当前位置:文档之家› 控制系统仿真与设计课程设计报告

控制系统仿真与设计课程设计报告

控制系统仿真与设计课程设计报告
控制系统仿真与设计课程设计报告

《控制系统仿真与设计》课程设计报告

一、目录

摘要 (3)

一、概述 (3)

二、设计任务与要求 (4)

2.1 设计任务 (4)

2.2 设计要求 (4)

三、理论设计 (5)

3.1 方案论证 (5)

3.2 系统设计 (6)

3.2.1 电流调节器设计 (6)

3.2.2 速度调节器设计 (9)

四、系统建模及仿真实验 (11)

4.1 MATLAB 仿真软件介绍 (11)

4.2 仿真建模 (12)

4.3 仿真实验 (12)

五、总结与体会 (15)

参考文献 (15)

摘要

在直流双闭环调速系统教学中, 电流环和转速环参数的简化计算是教学关键环节, 文章针对某双闭环直流调速系统, 进行了参数的详细计算和电流环和转速环的设计, 并采用MA TL AB /SI MULI NK对实际系统进行了仿真, 给出了起动过程中的电枢电流和转速变化的波形, 并对结果进行了分析。结果表明在实验中引入MA TLAB /SI MULI NK仿真是对实际实验的良好补充, 能够加深学生对实验的认识。

关键词:MATLAB;直流调速;双闭环;转速调节器;电流调节器;干扰

一、概述

直流电动机具有调速性能好,起动转矩大,易于在大范围内平滑调速等优点,其调速控制系统历来在工业控制中占有及其重要的地位。随着电力技术的发展,特别是在大功率电力电子器件问世以后,直流电动机拖动将有逐步被交流电动机拖动所取代的趋势,但在中、小功率的场合,常采用永磁直流电动机,只需对电枢回路进行控制,相对比较简单。特别是在高精度位置伺服控制系统、在调速性能要求高或要求大转矩的场所,直流电动机仍然被广泛采用[2],直流调速控制系统中最典型一种调速系统就是速度、电流双闭调速系统。直流调速系统的设计要完成开环调速、单闭环调速、双闭环调速等过程,需要观察比较多的性能,再加上计算参数较多,往往难以如意。如在设计过程中使用Matlab中的SimuLink实用工具来辅助设计,由于它可以构建被控系统的动态模型,直观迅速观察各点波形,因此调速系统性能的完善可以通过反复修改其动态模型来完成,而不必对实物模型进行反复拆装调试[4]。Matlab中的动态建模、仿真工具SimuLink具有模块组态方便,性能分析直观等优点,可缩短产品的设计开发过程,也可以给教学提供了虚拟的实验平台。

二、 设计任务及要求

2.1设计任务

设计一个转速、电流双闭环直流调速系统,要求利用晶闸管供电,整流装置采用三相桥式电路。

直流电动机参数:

● 额定功率25KW ,额定电压220V ,额定电流136A ,

● 额定转速 1600r/m ,e C =0.132Vmin/r ,

● 允许过载倍数λ=1.5。

● 晶闸管装置放大系数:s K =40

● 电枢电阻:R a =0.5Ω

● 电枢回路总电阻:2Ra=1Ω

● 时间常数:机电时间常数m T =0.18s , 电磁时间常数l T =0.03s

● 电流反馈系数:β=0.05V/A

● 转速反馈系数:α=0.007v min/r

● 转速反馈滤波时间常数:on T =0.005s ,oi T =0.005s

● 总飞轮力矩:GD 2 =2.5N.m

● h=6

2.2设计要求

⑴ 系统稳态无静差,电流超调量 σi ≤ 5%;启动到额定转速时的转速退饱和超调量 σn ≤ 10%。

⑵ 系统具有过流、过压保护。

三、理论设计

3.1 方案论证

采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是,如果对系统的动态性能要求较高,例如:要求快速起制动,突加负载动态速降小等等,单闭环系统就难以满足需要。

是因为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。

在单闭环直流调速系统中,电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的,但它只能在超过临界电流值 Idcr以后,靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击,并不能很理想地控制电流的动态波形。

为了实现在允许条件下的最快起动,关键是要获得一段使电流保持为最大值I dm的恒流过程。按照反馈控制规律,采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变,那么,采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。

现在的问题是,我们希望能实现控制:

?起动过程,只有电流负反馈,没有转速负反馈;

?稳态时,只有转速负反馈,没有电流负反馈。

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,可在系统中设置两个调节器,分别调节转速和电流,即分别引入转速负反馈和电流负反馈。,把转速调节器 A S R的输出当作电流调节器 A C R的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置 G T , T A 为电流传感器, T G为测速发电机.从闭环结构上看,电流调节环在里面,叫做内环,转速调节环在外边,叫做外环,这样就形了转速、电流双闭环调速系

3.2 系统设计

计算机仿真课程设计报告

、 北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2010 ~2011 学年第 2学期 学生姓名:林泽佳专业班级:08自动化1班指导教师:钟秋海工作部门:信息学院一、课程设计题目 : 《控制系统建模、分析、设计和仿真》 本课程设计共列出10个同等难度的设计题目,编号为:[0号题]、[1号题]、[2号题]、[3号题]、[4号题]、[5号题]、[6号题]、[7号题]、[8号题]、[9号题]。 学生必须选择与学号尾数相同的题目完成课程设计。例如,学号为8xxxxxxxxx2的学生必须选做[2号题]。 二、课程设计内容 (一)《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计内容|

! " [2 有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见(二)。 (二)《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计要求及评分标准【共100分】 , 1、求被控对象传递函数G(s)的MATLAB描述。(2分) 2、求被控对象脉冲传递函数G(z)。(4分) 3、转换G(z)为零极点增益模型并按z-1形式排列。(2分) 4、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位加速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际 闭环系统稳定的要求。(6分) 5、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式,满足控制器Dy(z)可实现、最少拍和实际闭环系统稳 定的要求。(8分)

6、根据4、5、列写方程组,求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。 (12分) 7、求针对单位加速度信号输入的最少拍有波纹控制器Dy(z)并说明Dy(z)的可实现性。 (3分) ! 8、用程序仿真方法分析加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。(7分) 9、用图形仿真方法(Simulink)分析单位加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。 (8分) 10、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际 闭环系统稳定的要求。(6分) 11、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式,满足控制器Dw(z)可实现、无波纹、最少拍和实际 闭环系统稳定的要求。(8分) 12、根据10、11、列写方程组,求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。 (12分) 13、求针对单位速度信号输入的最少拍无波纹控制器Dw(z)并说明Dw(z)的可实现性。(3分) 14、用程序仿真方法分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。(7分) 15、用图形仿真方法(Simulink)分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。 & (8分) 16、根据8、9、14、15、的分析,说明有波纹和无波纹的差别和物理意义。(4分) 三、进度安排 6月13至6月14:下达课程设计任务书;复习控制理论和计算机仿真知识,收集资料、熟悉仿真工具;确定设计方案和步骤。 6月14至6月16:编程练习,程序设计;仿真调试,图形仿真参数整定;总结整理设计、 仿真结果,撰写课程设计说明书。 6月16至6月17:完成程序仿真调试和图形仿真调试;完成课程设计说明书;课程设计答 辩总结。 [ 四、基本要求

控制系统仿真课程设计报告.

控制系统仿真课程设计 (2011级) 题目控制系统仿真课程设计学院自动化 专业自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师王永忠/刘伟峰 完成日期2014年6月

控制系统仿真课程设计一 ———交流异步电机动态仿真 一 设计目的 1.了解交流异步电机的原理,组成及各主要单元部件的原理。 2. 设计交流异步电机动态结构系统; 3.掌握交流异步电机调速系统的调试步骤,方法及参数的整定。 二 设计及Matlab 仿真过程 异步电机工作在额定电压和额定频率下,仿真异步电机在空载启动和加载过程中的转速和电流变化过程。仿真电动机参数如下: 1.85, 2.658,0.2941,0.2898,0.2838s r s r m R R L H L H L H =Ω=Ω===, 20.1284Nm s ,2,380,50Hz p N N J n U V f =?===,此外,中间需要计算的参数如下: 21m s r L L L σ=-,r r r L T R =,22 2 s r r m t r R L R L R L +=,10N m TL =?。αβ坐标系状态方程: 其中,状态变量: 输入变量: 电磁转矩: 2p m p s r s L r d ()d n L n i i T t JL J βααωψψβ=--r m r r s r r d 1d L i t T T ααβαψψωψ=--+r m r r s r r d 1d L i t T T ββαβψψωψ=-++22s s r r m m m s r r s s 2r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ααβαα σψωψ+=+-+22 s s r r m m m s r r s s 2 r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ββαββ σψωψ+=--+[ ] T r r s s X i i αβαβωψψ=[ ] T s s L U u u T αβ=()p m e s s s s r n L T i i L βααβ ψψ=-

最优控制读书报告

最优控制读书报告 学院 专业 班级 姓名 学号

最优控制理论是现在控制理论的一个重要组成部分。控制理论发展到今天,经历了古典控制理论和现代控制理论两个重要发展阶段,现已进入了以大系统理论和智能控制理论为核心的第三个阶段。对于确定性系统的最优控制理论,实际是从20世纪50年代才开始真正发展起来的,它以1956年原苏联数学家庞特里亚金(Pontryagin)提出的极大值原理和1957年贝尔曼提出的动态规划法为标志。这些理论一开始被应用于航空航天领域,这是由于导弹、卫星等都是复杂的MIMO非线性系统,而且在性能上有极其严格的要求。时至今日,随着数字技术和电子计算机的快速发展,最优控制的应用已不仅仅局限于高端的航空航天领域,而更加渗入到生产过程、军事行动、经济活动以及人类的其他有目的的活动中。最优控制的发展成果主要包括分布式参数的最优控制、随机最优控制、自适应控制、大系统最优控制、微分对策等,可以这样讲,最有控制理论对于国民经济和国防事业起着非常重要的作用。 这个学期开设的最优控制课程,主要介绍的是静态优化,经典变分法以及极小值原理。对于静态优化的方法,解决的主要是如何求解函数的极值问题;变分法则被用来求解泛函的极值问题;极小值原理的方法,适用于类似最短时间控制、最少燃料控制的问题。另外,在这些的基础上,我们还学习研究了线性系统二次型指标的最优控制,即线性二次型问题(LQR)。 类似其他的控制理论与控制工程的专业课程,最优控制的基础不但是有关自动化、控制方面的内容,很大一部分可以说是高等数学,以及更加深刻的数学知识和理论。就这门课程而言,遇到的第一个比较重要的数学命题,就是关于泛函的问题。在学习泛函之前,我们都对于函数的定义非常清楚,简而言之,泛函就是“函数的函数”。在动态系统最优控制问题中,其性能指标就是一个泛函,而性能指标最优即泛函达到极值。

Simulink系统仿真课程设计

《信息系统仿真课程设计》 课程设计报告 题目信息系统课程设计仿真 院(系): 信息科学与技术工程学院 专业班级:通信工程1003 学生姓名: 学号: 指导教师:吴莉朱忠敏 2012年1 月14 日至2012年1 月25 日 华朴中科技大学武昌分校制 信息系统仿真课程设计任务书

20 年月日 目录 摘要 (5)

一、Simulink 仿真设计 (6) 1.1 低通抽样定理 (6) 1.2 抽样量化编码 (9) 二、MATLA仿真设计 (12) 2.1 、自编程序实现动态卷积 (12) 2.1.1 编程分析 (12) 2.1.2 自编matlab 程序: (13) 2.1.3 仿真图形 (13) 2.1.4 仿真结果分析 (15) 2.2 用双线性变换法设计IIR 数字滤波器 (15) 2.2.1 双线性变换法的基本知识 (15) 2.2.2 采用双线性变换法设计一个巴特沃斯数字低通滤波器 (16) 2.2.3 自编matlab 程序 (16) 2.2.4 仿真波形 (17) 2.2.5 仿真结果分析 (17) 三、总结 (19) 四、参考文献 (19) 五、课程设计成绩 (20) 摘要 Matlab 是一种广泛应用于工程设计及数值分析领域的高级仿真平台。它功能

强大、简单易学、编程效率高,目前已发展成为由MATLAB 语言、MATLAB 工作环境、MATLAB 图形处理系统、MATLAB 数学函数库和MATLAB 应用程序接口五大部分组成的集数值计算、图形处理、程序开发为一体的功能强大的系统。本次课程设计主要包括MATLAB 和SIMULINKL 两个部分。首先利用SIMULINKL 实现了连续信号的采样及重构,通过改变抽样频率来实现过采样、等采样、欠采样三种情况来验证低通抽样定理,绘出原始信号、采样信号、重构信号的时域波形图。然后利用SIMULINKL 实现抽样量化编码,首先用一连续信号通过一个抽样量化编码器按照A 律13折线进量化行,观察其产生的量化误差,其次利用折线近似的PCM 编码器对一连续信号进行编码。最后利用MATLAB 进行仿真设计,通过编程,在编程环境中对程序进行调试,实现动态卷积以及双线性变换法设计IIR 数字滤波器。 本次课程设计加深理解和巩固通信原理、数字信号处理课上所学的有关基本概念、基本理论和基本方法,并锻炼分析问题和解决问题的能力。

控制系统仿真与设计实验报告

控制系统仿真与设计实验报告 姓名: 班级: 学号: 指导老师:刘峰 7.2.2控制系统的阶跃响应 一、实验目的 1.观察学习控制系统的单位阶跃响应; 2.记录单位阶跃响应曲线; 3.掌握时间相应的一般方法; 二、实验内容 1.二阶系统G(s)=10/(s2+2s+10)

键入程序,观察并记录阶跃响应曲线;录系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率;记录实际测去的峰值大小、峰值时间、过渡时间,并与理论值比较。 (1)实验程序如下: num=[10]; den=[1 2 10]; step(num,den); 响应曲线如下图所示: (2)再键入: damp(den); step(num,den); [y x t]=step(num,den); [y,t’] 可得实验结果如下:

记录实际测取的峰值大小、峰值时间、过渡时间,并与理论计算值值比较 实际值理论值 峰值 1.3473 1.2975

峰值时间 1.0928 1.0649 过渡时间+%5 2.4836 2.6352 +%2 3.4771 3.5136 2. 二阶系统G(s)=10/(s2+2s+10) 试验程序如下: num0=[10]; den0=[1 2 10]; step(num0,den0); hold on; num1=[10]; den1=[1 6.32 10]; step(num1,den1); hold on; num2=[10]; den2=[1 12.64 10]; step(num2,den2); 响应曲线:

(2)修改参数,分别实现w n1= (1/2)w n0和w n1= 2w n0响应曲线试验程序: num0=[10]; den0=[1 2 10]; step(num0,den0); hold on; num1=[2.5]; den1=[1 1 2.5]; step(num1,den1); hold on; num2=[40]; den2=[1 4 40]; step(num2,den2); 响应曲线如下图所示:

matlab课程设计报告书

《计算机仿真及应用》课程设计报告书 学号:08057102,08057127 班级:自动化081 姓名陈婷,万嘉

目录 一、设计思想 二、设计步骤 三、调试过程 四、结果分析 五、心得体会 六、参考文献

选题一、 考虑如下图所示的电机拖动控制系统模型,该系统有双输入,给定输入)(t R 和负载输入)(t M 。 1、 编制MATLAB 程序推导出该系统的传递函数矩阵。 2、 若常系数增益为:C 1=Ka =Km =1,Kr =3,C2=0.8,Kb =1.5,时间常数T 1=5, T 2=0.5,绘制该系统的根轨迹、求出闭环零极点,分析系统的稳定性。若)(t R 和)(t M 分别为单位阶跃输入,绘制出该系统的阶跃响应图。(要求C 1,Ka ,Km ,Kr ,C2,Kb , T 1,T 2所有参数都是可调的) 一.设计思想 题目分析: 系统为双输入单输出系统,采用分开计算,再叠加。 要求参数均为可调,而matlb 中不能计算未赋值的函数,那么我们可以把参数设置为可输入变量,运行期间根据要求赋值。 设计思路: 使用append 命令连接系统框图。 选择‘参数=input('inputanumber:')’实现参数可调。 采用的方案: 将结构框图每条支路稍作简化,建立各条支路连接关系构造函数,运行得出相应的传递函数。 在得出传递函数的基础上,使用相应的指令求出系统闭环零极点、画出其根轨迹。 通过判断极点是否在左半平面来编程判断其系统是否稳定。 二.设计步骤 (1)将各模块的通路排序编号

(2)使用append命令实现各模块未连接的系统矩阵 (3)指定连接关系 (4)使用connect命令构造整个系统的模型 三.调试过程 出现问题分析及解决办法: 在调试过程出现很多平时不注意且不易寻找的问题,例如输入的逗号和分号在系统运行时不支持中文格式,这时需要将其全部换成英文格式,此类的程序错误需要细心。 在实现参数可调时初始是将其设为常量,再将其赋值进行系统运行,这样参数可调性差,后用‘参数=input('inputanumber:')’实现。 最后是在建立通路连接关系时需要细心。 四.结果分析 源代码: Syms C1 C2 Ka Kr Km Kb T1 T2 C1=input('inputanumber:') C2=input('inputanumber:') Ka=input('inputanumber:') Kr=input('inputanumber:') Km=input('inputanumber:') Kb=input('inputanumber:') T1=input('inputanumber:') T2=input('inputanumber:') G1=tf(C1,[0 1]); G2=tf(Ka*Kr,[0 1]); G3=tf(Km,[T1 1]); G4=tf(1,[T2 1]); G5=tf(1,[1 0]); G6=tf(-C2,1); G7=tf(-Kb,1); G8=tf(-1,1); Sys=append(G1,G2,G3,G4,G5,G6,G7,G8) Q=[1 0 0;2 1 6;3 2 7;4 3 8;5 4 0;6 5 0;7 4 0;8 0 0;]; INPUTS1=1; OUTPUTS=5; Ga=connect(Sys,Q,INPUTS1,OUTPUTS) INPUTS2=8; OUTPUTS=5; Gb=connect(Sys,Q,INPUTS2,OUTPUTS) rlocus(Ga)

课程设计之matlab仿真报告

西安邮电大学 专业课程设计报告书 院系名称:电子工程学院学生姓名:李群学号05113096 专业名称:光信息科学与技术班级:光信1103 实习时间:2014年4月8日至2014年4月 18日

一、课程设计题目: 用matlab 仿真光束的传输特性。 二、任务和要求 1、用matlab 仿真光束通过光学元件的变换。 ① 设透镜材料为k9玻璃,对1064nm 波长的折射率为1.5062,镜片中心厚度为3mm ,凸面曲 率半径,设为100mm ,初始光线距离透镜平面20mm 。用matlab 仿真近轴光线(至少10条)经过平凸透镜的焦距,与理论焦距值进行对比,得出误差大小。 ② 已知透镜的结构参数为101=r ,0.11=n ,51=d ,5163.121==' n n (K9玻璃), 502-=r ,0.12=' n ,物点A 距第一面顶点的距离为100,由A 点计算三条沿光轴夹角分别为10、20、 30的光线的成像。试用Matlab 对以上三条光线光路和近轴光线光路进行仿真,并得出实际光线的球差大小。 ③ 设半径为1mm 的平面波经凸面曲率半径为25mm ,中心厚度3mm 的平凸透镜。用matlab 仿 真平面波在透镜几何焦平面上的聚焦光斑强度分布,计算光斑半径。并与理论光斑半径值进行对比,得出误差大小。(方法:采用波动理论,利用基尔霍夫—菲涅尔衍射积分公式。) 2、用MATLAB 仿真平行光束的衍射强度分布图样。(夫朗和费矩形孔衍射、夫朗和费圆孔衍射、夫朗和费单缝和多缝衍射。) 3、用MATLAB 仿真厄米—高斯光束在真空中的传输过程。(包括三维强度分布和平面的灰度图。) 4、(补充题)查找文献,掌握各类空心光束的表达式,采用费更斯-菲涅尔原理推导各类空心光束在真空中传输的光强表达式。用matlab 对不同传输距离处的光强进行仿真。 三、理论推导部分 第一大题 (1)十条近轴光线透过透镜时,理想情况下光线汇聚透镜的焦点上,焦点到像方主平面的距离为途径的焦距F ,但由于透镜的折射率和厚度会影响光在传输过程中所走的路径(即光程差Δ)。在用MATLAB 仿真以前先计算平行光线的传输路径。,R 为透镜凸面的曲率半径,h 为入射光线的高度,θ1为入射光线与出射面法线的夹角,θ2为出射光线与法线的夹角,n 为透镜材料的折射率。设透镜的中心厚度为d ,则入射光线经过透镜的实际厚度为:L=(R-d) 光线的入射角为:sinq1=h/R 折射角度满足:sinq2=nsinq1 而实际的光束偏折角度为:θ2-θ1。 由此可以看出,当平行光线照射透镜时,在凸面之前光线平行于光轴,在凸面之后发生了偏折,于光轴交汇一点,这一点成为焦点f ,折线的斜率为(-tan(θ2-θ1))。 (2)根据题意可得,本题所讨论的是与光轴夹角不同的三条光线,经过透镜的两次反射后的成像问题。利用转面公式计算。

课程设计最终版

摘要 建模、控制与优化是控制理论要解决的主要问题。在这些问题中,广泛采用了现代数学方法,使得控制理论的研究不断深入,取得了丰硕的成果。建模是控制理论中所要解决的第一个问题。控制理论中的建模方法主要有两种,一是经验建模,二是根据物理规律建模。所研究的对象主要是动态模型,一般用微分方程或差分方程来描述。设计控制系统是控制理论的核心内容。在线性系统中,我们所用到的数学工具是拓扑、线性群。在非线性系统中,我们用到了微分几何。可以说微分几何是非线性控制理论的数学基础。优化是控制的一个基本目的,而最优控制则是现代控制理论的一个重要组成部分。例如庞特里亚金的极大值原理、贝尔曼的动态规划,都是关于优化和最优控制问题的。 本报告是对连续系统性能分析及闭环调节器设计,对系统的脉冲响应、能控性、能观测性、稳定性进行分析,然后通过状态反馈对系统进行极点配置,最后进行系统的仿真验证。复习、巩固和加深所学专业基础课和专业课的理论知识,综合运用经典控制理论与现代控制理论的知识,弄清楚其相互关系,使理论知识系统化、实用化;掌握基于状态空间分析法进行控制系统分析与综合的方法;训练利用计算机进行控制系统辅助分析与仿真的能力;掌握参数变化对系统性能影响的规律,培养灵活运用所学理论解决控制系统中各种实际问题的能力;培养分析问题、解决问题的独立工作能力,学习实验数据的分析与处理方法。最终达到增强我们的工程意识、联系实际问题设计、使理论与实践相结合的目的。 关键词:建模控制理论控制系统性能分析状态反馈仿真

目录 1 课题分析 (1) 2 MATLAB应用与系统模型建立 (2) 2.1MATLAB应用 (2) 2.1.1MATLAB 环境及基本命令 (2) 2.1.2 M 文件的编写 (3) 2.1.3图形处理 (3) 2.2系统模型建立 (4) 3 系统定量、定性分析 (6) 3.1能控性、能观性分析 (6) 3.1.1能观性、能观测性概念 (6) 3.1.2系统的能控性、能观测性分析 (7) 3.2系统稳定性分析 (8) 3.2.1系统稳定性概念 (8) 3.2.2系统稳定性分析 (8) 4输出反馈分析 (10) 4.1 输出反馈 (10) 4.2通过u Fy 给予反馈分析 (11) 5状态反馈与极点配置 (13) 5.1状态反馈 (13) 5.2极点配置 (14) 5.3闭环系统的状态反馈设计与极点配置 (14) 5.4已知输出求给定 (18) 6设计总结 (20) 参考文献 (21)

DDC单回路PID闭环控制系统的设计及实时仿真课程设计报告

课程设计(综合实验)报告 ( 2011-- 2012 年度第二学期) 名称:过程计算机控制系统 题目:DDC单回路PID闭环控制系统的设计及实时仿真院系:控制与计算机工程学院 班级: 学号: 学生: 指导教师:朱耀春 设计周数:一周 成绩:

日期:2012 年 6 月20 日

一、 课程设计的目的与要求 1.设计目的 在计算机控制系统课程学习的基础上,加强学生的实际动手能力,通过对DDC 直接数字闭环控制的仿真加深对课程容的理解。 2.设计要求 本次课程设计通过多人合作完成DDC 直接数字闭环控制的仿真设计,学会A/D 、D/A 转换模块的使用。通过手动编写PID 运算式掌握数字PID 控制器的设计与整定的方法,并做出模拟计算机对象飞升特性曲线,熟练掌握DDC 单回路控制程序编制及调试方法。 二、 设计正文 1.设计思想 本课程设计利用Turboc2.1开发环境,通过手动编写C 语言程序完成PID 控制器的设计,A/D 、D/A 转换,绘出PID 阶跃响应曲线与被控对象动态特性曲线。整个设计程序模块包含了PID 配置模块,PLCD-780定时采样、定时输出模块,PID 手/自动切换模块(按键控制)及绘图显示模块。 设计中,通过设定合理的PID 参数,控制PLCD-780完成模拟计算机所搭接二阶惯性环节数据的采集,并通过绘图程序获得对象阶跃响应曲线。 2. 设计步骤 (1)前期准备工作 (1.1)配备微型计算机一台,系统软件Windows 98或DOS (不使用无直接I/O 能力的NT 或XP 系统), 装Turbo C 2.0/3.0集成开发环境软件; (1.2)配备模拟计算机一台(XMN-1型), 通用数据采集控制板一块(PLCD-780型); (1.3)复习Turboc2.0并参照说明书学习PLCD-780的使用 (2) PID 的设计 (2.1)PID 的离散化 理想微分PID 算法的传递函数形式为:??? ? ??++=s T s T K s G d i p 11)( 采用向后差分法对上式进行离散,得出其差分方程形式为: u[k]=u[k-1]+q0*e[2]+q1*e[1]+q2*e[0]; 其中各项系数为: q0=kp*(1+T/Ti+Td/T); q1=-kp*(1+2*Td/T);

基于Simulink仿真双闭环系统综合课程设计报告书

课程设计 双闭环直流调速系统设计及仿真验证 学院年级:工程学院08级 组长:陈春明学号200830460102 08自动化1班成员一:陈木生学号 200830460103 08自动化1班 指导老师: 日期: 2012-2-28 华南农业大学工程学院

摘要 转速、电流双闭环调速系统是应用最广的直流调速系统,由于其静态性能良好,动态响应快,抗干扰能力强,因而在工程设计中被广泛地采用。现在直流调速理论发展得比较成熟,但要真正设计好一个双闭环调速系统并应用于工程设计却有一定的难度。 Matlab是一高性能的技术计算语言,具有强大的科学数据可视化能力,其中Simulink具有模块组态简单、性能分析直观的优点,方便了系统的动态模型分析。应用Simulink来研究双闭环调速系统,可以清楚地观察每个时刻的响应曲线,所以可以通过调整系统的参数来得出较为满意的波形,即良好的性能指标,这给分析双闭环调速系统的动态模型带来很大的方便。 本研究采用工程设计方法,并利用Matlab协助分析双闭环调速系统,依据自动控制系统快、准、稳的设计要求,重点分析系统的起动过程。 关键词:双闭环直流调速 Simulink 自动控制

目录 1、直流电机双闭环调速系统的结构分析....................... 1.1 双闭环调速系统的组成............................... 1.2 双闭环调速系统的结构.................................... 2 、建立直流电机双闭环调速系统的模型............................ 2.1 小型直流调速系统的指标及参数......................... 2.2 电流环设计............................................... 2.3 转速环设计................................................ 3、直流电动机双闭环调速系统的MATLAB仿真.................... 3.1 系统框图的搭建............................................. 3.2 PI控制器参数的设置...................................... 3.3 仿真结果.................................................... 4、结论与总结....................................................... 5、参考资料.......................................................

自动控制原理课程设计讲课讲稿

自动控制原理课程设 计

课程设计报告 ( 2012—2013 年度第 1 学期) 名称:《自动控制理论》课程设计 题目:基于自动控制理论的性能分析与校正院系:自动化系 班级: 1001班 学号: 201002020122 学生姓名:吴国昊 指导教师:刘鑫屏老师 设计周数: 1周 成绩: 日期: 2012年 12 月 31 日

一、课程设计的目的与要求 一、设计题目 基于自动控制理论的性能分析与校正 二、目的与要求 本课程为《自动控制理论A》的课程设计,是课堂的深化。设置《自动控制理论A》课程设计的目的是使MATLAB成为学生的基本技能,熟悉MATLAB这一解决具体工程问题的标准软件,能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题,并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。作为自动化专业的学生很有必要学会应用这一强大的工具,并掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能,以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。通过使用这一软件工具把学生从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来,而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。 通过此次计算机辅助设计,学生应达到以下的基本要求: 1.能用MATLAB软件分析复杂和实际的控制系统。 2.能用MATLAB软件设计控制系统以满足具体的性能指标要求。 3.能灵活应用MATLAB的CONTROL SYSTEM 工具箱和SIMULINK仿真软件,分析系统的性能。 三、主要内容 1.前期基础知识,主要包括MATLAB系统要素,MATLAB语言的变量与语句,MATLAB的矩阵和矩阵元素,数值输入与输出格式,MATLAB系统工作空间信息,以及MATLAB的在线帮助功能等。 2.控制系统模型,主要包括模型建立、模型变换、模型简化,Laplace变换等等。

《MATLAB与控制系统。。仿真》实验报告剖析

《MATLAB与控制系统仿真》 实验报告 班级: 学号: 姓名: 时间:2013 年 6 月

目录实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算(一)实验二 MATLAB环境的熟悉与基本运算(二)实验三 MATLAB语言的程序设计 实验四 MATLAB的图形绘制 实验五基于SIMULINK的系统仿真 实验六控制系统的频域与时域分析 实验七控制系统PID校正器设计法 实验八线性方程组求解及函数求极值

实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算(一) 一、实验目的 1.熟悉MATLAB开发环境 2.掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算 二、实验基本原理 1.熟悉MATLAB环境: MATLAB桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器、文件和搜索路径浏览器。 2.掌握MA TLAB常用命令 表1 MA TLAB常用命令 3.MATLAB变量与运算符 3.1变量命名规则 3.2 MATLAB的各种常用运算符 表3 MATLAB关系运算符 表4 MATLAB逻辑运算符

| Or 逻辑或 ~ Not 逻辑非 Xor 逻辑异或 符号功能说明示例符号功能说明示例 :1:1:4;1:2:11 . ;分隔行.. ,分隔列… ()% 注释 [] 构成向量、矩阵!调用操作系统命令 {} 构成单元数组= 用于赋值 4.MATLAB的一维、二维数组的寻访 表6 子数组访问与赋值常用的相关指令格式 三、主要仪器设备及耗材 计算机 四.实验程序及结果 1、新建一个文件夹(自己的名字命名,在机器的最后一个盘符) 2、启动MATLAB,将该文件夹添加到MATLAB路径管理器中。 3、学习使用help命令。

计算机仿真课程设计

附件1: 北京理工大学珠海学院 《计算机仿真》课程设计说明书题目: 控制系统建模、分析、设计和仿真 学院:信息学院 专业班级: 学号: 学生姓名: 指导教师: 2012年6 月16 日 附件2: 北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2011 ~2012 学年第2学期 学生姓名:专业班级: 指导教师:工作部门:信息学院 一、课程设计题目 《控制系统建模、分析、设计和仿真》 本课程设计共列出10个同等难度的设计题目,编号为:[0号题]、[1号题]、[2号题]、[3号题]、[4号题]、[5号题]、[6号题]、[7号题]、[8号题]、[9号题]。 学生必须选择与学号尾数相同的题目完成课程设计。例如,学号为8xxxxxxxxx2的学生必须选做[2号题]。

[0号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为: 用零阶保持器离散化,采样周期取秒,分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见(二)。 [1号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为: 用一阶保持器离散化,采样周期取秒,分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见(二)。 [2号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为: 用零阶保持器离散化,采样周期取秒,分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见(二)。 [3号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为: 用一阶保持器离散化,采样周期取秒,分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见(二)。 [4号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为: 用零阶保持器离散化,采样周期取秒,分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见(二)。 [5号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为: 用一阶保持器离散化,采样周期取秒,分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹 控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见(二)。 [6号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为: 用零阶保持器离散化,采样周期取秒,分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹 控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见(二)。 [7号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真

MATLAB仿真课程设计报告

北华大学 《MATLAB仿真》课程设计 姓名: 班级学号: 实习日期: 辅导教师:

前言 科学技术的发展使的各种系统的建模与仿真变得日益复杂起来。如何快速有效的构建系统并进行系统仿真,已经成为各领域学者急需解决的核心问题。特别是近几十年来随着计算机技术的迅猛发展,数字仿真技术在各个领域都得到了广泛的应用与发展。而MATLAB作为当前国际控制界最流行的面向工程和科学计算的高级语言,能够设计出功能强大、界面优美、稳定可靠的高质量程序,而且编程效率和计算效率极高。MATLAB环境下的Simulink是当前众多仿真软件中功能最强大、最优秀、最容易使用的一个系统建模、仿真和分析的动态仿真环境集成工具箱,并且在各个领域都得到了广泛的应用。 本次课程设计主要是对磁盘驱动读取系统校正部分的设计,运用自动控制理论中的分析方法,利用MATLAB对未校正的系统进行时域和频域的分析,分析各项指标是否符合设计目标,若有不符合的,根据自动控制理论中的校正方法,对系统进行校正,直到校正后系统满足设计目标为止。我组课程设计题目磁盘驱动读取系统的开环传递函数为是设计一个校正装置,使校正后系统的动态过程超调量δ%≤7%,调节时间ts≤1s。 电锅炉的温度控制系统由于存在非线性、滞后性以及时变性等特点,常规的PID控制器很难达到较好的控制效果。考虑到模糊控制能对复杂的非线性、时变系统进行很好的控制, 但无法消除静态误差的特点, 本设计将模糊控制和常规的PI D控制相结合, 提出一种模糊自适应PID控制器的新方法。并对电锅炉温度控制系统进行了抗扰动的仿真试验, 结果表明, 和常规的PI D控制器及模糊PI D复合控制器相比,模糊自适应PI D控制改善了系统的动态性能和鲁棒性, 达到了较好的控制效果。

自动控制原理课程设计

课程设计报告 (2014--2015年度第一学期) 名称:《自动控制理论》课程设计 题目:基于自动控制理论的性能分析与校正院系:自动化 班级:自动化 学号: 学生姓名: 指导教师: 设计周数:1周 成绩: 日期:2015年1月9日

目录 第一部分、总体步骤 (3) 一、课程设计的目的与要求 (3) 二、主要内容 (3) 三、进度计划 (4) 四、设计成果要求 (4) 五、考核方式 (4) 第二部分、设计正文 (5) 一控制系统的数学模型 (5) 二控制系统的时域分析 (9) 三控制系统的根轨迹分析 (15) 四控制系统的频域分析 (19) 五控制系统的校正 (22) 六非线性系统分析 (38) 第三部分、课程设计总结 (40)

第一部分、总体步骤 一、课程设计的目的与要求 本课程为《自动控制理论A》的课程设计,是课堂的深化。设置《自动控制理论A》课程设计的目的是使MATLAB成为学生的基本技能,熟悉MATLAB这一解决具体工程问题的标准软件,能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题,并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。作为自动化专业的学生很有必要学会应用这一强大的工具,并掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能,以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。通过使用这一软件工具把学生从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来,而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。 通过此次计算机辅助设计,学生应达到以下的基本要求: 1.能用MATLAB软件分析复杂和实际的控制系统。 2.能用MATLAB软件设计控制系统以满足具体的性能指标要求。 3.能灵活应用MATLAB的CONTROL SYSTEM工具箱和SIMULINK仿真软件,分析系统的性能。 二、主要内容 1.前期基础知识,主要包括MATLAB系统要素,MATLAB语言的变量与语句,MATLAB的矩阵和矩阵元素,数值输入与输出格式,MATLAB系统工作空间信息,以及MATLAB的在线帮助功能等。 2.控制系统模型,主要包括模型建立、模型变换、模型简化,Laplace变换等等。 3.控制系统的时域分析,主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究,控制系统的稳定性分析,控制系统的稳态误差的求取。 4.控制系统的根轨迹分析,主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。 5.控制系统的频域分析,主要包括系统Bode图、Nyquist图、稳定性判据和系统的频域响应。 6.控制系统的校正,主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域法滞后校正以及校正前后的性能分析。 三、进度计划

控制系统仿真课程设计

控制系统仿真课程设计 (2010级) 题目控制系统仿真课程设计学院自动化 专业自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师王永忠/刘伟峰 完成日期2013年7月

控制系统仿真课程设计(一) ——锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真1.1 设计目的 本课程设计的目的是通过对锅炉水位控制系统的Matlab仿真,掌握过程控制系统设计及仿真的一般方法,深入了解反馈控制、前馈-反馈控制、前馈-串级控制系统的性能及优缺点,实验分析控制系统参数与系统调节性能之间的关系,掌握过程控制系统参数整定的方法。 1.2 设计原理 锅炉汽包水位控制的操作变量是给水流量,目的是使汽包水位维持在给定的范围内。汽包液位过高会影响汽水分离效果,使蒸汽带水过多,若用此蒸汽推动汽轮机,会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢,严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。汽包液位过低,水循环就会被破坏,引起水冷壁管的破裂,严重时会造成干锅,甚至爆炸。 常见的锅炉汽水系统如图1-1所示,锅炉汽包水位受汽包中储水量及水位下汽包容积的影响,而水位下汽包容积与蒸汽负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。影响水位变化的因素主要是锅炉蒸发量(蒸汽流量)和给水流量,锅炉汽包水位控制就是通过调节给水量,使得汽包水位在蒸汽负荷及给水流量变化的情况下能够达到稳定状态。 图1-1 锅炉汽水系统图

在给水流量及蒸汽负荷发生变化时,锅炉汽包水位会发生相应的变化,其分别对应的传递函数如下所示: (1)汽包水位在给水流量作用下的动态特性 汽包和给水可以看做单容无自衡对象,当给水增加时,一方面会使得汽包水位升高,另一方面由于给水温度比汽包内饱和水的温度低,又会使得汽包中气泡减少,导致水位降低,两方面的因素结合,在加上给水系统中省煤器等设备带来延迟,使得汽包水位的变化具有一定的滞后。因此,汽包水位在给水流量作用下,近似于一个积分环节和惯性环节相串联的无自衡系统,系统特性可以表示为 ()111()()(1)K H S G S W S s T s ==+ (1.1) (2)汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性 在给水流量及炉膛热负荷不变的情况下,当蒸汽流量突然增加时,瞬间会导致汽包压力的降低,使得汽包内水的沸腾突然加剧,水中气泡迅速增加,将整个水位抬高;而当蒸汽流量突然减小时,汽包内压力会瞬间增加,使得水面下汽包的容积变小,出现水位先下降后上升的现象,上述现象称为“虚假水位”。虚假水位在大中型中高压锅炉中比较显著,会严重影响锅炉的安全运行。“虚假水位”现象属于反向特性,变化速度很快,变化幅值与蒸汽量扰动大小成正比,也与压力变化速度成正比,系统特性可以表示为 222()()()1f K K H s G s D s T s s ==-+ (1.2) 常用的锅炉水位控制方法有:单冲量控制、双冲量控制及三冲量控制。单冲量方法仅是根据汽包水位来控制进水量,显然无法克服“虚假水位”的影响。而双冲量是将蒸汽流量作为前馈量用于汽包水位的调节,构成前馈-反馈符合控制系统,可以克服“虚假水位”影响。但双冲量控制系统要求调节阀具有好的线性特性,并且不能迅速消除给水压力等扰动的影响。为此,可将给水流量信号引入,构成三冲量调节系统,如图1-2所示。图中LC 表示水位控制器(主回路),FC 表示给水流量控制器(副回路),二者构成一个串级调节系统,在实现锅炉水位控制的同时,可以快速消除给水系统扰动影响;而蒸汽流量作为前馈量用于消除“虚假水位”的影响。

MATLAB计算机仿真设计

《计算机仿真技术》 课程设计 姓名: 学号: 班级: 1 专业: 学院: 2016年12月24日

目录 一、设计目的 (1) 二、设计任务 (1) 三、具体要求 (1) 四、设计原理概述 (1) 五、设计内容 (2) 六、设计方案及分析 (2) 1、观察原系统性能指标 (2) 2、手动计算设计 (6) 3、校正方案确定 (8) 七、课程设计总结 (14)

模拟随动控制系统的串联校正设计 一、设计目的 1、通过课程设计熟悉频域法分析系统的方法原理。 2、通过课程设计掌握滞后-超前校正作用与原理。 3、通过在实际电路中校正设计的运用,理解系统校正在实际中的意义。 二、设计任务 控制系统为单位负反馈系统,开环传递函数为) 1025.0)(11.0()(G ++=s s s K s ,设计校正装置,使系统满足下列性能指标:开环增益100K ≥;超调量30%p σ<; 调节时间ts<0.5s 。 三、具体要求 1、使用MATLAB 进行系统仿真分析与设计,并给出系统校正前后的 MATLAB 仿真结果,同时使用Simulink 仿真验证; 2、使用EDA 工具EWB 搭建系统的模拟实现电路,分别演示并验证校正前 和校正后的效果。 四、设计原理概述 校正方式的选择:按照校正装置在系统中的链接方式,控制系统校正方式分 为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正4种。串联校正是最常用的一种校 正方式,这种方式经济,且设计简单,易于实现,在实际应用中多采用这种校正 方式。串联校正方式是校正器与受控对象进行串联链接的。本设计按照要求将采 用串联校正方式进行校正。 校正方法的选择:根据控制系统的性能指标表达方式可以进行校正方法的确 定。本设计要求以频域指标的形式给出,因此采用基于Bode 图的频域法进行校 正。 几种串联校正简述:串联校正可分为串联超前校正、串联滞后校正和滞后- 超前校正等。 超前校正的目的是改善系统的动态性能,实现在系统静态性能不受损的前提

仿真课设报告

仿真课程设计报告 题目: 柔性生产线仿真案例 班级:物流 姓名: 学号: 指导教师: 2015年9月23日

目录 一、课程设计目的 (3) 二、课程设计内容 (3) 三、设计步骤 (3) 3.1案例分析 (3) 3.1.1案例说明 (3) 3.1.2建模步骤 (5) 3.1.3主要技术设计 (5) 3.2模型搭建 (6) 3.2.1基础空间总体布局 (6) 3.2.2Track设计 (6) 3.2.3加工设备的设计 (7) 3.2.4工件和AGV的属性设计 (9) 3.2.5表的设计 (10) 3.2.6工件生成器和消灭器的设计 (12) 3.2.7Method和Variable的设计 (12) 3.3仿真实现 (13) 3.3.1工件加工流程及时间设计 (13) 3.3.2任务队列设计 (13) 3.3.3小车的运行规则设计 (14) 3.3.4其它控制方法 (17) 四、仿真分析 (20) 4.1设备利用率 (20) 4.2轨道利用率 (21) 4.3加工总时间 (22) 五、模型优化 (22) 5.1订单投产优化 (22) 5.2小车优化 (23) 5.3其它优化 (26) 六、课设总结 (29)

一、课程设计目的 本课程设计是与物流工程专业教学配套的实践环节之一,结合《现代生产管理》、《设施布置与规划》、《离散系统建模与仿真》等课程的具体教学知识点开展。在完成以上课堂教学的基础上,进行一次全面的实操性锻炼。设计采用企业的实际案例数据,要求完成生产线物流仿真建模和生产线物流优化方案设计两大方面的实际设计内容。 通过本环节的设计锻炼,我们可以加深对本课程理论与方法的掌握,同时具备分析和解决生产运作系统问题的能力,改变传统的理论教学与生产实际脱节的现象。 二、课程设计内容 以某企业柔性制造系统(FMS)为对象,按该企业的生产实际资料为设计依据。对该柔性制造系统进行建模和仿真,通过模拟该制造系统的物流状况,寻找优化的物流方案进行产能平衡,并针对优化后的方案再次进行仿真,对比两个仿真结果在交货期要求,设备利用率等方面的不同,并制定该柔性制造系统生产作业计划。 三、设计步骤 3.1案例分析 3.1.1案例说明 1.柔性制造系统状况: 某企业柔性制造系统共有5台加工中心,定义加工中心名称分别为CNC_1、CNC_2、CNC_3、CNC_4、CNC_5。该制造系统内有一辆AGV小车,运行速度为1米/秒,可控制其实现不同的运送策略。每台设备入口和出口前有容量为4的缓冲,工件在由设备完成加工前后必须经过入口缓冲和出口缓冲,每台设备由一工人负

相关主题
文本预览
相关文档 最新文档