自動控制設(shè)計(自動控制原理課程設(shè)計)

自動控制原理課程設(shè)計PID自動控制MATLAB仿真。通過本課程設(shè)計的實踐，掌握自動控制理論工程設(shè)計的基本方法和工具。1某生產(chǎn)過程設(shè)備如圖1所示，由液容為C1和C2的兩個液箱組成，圖中Q為穩(wěn)態(tài)液體流量(m/s)Q為液箱A輸入水流量對穩(wěn)態(tài)值的微小變化(m/s)，33iQ為液箱A到液箱B流量對穩(wěn)態(tài)值的微小變化(m/s)Q為液箱B輸出水流312量對穩(wěn)態(tài)值的微小變化(m/s)，h為液箱A的液位穩(wěn)態(tài)值(m)，h為液箱A液311面高度對其穩(wěn)態(tài)值的微小變化(m)h為液箱B的液位穩(wěn)態(tài)值(m)h為液箱B22液面高度對其穩(wěn)態(tài)值的微小變化(m)，R,R分別為A，B兩液槽的出水管液阻12(m/(m/s))。設(shè)u為調(diào)節(jié)閥開度(m)。32已知液箱A液位不可直接測量但可觀，液箱B液位可直接測量。Q+Q△iiA△B圖1某生產(chǎn)過程示意圖要求1.建立上述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；2.對模型特性進行分析，時域指標(biāo)計算，繪出bode,乃示圖，階躍反應(yīng)曲線3.對B容器的液位分別設(shè)計：P，，PD，PID控制器進行控制；4.對原系統(tǒng)進行極點配置，將極點配置在－1＋j和－1－j5.設(shè)計一觀測器，對液箱A6.如果要實現(xiàn)液位h2的控制，可采用什么方法，怎么更加有效？試之。用MATLAB對上述設(shè)計分別進行仿真。（提示：流量液位h/液阻，液箱的液容為液箱的橫斷面積，液阻R=液面差變化/流量變化hQ2一、對系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模如圖一所示，被控參數(shù)h的動態(tài)方程可由下面幾個關(guān)系式導(dǎo)出：2dh液箱A：QQC1i11dh液箱B：QQC2122Rh/Q111Rh/Q222QKuiu消去中間變量，可得：d2hhTTTT)hKu22121222式中，C,C——兩液槽的容量系數(shù)12R,R——兩液槽的出水端阻力12TRC——第一個容積的時間常數(shù)111TRC——第二個容積的時間常數(shù)222KKR_雙容對象的放大系數(shù)u2其傳遞函數(shù)為：H(S)K2U(S)212H(S)11222單位階躍響應(yīng)的MATLAB程序：xlabel('(sec)');ylabel('');title('二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)'階躍反應(yīng)曲線：ppdsppH(S)122用MATLAB繪制的奈氏圖如下圖2所示，其程序如下：oogg所示，其程序如下：I=0;（3）PD控制：P=9，，；H(S)K根據(jù)傳遞函數(shù)G(S)2U(S)TTS()1TTS12212d2hh得微分方程TTTT)hKu22121222令hx,hx,hx212222得狀態(tài)方程1xx21TTxx1xKu21TT2TT1221201xx01TT即：＋u111TT122xxKTT1222輸出：yx1令;xx12xx2xu212010xx即：＋u11x0.251x122用MATLAB確定狀態(tài)反饋矩陣，使得系統(tǒng)閉環(huán)極點配置在（-1+j,-1-j）,程序如下：運行結(jié)果為K=1.7500仿真：1.0000K2212d221222212222xx21TTx2201xx01＋u112xK22輸出：yx1全維觀測器的建立：g1g20101gg11AGC1T1TT12011TTTgg21TT2TT12TT1222121gTT1g1detIAGCdet(g)211TT21TT21g1TT122TT12TT12212期望特征式：f()(a)()2a2aa2(a為設(shè)定值）2對比1式和2式，得TTg2a21TT2121ga12TT12得1ggTTa1221TT21TT2a212gG1g2所以全維狀態(tài)觀測器得方程是?()?()xAGCxGybu01g0g11TT1TT?(y)u1g2g2KTT12212本實驗中，需觀測的狀態(tài)為水箱A溶液的液位h，1建立數(shù)學(xué)模型11dt21212?11u0?x1yx2