哈尔滨理工大学
实验报告
控制系统仿真
专业: 自动化12-1
学号: 1230130101
姓名:
一.分析系统性能
一．实验目的及内容:
1、熟悉MATLAB软件的操作过程;
2、熟悉闭环系统稳定性的判断方法;
3、熟悉闭环系统阶跃响应性能指标的求取。
二．实验用设备仪器及材料:
PC, Matlab 软件平台
三、实验步骤
1、编写MATLAB程序代码;
2、在MATLAT中输入程序代码,运行程序;
3、分析结果。
四.实验结果分析:
1、程序截图
得到阶跃响应曲线
得到响应指标截图如下
2、求取零极点程序截图
得到零极点分布图
3、分析系统稳定性
根据稳定的充分必要条件判别线性系统的稳定性最简单的方法就是求出系统所有极点,并观察就是否含有实部大于0的极点,如果有系统不稳定。有零极点分布图可知系统稳定。
二.单容过程的阶跃响应
一、实验目的
1、熟悉MATLAB软件的操作过程
2、了解自衡单容过程的阶跃响应过程
3、得出自衡单容过程的单位阶跃响应曲线
二、实验内容
已知两个单容过程的模型分别为
1
()
0.5
G s
s
=与5
1
()
51
s
G s e
s
-
=
+
,试在
Simulink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。
三、实验步骤
1、在Simulink中建立模型,得出实验原理图。
2、运行模型后,双击Scope,得到的单位阶跃响应曲线。
四、实验结果
1.建立系统Simulink仿真模型图,其仿真模型为
2.过程阶跃响应曲线为
三.单容过程的阶跃响应
一、实验目的
1、 了解比例积分调节的作用;
2、 了解积分调节强弱对系统性能的影响。
二、实验内容
已知控制系统如下图所示,其中01
()(1)(21)(51)
G s s s s =
+++,H(s)为单位反馈,
且在第二个与第三个环节(即
1(21)s +与1
(51)
s +)之间有累加的扰动输入(在5秒时
幅值为0、2的阶跃扰动)。对系统采用比例积分控制,比例系数为2p K =,积分时间常数分别取3,6,12i T =,试利用Simulink 求各参数下系统的单位阶跃响应曲线与扰动响应曲线。
三、实验步骤
1、 在Simulink 中建立仿真模型,其模型为
2、运行模型后,双击Scope,得到的单位阶跃响应曲线为
3、置阶跃输入为0,在5秒时,加入幅值为0、2的阶跃扰动,得到扰动响应曲线为
四.PID 控制器参数整定
一、实验目的
1、 通过实验进一步熟悉过程控制系统的结构组成;
2、 掌握简单控制系统的投运与参数整定的方法;
3、 定性地分析P 、PI 、PID 控制规律对系统性能的影响。
二、实验内容
已知控制系统如下图所示,其中01
()(1)(5)
G s s s s =
++,试采用临界比例度法
计算系统P 、PI 、PID 控制器的参数,并绘制整定后系统的单位阶跃响应曲线。
Gc(s)
G 0(s)
R(s)
C(s)
-
三、实验步骤
1、 在Simulink 中建立仿真模型
2、在Simulink中把反馈连线、微分器的输出连线、积分器的输出连线都断开,Kp 的值从大到小进行试验,直到输出等幅振荡曲线为止,记下此时的Kp与Tk。
通过试验得到Kp为30时输出等幅震荡曲线
3、根据临界振荡经验公式计算P控制时的比例放大系数Kp,并将模型中Kp置为该值,仿真运行。运行完毕后双击Scope,得到P控制时系统的单位阶跃响应曲线。
4、根据临界振荡经验公式计算PI控制时的比例放大系数Kp与积分时间常数Ti,并将模型中比例与积分器参数置为计算所得值,将积分器的输出连线连上,仿真运行,运行完毕后双击Scope,得到PI控制时系统的单位阶跃响应曲线。
表4－1 临界比例度法整定经验公式
5、根据临界振荡经验公式计算PID控制时的比例放大系数Kp,积分时间常数Ti,微分时间常数Td,并将模型中比例系数,积分器及微分器参数置为相应计算所得值,将微分器的输出连线连上,仿真运行,运行完毕后双击Scope,得到PID控制时系统的单位阶跃响应曲线。
四、实验结果
1.参数整定结果为
表4－2 各控制规律下参数整定结果
Kp Ti Td P 15
PI 13、64 2、3885
PID 17、65 1、405 0、3653
2、系统阶跃响应曲线为
五.串级控制系统
一、实验目的
1、 通过实验进一步熟悉串级控制系统的结构组成;
2、 了解串级控制系统的作用效果。
二、实验内容
串级与单回路控制对比仿真,分别获取系统的阶跃响应输出,一次扰动作用下的系统输出响应,二次扰动作用下的系统输出响应。系统输入及一次扰动与二次扰动均取阶跃信号。对比仿真结果分析系统串级控制的作用效果。
三、实验步骤
1、 在Simulink 中建立单回路控制时系统的模型:q1为一次扰动,q2为二次扰
动,012190331G s s =++为主对象,02
321
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G s s s =+++为副对象,r 为系统输入,q1、q2、r 均为单位阶跃函数,在示波器上观测输出。
（1） PID 参数设置中,取输入比例系数为3、7,积分系数为38,微分系数为0时
运行系统,得到系统阶跃响应输出。
