控制原理大作業(yè)

1、控制理論與應(yīng)用大作業(yè)學(xué)部：運(yùn)載工程與力學(xué)學(xué)部學(xué)院：汽車工程學(xué)院班級：運(yùn)英1301學(xué)生姓名：盛鑫學(xué)號：201373028大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology.作業(yè)題目：某直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)以以下圖所示，此中電機(jī)電樞傳達(dá)函數(shù)中的參數(shù)K為你學(xué)號的最后兩位數(shù)字。試按以下要求完成設(shè)計(jì)與解析，可團(tuán)隊(duì)完成，亦可單獨(dú)完成，團(tuán)隊(duì)成員不超出三人。直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)寫出被控對象的傳達(dá)函數(shù)。設(shè)計(jì)PID控制器，解析控制器參數(shù)調(diào)理對單位階躍響應(yīng)的影響。在實(shí)質(zhì)工程應(yīng)用中，常常需要對控制器的輸出進(jìn)行限幅，請對限幅前后的系統(tǒng)性能進(jìn)行比較解析，并舉例解析限幅的必需性。目前有多種改進(jìn)的PID控制

2、算法，請調(diào)研此中一種，并介紹其特色。請聯(lián)合自動控制系統(tǒng)的基天性能要求、各性能要求之間的關(guān)系或自動控制的基根源理，從以下幾個方面中采納一個主題說說本門課程學(xué)習(xí)對你的影響：（1）自動控制理念對社會、健康、安全、法律或文化的影響；（2）對你將來的研究、實(shí)踐、應(yīng)遵守的工程職業(yè)道德和規(guī)范、或應(yīng)履行的責(zé)任的影響。.參加人員姓名班級學(xué)號主要負(fù)責(zé)模塊得分盛鑫運(yùn)英201373028所有1302寫出被控對象的傳達(dá)函數(shù)。我的學(xué)號是201373028，K=28；被控對象的主要環(huán)節(jié)由G1G4構(gòu)成，其傳達(dá)函數(shù)為：經(jīng)過matlab編寫：s=tf(s);K=28;G1=K/(s+K);G2=13.33/s;G12=feedb

3、ack(G1*G2,1);G3=26347/(s+599);G4=5.2;G=G12*G3*G4G=5.114e07-s3+627s2+1.715e04s+2.236e05設(shè)計(jì)PID控制器，解析控制器參數(shù)調(diào)理對單位階躍響應(yīng)的影響。單位階躍輸入下，系統(tǒng)的希望輸出為1/H(s)=10.0118=84.7458。第一采納比率控制，令Kp分別取4、5、6、7、8，且Ti，Td=0時，繪制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線：s=tf(s);K=28;G1=K/(s+K);G2=13.33/s;G12=feedback(G1*G2,1);G3=26347/(s+599);G4=5.2;G=G12*G3*G4forKp=4

4、:8Gc=feedback(Kp*G,0.0118);step(Gc);holdon;.endlegend(Kp=2,Kp=3,Kp=4,Kp=5,Kp=6);holdoff;Kp調(diào)理對單位階躍響應(yīng)的影響由圖中可以看出，跟著比率系數(shù)Kp的增添，超調(diào)量增大，系統(tǒng)響應(yīng)速度加速，同時穩(wěn)態(tài)偏差減小。跟著Kp的連續(xù)增添，會使系統(tǒng)不穩(wěn)固。Kp連續(xù)增大系統(tǒng)響應(yīng).采納PI控制，固定比率系數(shù)Kp=3，令Ti取0.03,0.05,0.07時，繪制該系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線：s=tf(s);K=28G1=K/(s+K);G2=13.33/s;G12=feedback(G1*G2,1);G3=26347/(s+599);G

5、4=5.2;G=G12*G3*G4;Kp=1;forTi=0.05:0.02:0.09PIGc=tf(Kp*Ti1,Ti0);%PI控制器傳達(dá)函數(shù)Gc=feedback(PIGc*G,0.0118);step(Gc);holdon;endlegend(Ti=0.05,Ti=0.07,Ti=0.09);holdoff;Ti調(diào)理對單位階躍響應(yīng)的影響跟著積分時間常數(shù)Ti的增添，積分作用就越弱。由圖中可以看出，引入積分環(huán)節(jié)后，可以除掉系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差，從而改進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；Ti越大，系統(tǒng).的超調(diào)量越小，系統(tǒng)響應(yīng)速度減慢；反之，Ti越小，系統(tǒng)的超調(diào)量越大，系統(tǒng)響應(yīng)速度加速，會以致系統(tǒng)的相對穩(wěn)固性變差。(

6、3)采納PID控制，固定比率系數(shù)Kp=3，Ti=0.05，令Td分別取0.005,0.01,0.015時，繪制該系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線：s=tf(s);K=28G1=K/(s+K);G2=13.33/s;G12=feedback(G1*G2,1);G3=26347/(s+599);G4=5.2;G=G12*G3*G4;Kp=3;Ti=0.05;forTd=0.0050.010.015PIDGc=tf(Kp*Ti*TdTi1,Ti0);%PID控制器傳達(dá)函數(shù)Gc=feedback(PIDGc*G,0.0118);step(Gc),holdonendlegend(Td=0.005,Td=0.01,Td

7、=0.015)holdoff;Td調(diào)理對單位階躍響應(yīng)的影響跟著微分時間常數(shù)Td的增添，系統(tǒng)的響應(yīng)速度加速，調(diào)理時間減小，超調(diào)量降落，穩(wěn)固性獲取了提升。但系統(tǒng)對擾動的克制能力會減弱。在實(shí)質(zhì)工程應(yīng)用中，常常需要對控制器的輸出進(jìn)行限幅，請對限幅前后的系統(tǒng)性能進(jìn)行比較解析，并舉例解析限幅的必需性。.取控制器參數(shù)Kp=3，Ti=0.07，Td=0.01，建立Simulink下的系統(tǒng)仿真模型以以下圖。由示波器ControlValue可以觀察PID控制器的輸出（控制量）曲線在控制量輸出地點(diǎn)增添Saturation模塊，將控制器的輸出限制在-0.50.5之間.并與未限幅的系統(tǒng)性能進(jìn)行比較解析，用于比較的Sim

8、ulink框架以以下圖。以下圖為Scope2顯示的系統(tǒng)階躍響對付照曲線，可以看出進(jìn)行控制量限幅后系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢，這是因?yàn)橄薹灾驴刂破鞯目刂茝?qiáng)度變?nèi)醯木売?。一種改進(jìn)方法是分段PID控制，即依據(jù)偏差的大小，設(shè)定不一樣的PID參數(shù)。在工程實(shí)質(zhì)中，限幅可防備控制器計(jì)算出的過大控制量施加到履行器或被控對象上，從而提高系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性、靠譜性及工作壽命。對于輸出控制，充發(fā)散揮了PLC在軟.件連鎖、互鎖方面的專長。目前有多種改進(jìn)的PID控制算法，請調(diào)研此中一種，并介紹其特色。增量式PID控制算法所謂增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出不過控制量的增量(k)。增量式PID控制系統(tǒng)框圖如圖2-3所示。當(dāng)履行機(jī)

9、構(gòu)需要的是控制量的增量時，可以由式(2-4)導(dǎo)出供給增量的PID控制算式。依據(jù)遞推原理可得:k-1（2-4）u(k-1)=Kpe(k-1)+KIe(j)+Kde(k-1)-e(k-2)j=0用式(2-3)減去式(2-4)，可得：u(k)=u(k-1)+Kpe(k)-e(k-1)+KIe(k)+KDe(k)-2e(k-1)+e(k-2)（2-5）式(2-5)稱為增量式PID控制算法。增量式控制算法的長處是誤動作小，便于實(shí)現(xiàn)無擾動切換。當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時，可以保持原值，比較簡單經(jīng)過加權(quán)辦理獲取比較好的控制成效。但是因?yàn)槠浞e分截?cái)嘈?yīng)大，有靜態(tài)偏差，溢出影響大。因此在選擇時不行混作一談。請聯(lián)合自動控

10、制系統(tǒng)的基天性能要求、各性能要求之間的關(guān)系或自動控制的基根源理，從以下幾個方面中采納一個主題說說本門課程學(xué)習(xí)對你的影響：（1）.自動控制理念對社會、健康、安全、法律或文化的影響；（2）對你將來的研究、實(shí)踐、應(yīng)遵守的工程職業(yè)道德和規(guī)范、或應(yīng)履行的責(zé)任的影響。自動控制系統(tǒng)的基天性能要求包含穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個方面，其余還包含適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性等。同一系統(tǒng)這三方面的性能是互相限制的。提升了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，可能使動向性能變壞；快速性的改進(jìn)可能會惹起系統(tǒng)的激烈振蕩；安穩(wěn)性好的系統(tǒng)又可能很緩慢。自動控制的基根源理即是采納不一樣的系統(tǒng)校訂方式，確立被控對象的輸入，以使輸出盡可能吻合給定的最正確要求，從而提升系統(tǒng)性能。法（控制器）的作用可以分為規(guī)范作用與社會（被控對象）作用（即產(chǎn)生控制量）。