问题描述
行驶控制系统
已知设定的速度和测量的实际速度，使用一个离散时间PID控制器建立一个汽车行驶控制器。
系统模型及建模分析
分为输入信号系统、汽车动力系统和汽车行驶控制系统。输入信号系统简化为用一个常数表示，实际可为加载了信号的条幅波。
汽车动力系统即考虑了驱动力和阻力的共同作用下汽车的运动规律。运用动力学公式：F=mv’+v。
最重要的是行使控制系统：运用PID（比例-积分-微分）控制器。设采样时间为20ms，PID控制器按如下规律工作：
1.“积分环节”：x(n)=x(n-1)+u(n);
2.“微分环节”：d(n)=u(n)-u(n-1);
3.系统初始值为0，系统PID控制器方程为y(n)=P*u(n)+I*x(n)+D*d(n)。
单独建立比例、积分和微分环节，然后相加组成PID控制器，所有模块中的采样时间设为20ms（即0.02），系统模型如图
设仿真时间为200个单位时间，变步长ode45算法，运行仿真，打开示波器观察波形，P=1、I=0.01、D=0时如图所示：
仿真实现
以某信号作为汽车行驶控制系统的输入信号，加上汽车动力学组成的反馈系统，整个汽车行驶控制系统如图：
P=1、I=0.01、D=0时波形如图：
P=5、I=0.01、D=0时波形如图：
实验过程中遇到的问题
1.离散时间系统不可以和连续时间系统一起用，除非使用“零阶保持器”模块。
2.效果随采样时间的不同而不同。
3.对PID反馈控制的理解较难。
仿真结果分析
比例单元的系数影响较大，当P=5时，汽车以更快的速度达到稳定状态。PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
总结
Matlab好强大啊……这次学习，了解了另一种仿真的方法，进一步练习了从实际问题抽象出数学问题并解决的过程。
附录：
1. 利用simulink 仿真来实现摄氏温度到华氏温度的转换 325
9
+=
c f T T
2. 设系统微分方程为??
?=+='2
)1(y y
x y ，试建立系统模型并仿真
应注意的是，开始时间设为1，积分初值设为2。结果如图：
3. 利用simulink 仿真)5cos 251
3cos 91(cos 8)(2
t t t A
t x ωωωπ++=
，取A=1, πω2=
Scope
显示结果：
当Sample time 设置不合适时，图像会出现因取点不足产生的失真。 4. 建立如图1所示的仿真模型并进行仿真，改变增益，观察x-y 图形变化，并用浮动的scope
模块观测各点波形。
X Y Graph
Slider Gain
1Sine Wave
Integrator
1s
Floating Scope
图1. 题目4
当Slider Gain 为1时XY Graph 显示为一个圆，Slider Gain 逐渐变大时，XY Graph 变成形状不同的椭圆。
5． 有初始状态为0的二阶微分方程)(24.05.0t u x x x =+'+''其中u(t)是单位阶跃函数，试建立系统模型并仿真。
仿真结果：
6． 通过构造SIMULINK 模型求?
=dt t y )cos(的结果，其中初值分别为y 1(0)=0, y 2(0)=1
y 1(0)=0时：
y 2(0)=1：
8. 一池中有水20003m ，含盐 2 kg ，以 63m / 分 的速率向池中注入浓度为 0.5 kg / 3m 的盐水，又以 4 3m / 分的速率从池中流出混合后的盐水，问欲使池中盐水浓度达到 0.2 kg /
3m ，需要多长时间？（1用simlink 的方法，2用脚本文件的方法）
【附加：试画出浓度vs 时间的曲线】
设t 时刻的浓度为C(t)=，故有框图：
仿真后的效果图：
可以看出，时间趋于无穷时，浓度趋于0.5，大概在187分钟时浓度达到0.2。
实验报告 课程名称：MATLAB语言与控制系统仿真 实验项目：PID控制系统的Simulink仿真分析专业班级： 学号： 姓名： 指导教师： 日期： 机械工程实验教学中心
注：1、请实验学生及指导教师实验前做实验仪器设备使用登记； 2、请各位学生大致按照以下提纲撰写实验报告，可续页； 3、请指导教师按五分制（优、良、中、及格、不及格）给出报告成绩； 4、课程结束后，请将该实验报告上交机械工程实验教学中心存档。 一、实验目的和任务 1．掌握PID 控制规律及控制器实现。 2．掌握用Simulink 建立PID 控制器及构建系统模型与仿真方法。 二、实验原理和方法 在模拟控制系统中，控制器中最常用的控制规律是PID 控制。PID 控制器是一 种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差。PID 控制规律写成传递 函数的形式为 s K s Ki K s T s T K s U s E s G d p d i p ++=++==)1 1()() ()( 式中，P K 为比例系数；i K 为积分系数；d K 为微分系数；i p i K K T =为积分时间常数； p d d K K T =为微分时间常数；简单来说，PID 控制各校正环节的作用如下： （1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产 生控制作用，以减少偏差。 （2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积 分时间常数i T ，i T 越大，积分作用越弱，反之则越强。 （3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大 之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调 节时间。 三、实验使用仪器设备（名称、型号、技术参数等） 计算机、MATLAB 软件 四、实验内容(步骤） 1、在MATLAB 命令窗口中输入“simulink ”进入仿真界面。 2、构建PID 控制器：（1）新建Simulink 模型窗口（选择“File/New/Model ”）,在 Simulink Library Browser 中将需要的模块拖动到新建的窗口中，根据PID 控制器的 传递函数构建出如下模型：
相信大家在联合仿真ADAMS和SIMULINK时都会遇到很多的问题：ADAMS/contro中的例子ball_beam通过联合仿真，更容易理解adams和simulink的联合仿真精髓。小球在一脉冲力的作用下沿着横梁滚动，此时梁的两端受力不平衡，梁的一段倾斜，为了使得小球不掉下横梁，在横梁上施加一个绕Z轴的力矩，横梁达到一定的角度之后逆向转动，然后小球就在这个作用力矩的控制下来回滚动而不掉下横梁！其中控制力矩在整个过程中是个动态变化的，力矩Torque_In是通过位移Position 和横梁转角Beam_Angle确定，这个是在simulink中通过框图完成的。 首先我申明一下我用的是adams2003和matlab6.5 以下我说明一下我的操作步骤： 1、把control中的ball_beam文件copy到另外一个文件夹下，同时设置adams和matlab的默认路径即为ball_beam文件夹，这样可以省略很多不必要的麻烦！ 2、用aview打开ball_beam.cmd文件，先试试仿真一下，可以看到小球会在脉冲的作用下滚动，仿真时间最好大于8s 3、载入control模块，点击tools|plugin manager在control框选定。 4、点击control|plant export在file prefix下输入你的文件名，这个可以随便的，我输入的是myball，在plant input点击右键点
击guess选定tmp_MDI_PINPUT，在tmp_MDI_PINPUT中就是输入力矩Torque_In，只有一个输入参数；同样在plant output 中点击右键guess选定tmp_MDI_POUTPUT，这是模型的输出变量横梁转角Beam_Angle和小球与横梁中心轴的距离position。control package选择matlab，type是non_linear,初始化分析选择no，然后按ok！此时m文件已经生成了！ 5、打开matalb，设置你的工作路径在ball_beam文件夹上，键入myball，马上有 %%% INFO : ADAMS plant actuators names : 1 Torque_In %%% INFO : ADAMS plant sensors names : 1 Beam_Angle 2 Position 出现 6、再键入adams_sys,弹出一个控制框图，这时可以新建一个mdl文件，将adams_sub拖入你新建的mdl框图中，其实再这里有一个偷懒的办法，就是在matlab中打开ball_beam.mdl文件，然后把他的那个adams_sub用你的刚产生的这个代替，然后另存为my_ball.mdl!
银河航空航天大学 课程设计 （论文） 题目复杂过程控制系统设计与Simulink仿 真 班级 学号 学生姓名 指导教师
目录 0. 前言 (1) 1. 总体方案设计 (2) 2. 三种系统结构和原理 (3) 2.1 串级控制系统 (3) 2.2 前馈控制系统 (3) 2.3 解耦控制系统 (4) 3. 建立Simulink模型 (5) 3.1 串级 (5) 3.2 前馈 (5) 3.3 解耦 (7) 4. 课设小结及进一步思想 (15) 参考文献 (15) 附录设备清单 (16)
复杂过程控制系统设计与Simulink仿真 姬晓龙银河航空航天大学自动化分校 摘要：本文主要针对串级、前馈、解耦三种复杂过程控制系统进行设计，以此来深化对复杂过程控制系统的理解，体会复杂过程控制系统在工业生产中对提高产品产量、质量和生产效率的重要作用。建立Simulink模型，学习在工业过程中进行系统分析和参数整定的方法，为毕业设计对模型进行仿真分析及过程参数整定做准备。 关键字：串级；前馈；解耦；建模；Simulink。 0.前言 单回路控制系统解决了工业过程自动化中的大量的参数定制控制问题，在大多数情况下这种简单系统能满足生产工艺的要求。但随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、质量，对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的要求，这便使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能要求更高。为此，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成比单回路系统“复杂”一些的控制系统，如串级控制（双闭环控制）、前馈控制大滞后系统控制（补偿控制）、比值控制（特殊的多变量控制）、分程与选择控制（非线性切换控制）、多变量解耦控制（多输入多输出解耦控制）等等。从结构上看，这些控制系统由两个以上的回路构成，相比单回路系统要多一个以上的测量变送器或调节器，以便完成复杂的或特殊的控制任务。这类控制系统就称为“复杂过程控制系统”，以区别于单回路系统这样简单的过程控制系统。 计算机仿真是在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统随时间变化的过程。通过对过程仿真的分析，得到被仿真系统的动态特性。过程控制系统计算机仿真，为流程工业控制系统的分析、设计、控制、优化和决策提供了依据。同时作为对先进控制策略的一种检验，仿真研究也是必不可少的步骤。控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算机数学与计算机技术的综合性学科。控制系统仿真是以控制系统的模型为基础，主要用数学模型代替实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。在进行计算机仿真时，十分耗费时间与精力的是编制与修改仿真程序。随着系统规模的越来越大，先进过程控制的出现，就需要行的功能强大的仿真平台Math Works公司为MATLAB提供了控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink，这为过程控制系统设计与参数整定的计算与仿真提供了一个强有力的工具，使过程控制系统的设计与整定发生了革命性的变化。
SIMULINK & DEE简介 ※如何进入SIMULINK？ Step1：进入MATLAB Step2： 方法一：在workspace输入simulink的指令。 方法二：点选MATLAB Command Window上方之利用以上方法会获得下面的结果
※ 如何利用SIMULINK 解ODE Example1：2311+-='x x Step1：?'=dt x x 11 ? 在Library 中点选Continuous ，在Continuous 中选取integrator ，按住鼠标左键拖曳至untitled 中，分别在各接点拉上连接线并标明各个涵义。 Step2:2311+-='x x （1）从Math 中点选Gain 的图标，拖曳至untitled 中，并选取命令列中Format/Flip Block 使其转ο180
（2）从Math中，拖曳Sum至untitled中 （3）从Source中，用鼠标拖曳Constant至untitled，并把各点连结起来。 （4）从Sink中拖曳Scope至untitled中，并与 x连结 1
（5）把Constant改为2，把Gain改为-3。 Step3：设定参数 （1）选择Simulation/Parameters （2）调整适当的起始时间、结束时间和数值方法。
（3）点选Simulation/Start ，开始仿真。 （4）点选Scope ，显示仿真的结果。 Example2：???+-='+='-)cos(212 211t x x x e x x x t 1)0(0)0(21==x x Step1：???'='=??dt x x dt x x 2211 ? （1）点选Continuous 中之Integrator ，拖曳至untitled 。
自动控制理论 上 机 实 验 报 告 学院：机电工程学院 班级：13级电信一班 姓名： 学号：
实验四 PID 控制系统的Simulink 仿真分析 一、实验目的和任务 1．掌握PID 控制规律及控制器实现。 2．掌握用Simulink 建立PID 控制器及构建系统模型与仿真方法。 二、实验原理和方法 在模拟控制系统中，控制器中最常用的控制规律是PID 控制。PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差。PID 控制规律写成传递函数的形式为a s K s Ki K s T s T K s U s E s G d p d i p ++=++==)11()()()( 式中，P K 为比例系数；i K 为积分系数；d K 为微分系数；i p i K K T = 为积分时间常数；p d d K K T =为微分时间常数； 简单来说，PID 控制各校正环节的作用如下： （1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立 即产生控制作用，以减少偏差。 （2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决 于积分时间常数i T ，i T 越大，积分作用越弱，反之则越强。 （3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。 三、实验使用仪器设备 计算机、MATLAB 软件 四、实验内容(步骤） 1、在MATLAB 命令窗口中输入“simulink ”进入仿真界面。 2、构建PID 控制器：（1）新建Simulink 模型窗口（选择“File/New/Model ”）,在Simulink Library Browser 中将需要的模块拖动到新建的窗口中，根据PID 控制器的传递函数构建出如下模型：
实验报告 课程名称： MATLAB语言与控制系统仿真 实验项目： PID控制系统的Simulink仿真分析专业班级： 学号： 姓名： 指导教师： 日期： 机械工程实验教学中心
注：1、请实验学生及指导教师实验前做实验仪器设备使用登记； 2、请各位学生大致按照以下提纲撰写实验报告，可续页； 3、请指导教师按五分制（优、良、中、及格、不及格）给出报告成绩； 4、课程结束后，请将该实验报告上交机械工程实验教学中心存档。 一、实验目的和任务 1．掌握PID 控制规律及控制器实现。 2．掌握用Simulink 建立PID 控制器及构建系统模型与仿真方法。 二、实验原理和方法 在模拟控制系统中，控制器中最常用的控制规律是PID 控制。PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差。PID 控制规律写成传递函数的形式为 s K s Ki K s T s T K s U s E s G d p d i p ++=++==)11()()()( 式中，P K 为比例系数；i K 为积分系数；d K 为微分系数；i p i K K T =为积分时间常数； p d d K K T =为微分时间常数；简单来说，PID 控制各校正环节的作用如下： （1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产 生控制作用，以减少偏差。 （2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积 分时间常数i T ，i T 越大，积分作用越弱，反之则越强。 （3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调
课程设计报告 题目PID控制器应用 课程名称控制系统仿真院部名称机电工程学院专业 班级 学生姓名 学号 课程设计地点 课程设计学时 指导教师 金陵科技学院教务处制成绩
一、课程设计应达到的目的 应用所学的自动控制基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 二、课程设计题目及要求 1．单回路控制系统的设计及仿真。 2．串级控制系统的设计及仿真。 3．反馈前馈控制系统的设计及仿真。 4．采用Smith 补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真。 三、课程设计的内容与步骤 (1)．单回路控制系统的设计及仿真。 （a）已知被控对象传函W(s) = 1 / (s2 +20s + 1)。 （b）画出单回路控制系统的方框图。 （c）用MatLab的Simulink画出该系统。 （d）选PID调节器的参数使系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应
曲线。注明所用PID调节器公式。PID调节器公式Wc（s）=50(5s+1)/(3s+1) 给定值为单位阶跃响应幅值为3。 有积分作用单回路控制系统 无积分作用单回路控制系统
大比例作用单回路控制系统 （e）修改调节器的参数，观察系统的稳定性或单位阶约响应曲线，理解控制器参数对系统的稳定性及控制性能的影响？ 答：由上图分别可以看出无积分作用和大比例积分作用下的系数响应曲线，这两个PID调节的响应曲线均不如前面的理想。增大比例系数将加快系统的响应，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏；增大积分时间有利于减小超调，减小振荡，使系统的稳定性增加，但是系统静差消除时间变长，加入微分环节，有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性增加。 (2)．串级控制系统的设计及仿真。 （a）已知主被控对象传函W 01(s) = 1 / (100s + 1)，副被控对象传函W 02 (s) = 1 / (10s + 1)，副环干扰通道传函W d (s) = 1/(s2 +20s + 1)。 （b）画出串级控制系统方框图及相同控制对象下的单回路控制系统的方框图。（c）用MatLab的Simulink画出上述两系统。
二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机的机构仿真 一、仿真原理一、实训题目：全自动洗衣机控制系统 实训目的及要求： 1、掌握欧姆龙PLC的指令，具有独立分析和设计程序的能力 2、掌握PLC梯形图的基本设计方法 3、培养分析和解决实际工程问题的能力 4、培养程序设计及调试的能力 5、熟悉传输带控制系统的原理及要求 实训设备:： 1、OMRON PLC及模拟实验装置1台 2、安装CX-P编程软件的PC机1台 3、PC机PLC通讯的RS232电缆线1根 实训内容： 1、分析工艺过程，明确控制要求 （1）按下启动按扭及水位选择开关，相应的显示灯亮，开始进水直到高（中、低）水位，关水。 （2）2秒后开始洗涤。 （3）洗涤时，正转30秒停2秒；然后反转30秒停2秒。 （4）循环5次，总共320秒，然后开始排水。排水后脱水30秒。 图1 全自动洗衣机控制 2、统计I/O点数并选择PLC型号 输入：系统启动按钮一个，系统停止按钮一个，高、中、低水位控制开关三个，高、中、低液位传感器三个，以及排水液位传感器一个。
输出：进出水显示灯一盏，高、中、低水位显示灯各一盏，电机正、反转显示灯各一盏，排水、脱水显示灯灯各一盏。 PLC的型号：输入一共有9个，考虑到留有15％～20％的余量即9×（1＋15％）＝10.35，取整数10，所以共需10个输入点。输出共有8个，8×（1＋15％）＝9.2，取整数9，所以共需9个输出点。可以选OMRON公司的CPM1A/CPM2A 型PLC就能满足此例的要求。 3、I/O分配 表1 全自动洗衣机控制I/O分配表 输入输出 地址名称地址名称 00000 启动系统按钮01000 排水显示灯 00001 高水位选择按钮01001 脱水显示灯 00002 中水位选择按钮01002 进、出水显示灯 00003 低水位选择按钮01003 高水位显示灯 00004 排水液位传感器01004 中水位显示灯 00005 停止系统按钮01005 低水位显示灯 00006 高水位液位传感器01006 电机正转显示灯 00007 中水位液位传感器01007 电机反转显示灯 00008 低水位液位传感器 4、PLC控制程序设计及分析 实现功能：当按下按钮00000,中间继电器20000得电并自锁,按下停止按钮00005，中间继电器20000掉电。中间继电器20000为系统总启动。 实现功能：当按下按钮00001,中间继电器20001得电并自锁；当中间继电器20002、20003、20004、20007任意一个为ON，或按下停止按钮00005，或01000、01001为ON时，中间继电器20001掉电。
内蒙古科技大学 课程设计 题目：专家PID控制系统仿真 学生姓名： 学号： 专业：自动化 班级： 指导教师：
专家PID控制系统仿真 摘要 简单介绍了常规PID控制的优缺点和专家控制的基本原理，介绍了专家PID控制的系统结构，针对传递函数数学模型设计控制器。基于MATLAB的simulink仿真软件进行应用实现，仿真和应用实现结果均表明，专家PID控制具有比常规PID更好的控制效果，且具有实现简单和专家规则容易获取的优点。 论文主要研究专家PID控制器的设计及应用，完成了以下工作： （1）介绍了专家PID控制和一般PID控制的原理。 （2）针对任务书给出的受控对象传递函数G(s)=523500/(s3+87.35s2+10470s) ，并且运用MATLAB实现了对两种PID控制器的设计及simulink仿真，且对两种PID控制器进行了比较。 （3）结果分析，总结。 仿真结果表明，专家PID控制采用多分段控制，其控制精度更好，且具有优越的抗扰性能。 关键词：专家PID，专家系统，MATLAB，simulink仿真
Expert PID control system simulation Abstract The advantages and disadvantages of conventional PID control and the basic principle of expert control are briefly introduced, and the structure of expert PID control system is introduced. Simulink simulation software based on MATLAB is implemented. The simulation and application results show that the expert PID control has better control effect than the conventional PID, and has the advantages of simple and easy to get. This paper mainly studies the design and application of the expert PID controller: (1) the principle of PID control and PID control is introduced in this paper. (2) the controlled object transfer function G (s) =523500/ (s3+87.35s2+10470s), and the use of MATLAB to achieve the design and Simulink simulation of two kinds of PID controller, and the comparison of two kinds of PID controller. (3) result analysis, summary. The simulation results show that the control accuracy of the expert PID control is better than that of the control. Key words:Expert PID , MA TLAB, expert system, Simulink, simulation
第五章控制系统的Simulink仿真 5.1 Simulink仿真的参数设置 5.1.1 系统模型的实时操作与仿真参数设置 1．系统模型的实时操作 在Simulink环境下创建系统仿真模型后，在菜单操作方式下可对系统模型或框图进行如下的实时操作： （1）被仿真模块的参数允许有条件地实时修改。 （2）离散模块的采样时间允许实时修改。 （3）允许用浮空示波器（Floating Scope）实时观察任何一点或几点的动态波形。 （4）在进行一个系统仿真的过程中，允许同时打开另一个系统进行处理。 2．仿真参数的设置方法 系统仿真前要对仿真算法、输出模式等各种参数进行设置，这就是“Simulation”下的“Simulation Parameters”菜单命令要完成的任务。打开一个仿真参数对话框后可以设置仿真参数，该对话框包含以下5个可相互切换的标签页： （1）Solver解算器标签页：设置仿真的起始时间与终止时间、仿真的步长大小与求解问题的算法等。 （2）Workspace I/O工作空间标签页：管理对MATLAB工作空间的输入和输出操作。 （3）Diagnostics标签页：设置在仿真过程中出现各类错误时的操作处理。 （4）Advanced标签页：设置高级仿真属性，如模块的简化、在仿真过程中使用逻辑信号等。（5）Real-Time Workshop标签页：设置实时工具中的参数，如允许用户选择目标语言模板、系统目标文件等。 5.1.2 Solver解算器标签页的参数设置 执行“Simulation”下的“Simulation Parameters”命令后，会弹出仿真参数设置对话框标签之一“Solver”解算器标签页。 “Solver”标签页参数设定是进行仿真工作前准备的必须步骤，基本参数设定包括仿真的起始时间与终止时间、仿真的步长大小与求解问题的算法等。 当选择算法是可变步长类型“Variable-step”时，“Solver”标签页如图5-1所示；当选择固定步长类型的算法“Fixed-step”时，“Solver”标签页如图5-2所示。 图5-1 “Solver”可变步长仿真参数设置窗口
1模糊PID 用命令Fuzzy 打开模糊控制工具箱。Anfisedit打开自适应神经模糊控制器，它用给定的输入输出数据建个一个模糊推理系统，并用一个反向传播或者与最小二乘法结合的来完成隶属函数的调节。Surfview(newfis)可以打开表面视图窗口8.1 模糊PID 串联型 新建一个simulink模型同时拖入一个fuzzy logic controller 模块，双击输入已经保存的fis模糊控制器的名字。由于这个控制模块只有一个输入端口，需要用到mux模块。模糊结合PID,当输出误差较大时，用模糊校正，当较小时，用PID校正。 8.2 模糊自适应PID （1）PID 参数模糊自整定的原则 PID 调节器的控制规律为: u( k) = Kp e( k) + Ki Σe( i) + Kd ec( k) 其中: Kp 为比例系数; Ki 为积分系数; Kd为微分系数; e( k) 、ec( k) 分别为偏差和偏差变化率.模糊自整定PID 参数的目的是使参数Kp 、Ki 、Kd随着e 和ec 的变化而自行调整,故应首先建立它们间的关系. 根据实际经验,参数Kp 、Ki 、Kd在不同的e 和ec 下的自调整要满足如下调整原则: (1) 当e 较大时,为加快系统的响应速度,防止因开始时e 的瞬间变大可能会引起的微分溢出,应取较大的Kp 和较小的Kd ,同时由于积分作用太强会使系统超调加大,因而要对积分作用加以限制,通常取较小的Ki值; (2) 当 e 中等大小时,为减小系统的超调量, 保证一定的响应速度, Kp 应适当减小;同时Kd 和Ki的取值大小要适中; (3) 当e 较小时,为了减小稳态误差, Kp 与Ki 应取得大些,为了避免输出响应在设定值附近振荡,同时考虑系统的抗干扰性能, Kd 值的选择根据|ec|值较大时，Kd 取较小值，通常Kd 为中等大小。 同时按照需要,将输入语言变量E 和EC 分为7 个模糊子集,分别用语言值正大( PB) 、正中( PM) 、正小( PS) 、零(Z) 、负小(NS) 、负中(NM) 、负大(NB) 来表示,它们的隶属函数为高斯型(gaussmf) ,输出语言变量Kp′、Ki′、Kd′用语言值小正大( PB) 、正中( PM) 、正小( PS) 、零(Z) 、负小(NS) 、负中(NM) 、负大(NB) 来表示隶属函数为三角型(t rimf) , 方法二：
MATLAB/Simulink与控制系统仿真实验报告 姓名：喻彬彬 学号：
实验1、MATLAB/Simulink 仿真基础及控制系统模型的建立 一、实验目的 1、掌握MATLAB/Simulink 仿真的基本知识； 2、熟练应用MATLAB 软件建立控制系统模型。 二、实验设备 电脑一台；MATLAB 仿真软件一个 三、实验内容 1、熟悉MATLAB/Smulink 仿真软件。 2、一个单位负反馈二阶系统，其开环传递函数为210()3G s s s =+。用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。 3、某控制系统的传递函数为()()()1()Y s G s X s G s =+，其中250()23s G s s s +=+。用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。 4、一闭环系统结构如图所示，其中系统前向通道的传递函数为 320.520()0.11220s G s s s s s +=+++g ，而且前向通道有一个[-0.2，0.5]的限幅环节，图中用N 表示，反馈通道的增益为1.5，系统为负反馈，阶跃输入经1.5倍的增益作用到系统。用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。 四、实验报告要求 实验报告撰写应包括实验名称、实验内容、实验要求、实验步骤、实验结果及分析和实验体会。 五、实验思考题 总结仿真模型构建及调试过程中的心得体会。
电力拖动自动控制系统 ---Matlab仿真实验报告
实验一二极管单相整流电路 一．【实验目的】 1．通过对二极管单相整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识； 2．通过实验进一步加深理解二极管单向导通的特性。 图1-1二极管单相整流电路仿真模型图 二．【实验步骤和内容】 1.仿真模型的建立 1打开模型编辑窗口； 2复制相关模块； 3修改模块参数； 4模块连接； 2.仿真模型的运行 1仿真过程的启动； 2仿真参数的设置； 3.观察整流输出电压、电流波形并作比较，如图1-2、1-3、1-4所示。
三．【实验总结】 由于负载为纯阻性，故输出电压与电流同相位，即波形相同，但幅值不等，如图1-4所示。 图1-2整流电压输出波形图图1-3整流电流输出波形图 图1-4整形电压、电流输出波形图
实验二三相桥式半控整流电路 一．【实验目的】 1．通过对三相桥式半控整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识； 2．研究三相桥式半控整流电路整流的工作原理和全过程。 二．【实验步骤和内容】 1.仿真模型的建立：打开模型编辑窗口，复制相关模块，修改模块参数，模块连接。 2.仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置。 相应的参数设置： （1）交流电压源参数U=100V，f=25Hz，三相电源相位依次延迟120°。 （2）晶闸管参数Rn=0.001Ω，Lon=0.0001H，Vf=0V，Rs=50Ω，Cs=250e-6F。 （3）负载参数R=10Ω，L=0H，C=inf。 （4）脉冲发生器的振幅为5V，周期为0.04s（即频率为25Hz），脉冲宽度为2。 图2-1三相桥式半控整流电路仿真模型图
控制系统仿真 [教学目的] 掌握数字仿真基本原理 控制系统的数学模型建立 掌握控制系统分析 [教学内容] 一、控制系统的数学模型 sys=tf(num,den)%多项式模型，num为分子多项式的系数向量，den为分母多项式的系%数向量，函数tf（）创建一个TF模型对象。 sys=zpk(z,p,k)%z为系统的零点向量，p为系统的极点向量，k为增益值，函数zpk（）创建一个ZPK模型对象。 （一）控制系统的参数模型 1、TF模型 传递函数 num=[b m b m-1b m-2…b1b0] den=[a m a m-1a m-2…a1a0] sys=tf(num,den) 【例1】系统的传递函数为。 >>num=[01124448]; >>den=[11686176105]; >>sys=tf(num,den); >>sys Transfer function: s^3+12s^2+44s+48 ------------------------------------- s^4+16s^3+86s^2+176s+105 >>get(sys) >>set(sys) >>set(sys,'num',[212])
>>sys Transfer function: 2s^2+s+2 ------------------------------------- s^4+16s^3+86s^2+176s+105 【例2】系统的传递函数为。 >>num=conv([20],[11]); >>num num= 2020 >>den=conv([100],conv([12],[1610])); >>sys=tf(num,den) Transfer function: 20s+20 ------------------------------- s^5+8s^4+22s^3+20s^2 【例3】系统的开环传递函数为，写出单位负反馈时闭环传递函数的TF模型。>>numo=conv([5],[11]); >>deno=conv([100],[13]); >>syso=tf(numo,deno); >>sysc=feedback(syso,1) Transfer function: 5s+5 ---------------------- s^3+3s^2+5s+5 【例4】反馈系统的结构图为： R
一、 控制系统的模型与转换 1． 请将下面的传递函数模型输入到matlab 环境。 ] 52)1)[(2(2 4)(3 2 2 3 3 ++++++= s s s s s s s G ) 99.02.0)(1(568 .0)(2 2 +--+= z z z z z H ，T=0.1s >> s=tf('s'); G=(s^3+4*s+2)/(s^3*(s^2+2)*((s^2+1)^3+2*s+5)); G Transfer function: s^3 + 4 s + 2 ------------------------------------------------------ s^11 + 5 s^9 + 9 s^7 + 2 s^6 + 12 s^5 + 4 s^4 + 12 s^3 >> num=[1 0 0.56]; den=conv([1 -1],[1 -0.2 0.99]); H=tf(num,den,'Ts',0.1) Transfer function: z^2 + 0.56 ----------------------------- z^3 - 1.2 z^2 + 1.19 z - 0.99 2． 请将下面的零极点模型输入到matlab 环境。请求出上述模型的零极点，并绘制其位置。 ) 1)(6)(5()1)(1(8)(2 2 +++-+++= s s s s j s j s s G ) 2.8() 6.2)(2.3()(1 5 1 1 -++= ----z z z z z H ，T=0.05s >>z=[-1-j -1+j]; p=[0 0 -5 -6 -j j]; G=zpk(z,p,8) Zero/pole/gain: 8 (s^2 + 2s + 2) -------------------------- s^2 (s+5) (s+6) (s^2 + 1) >>pzmap(G)
AMESim与Simulink联合仿真设置步骤与仿真实例 本文采用版本为matlab R2010a和Amesim Rev10 联合仿真环境设置： 为了实现二者的联合仿真，需要在Windows2000或更高级操作系统下安装Visual C++ 6.0, AMESim4.2以上版本与MA TLAB6.1上版本(含Simulink)，联合仿真存在AMESim与Matlab 的版本匹配问题，具体参照AMESim软件中帮助文件里有介绍，打开AMESim帮助文件，以Simulink为关键词进行搜索，即可找到AMESim与Matlab联合仿真的介绍，这里使用AMESim10，Matlab 2010a，可以匹配。 1.将VC++中的"VCV AR3 2.bat"文件从Microsoft Visual C++目录（通常是. \Microsoft Visual Studio\VC98\Bin中）拷贝至AMESim的安装目录下。 2.环境变量确认： 1) 选择“控制面板－系统”或者在“我的电脑”图标上点右键，选择“属性”；在弹 出的“系统属性”窗口中选择“高级”页，选择“环境变量”； 2) 在弹出的“环境变量”下面的窗口中找到系统变量“AME”，它的值就是你所安装 AMESim的路径，选中改环境变量；比如AMESim10安装目录（即AMESim10安 装文件的存储目录）是：D:\AMESim\v1000（D:\AMESim就是错误的），那么“AME” 的值就是D:\AMESim\v1000, 点击“确认”按键，该变量就会加到系统中； 3) 按上述步骤设置系统变量“MA TLAB”，该值为MA TLAB文件所安装的路径，例如 Matlab 2011a按照文件的存储路径为：D:\Program Files\MATLAB\R2011a，那么 “MA TLAB”的值就是D:\Program Files\MATLAB\R2011a，（写D:\Program Files\MATLAB，D:\Program Files 等都是错误的）, 点击“确认”按键，该变量就会加到系统中； 4) 同样的方式定义系统变量LM_LICENSE_FILE，值为 D:\AMESim\v1000\licensing\license.dat，值就是AMESim软件许可文件的存储路径。 即LM_LICENSE_FILE=C:\AMESim4.2.0\licensing\license.dat。 3. 确认是否在AMESim中选择VC作为编译器。对AMESim 10而言，具体操作在AMESim-〉 Tools->Opions-> AMESim Preferences->Compilation/Parameters中，进去后选择Microsoft Visual C++项，然后点击OK确认。 4. 在MA TLAB命令窗口中输入mex –setup （mex与-之间有空格），敲回车出现：
自动控制原理实验报告 PID控制系统的Simulink仿真 1.实验目的 1）掌握PID控制规律及控制器的实现。 2）对给定系统合理地设计PID控制器。 3）掌握对给定系统进行PID控制器参数在线实验工程整定的方法。 2.实验原理 在串联校正中，比例控制可提高系统开环增益，减少系统稳态误差，提高系统的控制精度，但会降低系统的相对稳定性，甚至可能造成系统闭环系统不稳定，积分控制可以提高系统的型别，有利于提高系统稳定性能，但积分控制增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生90度的相位滞后，对系统的稳定不利，故不宜采用单一的积分控制器；微分控制规律能反映输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性，但微分控制增加了一个（-1/t)的开环极点，使系统的相角裕度提高，因此有助于系统动态性能的改善。 在串联校正中，PI控制器增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。位于原点的开环极点可以提高系统的型别（无差度），减小稳态误差，有利于提高系统稳定性能；负的开环零点可以减小系统的阻尼，缓和PI极点对系统产生的不利影响。只要积分时间常数Ti足够大，PI控制器对系统的不利影响可大大减小。PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。 在串联校正中，PID控制器增加了一个位于原点的开环极点和两个位于s左半平面的开环零点。除了具有PI控制器的优点外，还多了一个负实零点，动态性能比PI更具有优越性。通常应使积分发生在低频段，以提高系统的稳态性能；而使微分发生在中频段，以改善系统的动态性能。 PID控制器传递函数为Gc(s)=Kp*(1+1/Tis+Tds)，工程PID控制器仪表中比例参数整定常用比例度$%，$%=1/Kp*100%。 3.实验内容 已知过程控制系统的被控广义对象为一个带延迟的惯性环节，其传递函数为： Go(s)=(e^-180s)*8/(360s+1) 分别用P、PI、PID三种控制器校正系统，并分别整定参数，比较三种控制器的作用效果。