāng)K0時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)固；當(dāng)K取-2時(shí)，其響應(yīng)結(jié)果達(dá)標(biāo)：3076543210-1012345678910上圖即K=-2時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)曲線，但可見(jiàn)此時(shí)控制系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)固的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可見(jiàn)其性能其實(shí)不好。b）在閉環(huán)狀態(tài)下經(jīng)測(cè)試，當(dāng)-8.250K0時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)固，測(cè)試結(jié)果以以下圖：當(dāng)K趨近于無(wú)量小時(shí)：-7x103.532.521.510.50-0.501234567891031K=-8.25020151050-5012345678910因?yàn)榇艖腋?/p>

24、列車為復(fù)雜控制系統(tǒng)，只可使用閉環(huán)控制系統(tǒng)，可知此控制函數(shù)性能較差，在穩(wěn)態(tài)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)值上沒(méi)法達(dá)到很好的控制成效。（1）衰減振蕩法：調(diào)試得K=-2.406Ts=1.73clc;clear;g0=tf(1-4,144);kp=-2.406;sys=feedback(g0*kp,1);step(sys,0:0.01:10)圖像如圖：321.2StepResponseSystem:sysSystem:sysPeakamplitude:1.171Time(sec):2.78Overshoot(%):64.9Amplitude:0.821Attime(sec):1.05System:sys0.8FinalV

25、alue:0.7060.6edutil0.4pmA0.20-0.2-0.4123456789100Time(sec)此時(shí)第一個(gè)峰值與第二個(gè)峰值比值為yss=0.706;ans=(1.17-yss)/(0.821-yss)ans=4.0348以下分別進(jìn)行P控制器配置、PI控制器配置、PID控制器配置以及有關(guān)檢測(cè)：P控制器：取KP=K=-2.406仿真控制模型以下：-K-(s-4)(s+2)(s+2)StepGainZero-PoleScopexToWorkspacetClockToWorkspace133采納KP=-2.406所得階躍響應(yīng)圖像以下：X:1.048Y:7.39676X:2.78Y:

26、5.211X:9.855Y:4.48843210-1-2012345678910Kp=-1時(shí)，所得階躍響應(yīng)圖像如圖43.5X:1.475Y:3.6913X:9.555Y:3.1752.521.510.50-0.5-101234567891034Kp=-4時(shí)，系統(tǒng)在階躍響應(yīng)下臨界穩(wěn)2-4012345678910Kp=-3.9414121086420-2-405010015020025030035040035PI控制器：Kp=-1.9970Ti=0.865控制模型以下：-K-0.865s+1(s-4)0.865s(s+2)(s+2)StepGainTransferFcnZ

27、ero-PoleScopexToWorkspacetClockToWorkspace1所得圖像如圖：121086420-201.29210.47X:13.22Y:6.3345101536調(diào)理后Ti=1.76108X:1.232X:6.852X:15.39Y:8.183Y:6.272Y:6.3486420-20246810121416PID控制器：Kp=-3.0075Ti=0.519Td=0.173100.94949.6278X:8.279Y:6.356420-2-401234567891037調(diào)理Ti=1.44X:0.86878Y:7.3666X:2.079X:5.009Y:6.352Y:6.

28、352420-2-401234567再微調(diào)Td=0.187X:0.902Y:7.0136X:1.902X:5.512Y:6.35Y:6.352420-2-4012345638最后選定控制器：Kp=-3.0075Ti=1.44Td=0.187（2）頻域控制法：在matlab界面中輸入s1=tf(1-4,144);rltool(s1)得原系統(tǒng)bode圖BodeDiagram20System:ClosedLoop:rtoy0GainMargin(dB):-305)Atfrequency(rad/sec):0BdClosedLoopStable?No(ed-20utingaM-40-6090)45System:Close