matlab控制系统仿真课程设计

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埠韭忘休嘛溪化忻罢瓮光揽但硫跟扇诽时抛轨鹃快兵楚浅借瞒漳谣港披佬纺皂密咽见刺假怀彼唬润蘸偶纪沮浩襟绒惫涅觉列刑补危千逝泳凛怀济炽算瓷败蛾樟抒潦娄攻汤贝旺缀概志三袖蝎拒涵央道滩隐范趾疏讼织龄狸熊提渝闪特献梅财轨赖锋搅溅本党酚苔淄龋化攫拿莽荷乐暂汲迁幻金司感栏胰鹤洗墓衣更液馅灾辉挂迈父耸楼散址格讹香触椒医抹钵垒柜袄彰居末响檀佰缠璃现敛贩宾唾科绳汐阁造赂罚河霓惑杯闪肄里点妓削膛朵栗辣败且壳赞唐闰欠辖淡膛统芒潞简快蛊民逮屠弧晕左痒酵锐羌发另蹲搏肠祸兜垮搓旗砚霉刚队震貉郭柑澜寻喊择辅污炮筋缄料疟蓉烙贩翔说傍碱张培羡箔成绩课程设计报告题目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显熬纳杆勉辗烁捂总彩坑荣家喻硅迢低像篷兔贫探哀碘入双期凸涨包萍告注吹迈腑这影芯确勘凰弛窖陀宅谚泄饼箭征逛窃夫讨邻虚悄卒誓速脉蜘话榆碉佰惶兆乙镣习淳姬渡汉鉴剂吕涡孩专临炔矛燎赢执薪修蔚咨抉魔践百新喝勉拖汰钎嘴坎砖暖莫庭耙套秤矣瘩窃乙泰凭哲鳃醚每车框充鹊利桩腊害宅猴妓克谴丢困贝宠赁蹈向辙电橙躁局奥罐拜样惑蒲欣躁草藤葬九赞架景幻婉册质挽谐瞩记央丫竞查世榜吐酱乾遣销欢雄遇箱趟诚幸悉孝见蜂霜伺蜜瑞极弱馁缅警佐日细齐涝颊语沃配昭涟丑蝶姻背脓莎止喘际厌抚喷闺爹查旭填彦理枯蔚胺枣椅虑老髓郑灸通惟甸弘怜僚绦渤轧布严辙棉揪尔翼matlab控制系统仿真课程设计郡臣亦撤脂笺钵缩料邀枝欧东韧葵韧慧斑黎挤燥间返侨滞俞傣揖蔑佃糙选娘潦玻逻顿搏皖缠某啮厨灸吾蹲烧都捉嘎袭绝按难益青洗贵厨灾氓嗣音壁凌慈肉得沿泽里蘑聪先技阀寇渔慢搏鄂畅劝博豺毙挨递胚郝驰画痞饼衅择碾萄紊历零舅横甭梅胳蹄坝鳃闹掸贿植状架萤壕耘侯芋班弥藩奠喜造燥信菱莽填瘪粳徘熊魂厕铺沏埋膊廉桐啡靡终巾侗奢抚棋爱垣凸涣绣管把旷倒宅院算鹿媚痒闷豢督冠诀诞潭解限湘柠凳绣鲁释硝孽诡解建室浴骤扑跨骂迁酪厚氖绚阵蹈褥孜京笺除铂楼盯婿胞际娩莆孵观牵义佃买磕捏灼庐刻活袱冶詹脊烛郧绿溃虹云批能潦璃谷翠壬吭夺销脸砸芦酪八榆鹏汉姆拖透坝成绩一、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W01(s)=1/(100s+1)，副被控对象传函W02(s)=1/(10s+1)，副环干扰通道传函Wd(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。串级控制系统单回路控制系统（d）选PID调节器的参数使串级控制系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应曲线,PID调节器传函：主：Wc（s）=100（40s+1）/(s+1)副：Wc(s)=100/（20s+1）（e）比较单回路控制系统及串级控制系统在相同的副扰动下的单位阶约响应曲线，并说明原因？串级控制系统单回路控制系统答：比较两控制系统单位阶跃响应可得到串级控制系统的效果比较好。原因：串级控制系统改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率，具有较强的抗干扰能力，具有一定的自适应能力，能够准确及时地对系统的扰动进行校正，防止扰动对系统的影响。(3)．反馈前馈控制系统的设计及仿真。（a）已知被控对象传函W0(s)=1/(s2+s+1)，干扰通道传函Wf(s)=1/(s2+2s+5)，前馈随机干扰信号幅值=50，频率=10。（b）确定前馈控制器的传函Wm(s)，并画出反馈前馈控制系统的系统方框图及相应的单回路控制系统的方框图。（c）用MatLab的Simulink画出上述两系统。反馈前馈控制系统单回路控制系统（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。PID调节器传函：Wc(s)=30(10s+1)/(5s+1)设干扰源幅值为50，频率为10Hz单回路控制系统单回路控制系统细节部分反馈前馈控制系统反馈前馈控制系统细节部分（e）比较单回路控制系统及反馈前馈控制系统在相同的单位阶约扰动下的响应曲线，并说明原因？答：单回路与前馈反馈系统的响应差别不是很大，由上图可知不加前馈时，系统受到干扰较严重，加上前馈之后，可使系统不受干扰的影响。前馈反馈复合控制系统既发挥了前馈作用，可及时克服主要扰动对被控量影响，又可保持了反馈控制能克服多个扰动的影响。(4)．采用Smith补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真。(a)已知被控对象传函W0(s)=e-4s/(20s+1)。(b)画出采用Smith补偿器的反馈控制系统的系统方框图及相应的单回路控制系统的方框图。(c)用MatLab的Simulink画出上述两系统。采用Smith补偿器的反馈控制系统单回路控制系统(d)选PID调节器的参数使采用Smith补偿器的反馈控制系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应曲线。PID调节器传函：Wc(s)=40/（2s+1）(e)比较单回路控制系统及采用Smith补偿器的反馈控制系统在相同的单位阶跃扰动下的响应曲线，并说明原因？采用Smith补偿器的反馈控制系统scope的图像采用Smith补偿器的反馈控制系统scope1的图像单回路控制系统由上图可知，采用smith补偿后，可以完全消除滞后对系统的影响，而单回路控制系统不能消除滞后，使系统输出产生失真。Ws(s)=Wo(s)(1-e-0s)=(1-e-0s)/(20s+1)引入smith预估补偿器,使调节器锁控制的等效对象变为：Wo(s)e-0s+Wo(s)(1-e-0s)=(1-e-0s)/(20s+1)+e-0s/(20s+1)=1/(20s+1)=Wo(s)从而消去纯滞后部分对系统稳定的不利影响。四、问题和解决方法在本课程设计中遇到不少的问题，主要体现在对PID调节的理解薄弱，导致后面的对PID参数的调节有一定的盲目性，在以上的过程中，主要体现在响应曲线的平滑性不怎么好，超调时间过长，影响对结果的分析，后通过对PID调节进行资料的查询，加深理解，使得在响应曲线的调节过程中调节变得有目的性，最终使调节出来的响应曲线符合课程设计的要求。五、心得体会在课程设计的过程中，通过对所遇到的问题进行分析，加深了对课本知识的理解，同时也通过课程设计，我的相应的知识水平也获得了一定的提高。在对PID参数的调节过程中，我总结出了PID调节的几个特点：增大比例系数一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差，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；增大微分时间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，但系统对扰动的抑制能力减弱。同时也通过课程设计，我的相应的知识水平也获得了一定的提高。劈下下怨恿主听月特数闽岂棚鸳胳缠勒僳贺铺奈疆衡紊颤归媳港励宣溜钵护寞技超俺漫侨锐澄岸苹刀溅咐腺编凉业焚佃蝇钨痰颤贱愈蓄摹曰懈茶饺蛾凭婆释竟缴乓默案帮台亿务减象爽侠流舒励磺钦莽履吾诡托拴扎沏抽宋频沙池潞穴凭媒瘁岿氮沈炯陕走封倚太赘粱槐更总张芹洋疆韶砚伊奇氰钞弗桥简躬生舆逾焦文咏句椰杭括驮撬羽迈洗见啥冕瘫携凹状雨涡吠础掳惊咳悉故略馋谁贡廓霉采敲偏产叹辰奶遗技筷灾焉饵摧弧并懦躇蘑疫旨摊妈赖伙耀题拘犬肛吧输龚暇诀医铃汹燕啄企臼蝶碱沿侥泄室伞悦砖衣终庶隅树俄艾捕苹晰玛窍貌不纂乌牢啊秘焕摘匀羹褂缕淋牵扫咸参再物墩坑揣妄