控制系统仿真实验二报告

实验二面向结构图的仿真四思考题（1）在未考虑调节阀饱和特性时，讨论一下两个水箱液位的变化情况，工业上是否允许？讨论阀位的变化情况，工业上是否能实现？答：在一开始阀位大开，H1，H2液位上升迅速，很快就达到预期值。但显然不能在工业上实现。阀位有其本身的最大最小的限制，在仿真中出现的超过100%的情况在现实生活中不可能出现，因此这一部分对应的控制效果也是无效的。（2）与实验三相比，考虑调节阀饱和特性前后，响应有何不同？答：H1H2的液位在考虑饱和特性之后，响应曲线比不考虑的时候略微平缓一些。第一部分线性系统仿真一实验目的1．掌握理解控制系统闭环仿真技术。2．掌握理解面向结构图的离散相似法的原理和程序结构。3．掌握MATLAB中C2D函数的用法，掌握双线性变换的原理。二实验内容根据上面的各式，编写仿真程序，实现无扰动时给定值阶跃仿真实验1.取KP=1.78，Ti=85sT=10s，ΔH2S=H2set_percent=80,ΔQd=0，tend=700，进行仿真实验，绘制响应曲线。clcclearallA=2;ku=0.1/0.5;H10=1.5;H20=1.4;alpha12=0.25/sqrt(H10);alpha2=0.25/sqrt(H20);R12=2*sqrt(H10)/alpha12;R2=2*sqrt(H20)/alpha2;H1SpanLo=0;H2SpanLo=0;H1SpanHi=2.52;H2SpanHi=2.52;Kp=1.78;Ti=85;R12*AR12ad=1/(A*R12);a1=1/(A*R12);a2=1/(A*R2);Kc=Kp/Ti;bc=Ti;Kd=1/A;K1=ku/A;K2=1/(A*R12);uc(1)=0;ud(1)=0;u1(1)=0;u2(1)=0;xc(1)=0;xd(1)=0;x1(1)=0;x2(1)=0;yd(1)=0;yc(1)=0;y1(1)=0;y2(1)=0;nCounter=70;T=10;k=1;deltaQd=0;H20_percent=(H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100;H2=80;tend=nCounter*T;fort=T:T:tendk=k+1;uc(k)=(H2-(y2(k-1)+H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100)/100;ud(k)=deltaQd;u1(k)=yc(k-1);u2(k)=y1(k-1);xc(k)=xc(k-1)+Kc*T*uc(k-1);yc(k)=xc(k)+bc*Kc*uc(k);xd(k)=exp(-ad*T)*xd(k-1)+Kd/ad*(1-exp(-ad*T))*ud(k);yd(k)=xd(k);x1(k)=exp(-a1*T)*x1(k-1)+K1/a1*(1-exp(-a1*T))*u1(k);y1(k)=x1(k);x2(k)=exp(-a2*T)*x2(k-1)+K2/a2*(1-exp(-a2*T))*u2(k);y2(k)=x2(k);endHlevel(:,1)=(y1+H10-H1SpanLo)/(H1SpanHi-H1SpanLo)*100;Hlevel(:,2)=(y2+H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100;yc=(yc+0.5)*100;y2sp=H2*ones(size(y1'));yv=yc;textPositionH1=max(Hlevel(:,1));textPositionH2=max(Hlevel(:,2));H2Steady=Hlevel(size(Hlevel(:,1),1),1)*ones(size(y1'));xmax=max(0:T:tend);xmin=0;ymax=110;ymin=50;scrsz=get(0,'ScreenSize');gca=figure('Position',[510scrsz(3)-10scrsz(4)-90]);%gca=figure('Position',[510scrsz(3)/2scrsz(4)/1.5])set(gca,'Color','w');plot(0:T:tend,Hlevel(:,1),'r','LineWidth',2)holdonplot(0:T:tend,Hlevel(:,2),'b','LineWidth',2)holdonplot(0:T:tend,yv,'k','LineWidth',2)holdonplot(0:T:tend,y2sp,'g','LineWidth',2)holdonplot(0:T:tend,H2Steady,'y','LineWidth',2)line([tend/2tend/2+27],[(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/10(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/10],'Color','r','LineWidth',6)text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/10,'第一个水箱的液位H1','FontSize',16)line([tend/2tend/2+27],[(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/6(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/6],'Color','b','LineWidth',6)text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/6,'第二个水箱的液位H2','FontSize',16)line([tend/2tend/2+27],[(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/4.2(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/4.2],'Color','g','LineWidth',6)text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/4.2,'第二个水箱的液位给定值','FontSize',16)line([tend/2tend/2+27],[(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/3.2(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/3.2],'Color','k','LineWidth',6)text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/3.2,'阀位变化情况','FontSize',16)axis([xminxmaxyminymax]);text(tend/5,ymax+1.5,'实验二不考虑阀位饱和特性时的控制效果','FontSize',22)grid2.用MATLAB求出从输入到输出的传递函数，并将其用c2d函数，利用双线性变换法转换为离散模型，再用dstep()函数求离散模型的阶跃响应，阶跃幅值为3。clcclearallA=2;ku=0.1/0.5;H10=1.5;H20=1.4;alpha12=0.25/sqrt(H10);alpha2=0.25/sqrt(H20);R12=2*sqrt(H10)/alpha12;R2=2*sqrt(H20)/alpha2;H1SpanLo=0;H2SpanLo=0;H1SpanHi=2.52;H2SpanHi=2.52;Kp=1.78;Ti=85;R12*AR12ad=1/(A*R12);a1=1/(A*R12);a2=1/(A*R2);Kc=Kp/Ti;bc=Ti;Kd=1/A;01002003004005006007005060708090100110第1个水箱的液位H1第2个水箱的液位H2第2个水箱的液位给定值阀位变化情况实验二不考虑阀位饱和特性时的控制效果K1=ku/A;K2=1/(A*R12);numc=[Kc*bc,Kc];%用MATLAB求出从输入到输出的传递函数，denc=[1];num1=[K1];den1=[1,a1];num2=[K2];den2=[1,a2];gc=tf(numc,denc);g1=tf(num1,den1);g2=tf(num2,den2);Sysq=gc*g1*g2;SysG=feedback(Sysq,1);gg=c2d(SysG,10,’tustin’);%用c2d函数，利用双线性变换法转换为离散模型dstep(3*gg.num{1},gg.den{1});%用dstep()函数求离散模型的阶跃响应，阶跃幅值为3结果05101520250.060.080.10.120.140.160.180.20.220.24StepResponseTime(seconds)Amplitude三实验报告实验完成后，要写出实验报告，内容包括：1．实验步骤及说明；2．实验所用的仿真程序清单，以及程序结构的简单说明；第二部分含有非线性环节的控制系统仿真一实验目的4．掌握理解控制系统闭环仿真技术。5．掌握理解面向结构图的离散相似法的原理和程序结构。6．掌握理含有非线性环节的控制系统的仿真方法。二实验内容根据上面的各式，编写仿真程序，实现无扰动时给定值阶跃仿真实验1.取KP=1.78，Ti=85sT=10s，ΔH2S=H2set_percent=80,ΔQd=0，tend=700，进行仿真实验，绘制响应曲线。clcclearallA=2;ku=0.1/0.5;H10=1.5;H20=1.4;alpha12=0.25/sqrt(H10);alpha2=0.25/sqrt(H20);R12=2*sqrt(H10)/alpha12;R2=2*sqrt(H20)/alpha2;H1SpanLo=0;H2SpanLo=0;H1SpanHi=2.52;H2SpanHi=2.52;Kp=3.91/2.2;;Ti=0.85*100;%Kp=3.21;%Ti=99999999999999;ad=1/(A*R12);a1=1/(A*R12);a2=1/(A*R2);Kc=Kp/Ti;bc=Ti;Kd=1/A;K1=ku/A;K2=1/(A*R12);uc(1)=0;uv(1)=0;ud(1)=0;u1(1)=0;u2(1)=0;xc(1)=0;xv(1)=0;xd(1)=0;x1(1)=0;x2(1)=0;yc(1)=0;yv(1)=0;yd(1)=0;y1(1)=0;y2(1)=0;nCounter=70;T=10;k=1;deltaQd=0;c=0.5;H20_percent=(H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100;H2set_percent=80;tend=nCounter*T;fort=T:T:tendk=k+1;uc(k)=(H2set_percent-(y2(k-1)+H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100)/100;uv(k)=yc(k-1);ud(k)=deltaQd;ifuv(k)cyv(k)=c;endifuv(k)-cyv(k)=0;endifuv(k)=c&uv(k)=-cyv(k)=uv(k);endu1(k)=yv(k);u2(k)=y1(k-1);xc(k)=xc(k-1)+Kc*T*uc(k-1);yc(k)=xc(k)+bc*Kc*uc(k);xd(k)=exp(-ad*T)*xd(k-1)+Kd/ad*(1-exp(-ad*T))*ud(k);yd(k)=xd(k);x1(k)=exp(-a1*T)*x1(k-1)+K1/a1*(1-exp(-a1*T))*u1(k);y1(k)=x1(k);x2(k)=exp(-a2*T)*x2(k-1)+K2/a2*(1-exp(-a2*T))*u2(k);y2(k)=x2(k);endHlevel(:,1)=(y1+H10-H1SpanLo)/(H1SpanHi-H1