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)： 自動(dòng)化12-1 學(xué)號(hào)： 1230130101 姓名： 一分析系統(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#姓名蔡慶剛學(xué)號(hào)1230130101班級(jí)自動(dòng)化12-11 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。2 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.程序截圖得到階躍響應(yīng)曲線得到響應(yīng)指標(biāo)截圖如下2.求取零極點(diǎn)程序

2、截圖得到零極點(diǎn)分布圖3.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(jiǎn)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。二單容過程的階躍響應(yīng)一、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和，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

3、型圖，其仿真模型為2過程階躍響應(yīng)曲線為三單容過程的階躍響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 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，H(s)為單位反饋，且在第二個(gè)和第三個(gè)環(huán)節(jié)（即和）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，積分時(shí)間常數(shù)分別取，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。三、實(shí)驗(yàn)步驟1. 在Simulink中建立仿真模型，其模型為2. 運(yùn)行模型后，雙擊Scope，得到的單位階躍響應(yīng)曲線為3.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

4、動(dòng)響應(yīng)曲線為四PID控制器參數(shù)整定一、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(jiǎn)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。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已知控制系統(tǒng)如下圖所示，其中，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2. 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3.根據(jù)臨界振蕩經(jīng)驗(yàn)公式

5、計(jì)算P控制時(shí)的比例放大系數(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)曲線。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41 臨界比例度法整定經(jīng)驗(yàn)公式5. 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P

6、ID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42 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)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 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)，

7、q2為二次擾動(dòng)，為主對(duì)象，為副對(duì)象，r為系統(tǒng)輸入，q1、q2、r均為單位階躍函數(shù)，在示波器上觀測(cè)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)。2. 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

8、單回路控制系統(tǒng)。在Simulink中建立仿真模型，如下（1） 主控制器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。（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51 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3：1 4：1 4：14：1 4：1 4：1調(diào)節(jié)時(shí)間（s）280 280 28070 80 70余差00二次擾動(dòng)最大

9、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)整定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 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：，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。其仿真模型運(yùn)行程序得到2. 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3繪制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線。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61 主副調(diào)節(jié)器整定參數(shù)KpTiT

10、dP主副10PI主910副8PID主副七控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型一、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，試?yán)肧imulink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。其運(yùn)行結(jié)果 2. 用numc,denc=cloop(num,den,-1)命令獲取傳遞函數(shù)模型結(jié)果如下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。其仿真模型運(yùn)行結(jié)果八系統(tǒng)可控性可觀性分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 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:利用MAT