测控系统原理与设计期中考试

测控系统原理与设计期中考试一、1、系统的稳定性分析在Matlab中输入程序如下：s=tf('s');num=0.4970;den=[0.00026,0.01832,1];G=tf(num,den)Transferfunction:0.497---------------------------0.00026s^2+0.01832s+1eig(G)'ans=-35.2308-51.0387i-35.2308+51.0387ipzmap(G)运行结果：零极点分布图，由图可知，闭环系统是稳定的。2、阶跃响应继续输入程序：step(G,1)运行结果：阶跃响应曲线3、PID作用前：PID作用后：P=15;I=40;D=1;超调量%5%2.211-022.1%满足要求4、PID参数变化对输出的影响：比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一个常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。综述：比例控制的特点是有差控制。积分控制的特点是无差控制，但它的稳定作用比P控制差。具有积分作用的控制器，可能产生积分饱和现象。微分控制动作总是力图抑制被控变量的振荡，它有提高控制系统稳定性的作用。二、各段误差的正负号：OA段：误差e0正AB段：误差e0负BC段：误差e0负CD段：误差e0正DE段：误差e0正其中，DE段误差已很小，接近于零。2、（1）根据题意，Simulink下误差变化率的系统图（2）仿真的输出曲线为：由上图可得各段误差变化率的正负号：OA段：误差变化率e0负AB段：误差变化率e0负BC段：误差变化率e0正CD段：误差变化率e0正DE段：误差变化率e0负其中，DE段误差变化率已很小，接近于零。3、OA段、AB段、BC段、CD段、DE段内P、I、D的作用如下：OA段：其中，微分作用D起主要作用。P：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e。比例参数Kp增大时，系统响应速度加快，减小误差，但是若Kp过大，稳定性下降。I：与比例作用一起调节系统，消除稳态误差。D：反应偏差信号的变化趋势，在偏差信号的质变的太大之前，起作用，进行控制；加快系统动作速度。AB段：比例参数Kp和微分参数Td起主要作用。P：按比例反应系统的偏差，系统一旦出现偏差，比例调节立即产生调节作用进行调节，以减小偏差。比例作用大，即比例参数Kp大，则响应速度快。I：积分作用可消除稳态误差。但在此段中，积分作用并不起主要作用。D：提高响应速度，改善动态特性，但抗干扰能力差。若微分参数Td过大，会延长调节时间，减缓调节过程；若Td过小，会使超调量增加，降低系统稳定性。BC段：积分参数Ti起主要作用。P：增大比例系数Kp可加快响应速度，即时成比例的反应偏差，减少偏差。I：消除系统的稳态误差,提高无差度。Ti越小,积分作用就越强；反之，Ti越大，则积分作用越弱。但会使系统稳定性下降，动态响应变慢。D：可起超前控制作用，反应偏差信号的变化速率。CD段：比例参数Kp和积分参数Ti起主要作用。既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除余差的能力。P：提高响应速度，在此段曲线中与积分作用一起作用于系统。I：积分作用的强弱取决于积分参数Ti，Ti越大，积分作用越弱；反之，Ti越小，积分作用越强。积分作用使系统消除稳态误差,提高无差度。但会使系统稳定性下降，动态响应变慢。D：反应误差信号e的变化速率，减小超调，使系统趋于稳定。DE段：积分参数Ti起主要作用。P：减少偏差，Kp增大，可加快响应速度，提高控制精度。但若过大，会产生超调；若过小，会降低控制精度，应取适当的值。I：可消除系统的稳态误差,提高无差度，使系统趋于稳定。积分作用不能过强，若过强，会使超调量增加，甚至引起震荡。D：起超前控制作用，减小调节时间，提高响应速度。但若过大，会减缓调节过程；若过小，会增加超调量，降低稳定性。