1、自動控制原理及系統仿真課程設計學號：27姓名:至斌指導老師:一胡開明學院：機械與電子工程學院2013年11月目錄設計要求1設計報告的要求1題目及要求1（一）自動控制仿真訓練1（二）控制方法訓練19（三）控制系統的設計23心得體會27參考文獻28自動控制原理及系統仿真課程設計:設計要求:完成給定題目中，要求完成題目的仿真調試，給由仿真程序和圖形。自覺按規定時間進入實驗室，做到不遲到，不早退，因事要請假。嚴格遵守實驗室各項規章制度，實驗期間保持實驗室安靜，不得大聲喧嘩，不得圍坐在一起談與課程設計無關的空話，若違規，則酌情扣分。課程設計是考查動手能力的基本平臺，要求獨立設計操作，指導老師只檢查運行結

2、果，原則上不對中途故障進行排查。加大考查力度，每個時間段均進行考勤，計入考勤分數，按照運行的要求給由操作分數。每個人均要全程參與設計，若有1/3時間不到或沒有任何運行結果，視為不合格。二：設計報告的要求：1 .理論分析與設計2 .題目的仿真調試，包括源程序和仿真圖形。3 .設計中的心得體會及建議。三：題目及要求一)自動控制仿真訓練1.已知兩個傳遞函數分別為：G1(x)，,G2(x)33s13ss在MATLAB中分別用傳遞函數、零極點、和狀態空間法表示；MATLAB代碼：num=1den=31G=tf(num,den)EF=zero(G)ABCD=tf2ss(num,den)num=2den=3

3、10G=tf(num,den)EF=zero(G)ABCD=tf2ss(num,den)仿真結果：num=2den=310Transferfunction:23sA2+sE=Emptymatrix:0-by-10B=10C=0D=0num=1den=31Transferfunction:13s+1E=Emptymatrix:0-by-1F=A=B=1C=D=0在MATLAB中分別求出通過反饋、串聯、并聯后得到的系統模型。MATLAB代碼：num1=1den1=31G1=tf(num1,den1)num2=2den2=310G2=tf(num2,den2)G3=G1*G2G4=G1+G2仿真結果

4、：num1=1den1=31Transferfunction:13s+1num2=2den2=310Transferfunction:23sA2+sTransferfunction:9sA3+6sA2+sTransferfunction:3sA2+7s+29sA3+6sA2+s3一2系統的傳遞函數模型為G(s)4S37s竽百，判斷系統s10s35s50s24的穩定性。MATLAB代碼：num=172424den=110355024G=tf(num,den)p=eig(G)p1=pole(G)r=roots(den)仿真結果：num=172424den=110355024Transferfunc

5、tion:sA3+7sA2+24s+24sA4+10sA3+35sA2+50s+24p1=G2單位負反饋系統的開環傳遞函數為s（s2.73心22s2）,繪制根軌跡圖，并求生與實軸的分離點、與虛軸的交點及對應的增益。MATLAB代碼：num=1den=conv(10,122)rlocus(num,den)axis(-88-88)figure(2)r=rlocus(num,den);plot(r,'-')axis(-88-88)gtext('x')gtext('x')gtext('x')仿真結果：num=1den=0RootLoeus

6、有42Q心一爰:-_IE?u'rT.EE-RwmUsga5(10s 1)G(s)2s(s 0.2s 1)(0.5s 1),繪制系已知系統的開環傳遞函數為統的Bode圖和Nyquist,并能夠求生系統的幅值裕度和相角裕度。MATLAB代碼:s=tf('s')G=5*(10*s+1)/(s*(sA2+*s+1)*s+1)figure(1)bode(G)gridfigure(2)nyquist(G)gridaxis(-22-55)仿真結果：TransferfunctionsTransferfunction:50s+5sA4+sA3+sA2+sBodeDsgram-1噂1191

7、010FrequencyI'rad'secJ皆3強.j00Q百10HyquistCgram5C杷5.考慮如圖所示的反饋控制系統的模型，各個模塊為G(s)-24,Gc(s)口，H(s),用MATLAB語s32s23s4s30.01s1'句分別得由開環和閉環系統的階躍響應曲線。MATLAB代碼：num=4den=1234G=tf(num,den)G0=feedback(G,1)step(G0)y,t=step(G0)plot(t,y)num=1-3den=13G=tf(num,den)G0=feedback(G,1)step(G0)y,t=step(G0)plot(t,y)

8、num=1den=1G=tf(num,den)G0=feedback(G,1)step(G0)y,t=step(G0)plot(t,y)num1=4den1=1234G1=tf(num1,den1)num2=1-3den2=13G2=tf(num2,den2)num3=1den3=1G3=tf(num3,den3)G=G1*G2G0=feedback(G,G3)step(G0)y,t=step(G0)plot(t,y)figure(2)step(G)y,t=step(G)plot(t,y)仿真結果：num=4den=123Transferfunction:4sA3+2sA2+3s+4Trans

9、ferfunction:sA3+2sA2+3s+8y=+024*0y = +004 *num=1-3den=1Transferfunction:s-3s+3Transferfunction:s-3num=1den=Transferfunction:s+1Transferfunction:1s + 2y=0t=0numl=4deni=1234Transferfunction:4sA3+2sA2+3s+4num2=1-3den2=13Transferfunction:num3=1den3=Transferfunction:1s+1Transferfunction:4s-12sA4+5sA3+9sA

10、2+13s+12Transferfunction:sA2+s-12sA5+sA4+sA3+sA2+sy=+004*t=0xin"二）控制方法訓練微分先行控制4s設控制回路對象g（s）分別采用常規PID和微分先行PID4s1控制后系統輸由的響應曲線，比較改進后的算法對系統滯后改善的作用。Simulink仿真如下:PID C 5;*口1*廣Smith預估控制4s設控制回路對象g（s）",設計Smith預估控制器，分別采4s1用常規PID和Smith預估控制后系統輸由的響應曲線，比較改進后的算法對系統滯后改善的作用。Simulink仿真如下：$妃8PIDControl!GainE

11、Tgn#<Fch2TransportScopelOela卷大林算法控制2s e2s設被控對象傳函G(s)目標閉環傳遞函數(s)4s1試設計大林控制器，并在Matlab中進行驗證。Simulink仿真如下:Tfsn6Trgn可QtSoo州Delayr-Et:：pT三)控制系統的設計1 .雙容水箱串級控制系統的設計要求：完成雙容水箱控制系統的性能指標：超調量<30%,調節時間<30s,擾動作用下系統的性能較單閉環系統有較大的改進。1) .分析控制系統的結構特點設計合理的控制系統設計方案；2) .建立控制系統的數學模型，完成系統的控制結構框圖；3) .完成控制系統的主副控制器的控制

12、算法策略的選擇(PID),并整定相應的控制參數；4) .完成系統的MATLAB仿真，驗證控制算法的選擇，并要求達到系統的控制要求，完成系統的理論的設計。5) .寫生系統的PID算法控制程序等的軟件程序代碼（C語言或匯編語言）O以THJ-2型過程控制實驗對象測得的實驗數據為：上水箱直徑為25cm,高度為20cm,當電動閥輸生的開度為50時，得水泵流量為Q=min,水箱自平衡時的液位高度為，說明給定的頻率階躍信號適當，不會使系統動態特性的非線性因素增大，更不會引起系統輸由由現超調量的情況，在開度為50時下水箱的液位隨時間變化值如下表：T/min0123456789H/cm0T/min1011121

13、3141516171819H/cm下水箱直徑為35cm,高度為20cm,當電動閥開度為40時，得水泵流量為Q=min,水箱自平衡時的液位高度為，同樣說明給定的頻率階躍信號適當，在開度為40時時上水箱的液位隨時間變化值如下表：T/min0H/cm0T/minH/cmT/minH/cmSimulink仿真如下:L：d2 .基于數字控制的雙閉環直流電機調速系統設計要求：完成雙閉環的直流電機調速系統的微機控制設計，超調量<30%,調節時間<,穩態無靜差。分析控制的結構特點設計合理的控制系統的控制方案；選擇合適的檢測與執行元件和控制器，完成控制系統的硬件結構設計；建立系統的各控制參數的數學模

14、型；分別完成轉速和電流控制系統的控制算法的選擇和參數的整定，完成系統設計；完成系統的MATLAB仿真，驗證控制算法的選擇，并要求達到系統的控制要求，完成系統的理論的設計。設直流電機Pnom10kW,Unom220V,Inom53.5A,nnom1500r/min,電樞電阻Ra0.31,V-M系統的主電路總電阻R0.4,電樞電路的電磁時間常數Ta0.0128s,機電時間常數Tm0.042s,測速反饋系數kt0.0067v/rpm,系統的電流反饋系數ki0.72v/A,觸發整流裝置的放大系數Ks=30,三相平均失控時間Ts=,電流濾波時間常數Toi=,轉速環濾波時間常數Ton二。Simulink仿真如下：四、心得體會通過為期三天的課程設計，我有如下幾點感想:首先,通過這次課程設計讓我熟悉并掌握了MATLAB軟件的使用方法，而且通過頻繁地使用MATLAB對傳遞函數、零極點、狀態空間表達方法和串聯、并聯、反饋后得到的系統模型進行仿真，通過MATLAB繪制Bode圖、Nyquist圖，對系統穩定性進行判定等，復習了從MATLAB與控制系統仿真實踐中學到的知識，并加深了對其的理解與運用。其次，通過對微分先行控制、smith預估控制、大林算法控制進行調試仿真，明白了它們之間的區別,加深了對微分先行控制、smith預估控制