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1、控制系统仿真控制系统仿真(实验实验/学习总结学习总结)报告报告题目题目: : 经典控制系统分析经典控制系统分析院院 系系： 电子信息与控制工程系 专专 业业： 测控技术与仪器专业 授课教师授课教师： 陈政强 石玉秋 本本 科科 生生： 李俊良 班班 级级： 测 控 082 学学 号号： 200800304079 完成时间完成时间： 2011.01.16 实验二实验二 经典控制系统分析经典控制系统分析实验内容（带实验内容（带* *号的可不做）号的可不做）1教材 P82 页，4.8（任选一个小题）和 4.11，已知单位负反馈的开环传递函数为下面的表达式，绘制当 K 从 0 到无穷大时的闭环系统的根
2、轨迹图：（1）：ssskG)22()(s2程序：num=1,2,2;den=1,0;g=tf(num,den);rlocus(g) 图形：-2-1.5-1-0.50-1-0.500.51Root LocusImaginary Axis4.11：已知闭环系统的传递函数为： 501 . 52559 . 41301)(2ssssssG试求系统的超调量和过渡过程时间。00st程序：num=conv(1301,1 4.9);den=conv(conv(1 5 25,1 5.1),1 50);G=tf(num,den) C=dcgain(G) %计算系统的终值y,t=step(G);Y,k=max(y);
3、 percentovershoot=100*(Y-C)/C %计算超调量i=length(t);while(y(i)0.98*Cden=1,2,2;G=tf(num,den); grid on;step(G);a=wn,z,pk=dcgain(G) Step ResponseTime (sec)Amplitude012345600.20.40.60.811.21.4System: G Final Value: 1System: G Rise Time (sec): 1.52System: G Settling Time (sec): 4.22System: G Peak amplitude:
4、1.04 Overshoot (%): 4.32 At time (sec): 3.15上升时间：=1.55s,峰值时间=3.15,调节时间=4.22s,超调量=4%rtptst%频率响应：程序， num=1;den=1,2,2;g=tf(num,den);bode(g,0.001,100);grid;结果：-100-80-60-40-200Magnitude (dB)10-310-210-1100101102-180-135-90-450Phase (deg)Bode DiagramFrequency (rad/sec)根轨迹：程序，num=2;den=1,2,2;g=tf(num,den)
5、;rlocus(g)结果：-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10-4-3-2-101234 0.020.0440.070.1050.150.210.320.550.020.0440.070.1050.150.210.320.550.511.522.533.540.511.522.533.54Root LocusReal AxisImaginary Axis系统 B：程序。num=1;den=2,3,3,1;G=tf(num,den)； grid on;step(G);wn,z,p=damp(G);a=wn,z,p；k=dcgain(G)Step Resp
6、onseTime (sec)Amplitude02468101200.10.20.30.40.50.60.70.80.91System: G Rise Time (sec): 3.46System: G Settling Time (sec): 9.14System: G Final Value: 1System: G Time (sec): 1.29 Amplitude: 0.104上升时间：=2.3s,峰值时间=3.46,调节时间=9.14s,超调量=2%rtptst%频率响应波形为：-150-100-500Magnitude (dB)10-310-210-1100101102-270-1
7、80-900Phase (deg)Bode DiagramFrequency (rad/sec)根轨迹图为：-3-2.5-2-1.5-1-0.500.51-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5 0.140.280.420.560.680.80.910.9750.140.280.420.560.680.80.910.9750.511.522.53Root LocusReal AxisImaginary Axis实验三实验三 PIDPID 控制器的设计控制器的设计实验目的实验目的研究 PID 控制器对系统的影响；实验原理实验原理1模拟 PID 控制器典型的 PID 控制结构如图
8、2 所示。图 2 典型 PID 控制结构PID 调节器的数学描述为01( )( ) ( )( )tpd ide tu tKe tedTTdt2 数字 PID 控制器在计算机 PID 控制中，连续 PID 控制算法不能直接使用，需要采用离散化方法，通常使用数字 PID 控制器。以一系列采样时刻点 kT（T 为采样周期）代表连续时间 t，以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，即：000 11( )()( )( )()() )( )()kktjjtkTedTe jTTe jde te kTe kTe ke k dtTT 离散 PID 表达式：比 例积 分微 分对象模型PID 控制
9、 器r(t)y(t)u(t)e(t)011( )()( ) ( )( )kpd jie ke ku kKe ke j T TTT实验内容与步骤实验内容与步骤1已知三阶对象模型，利用 MATLAB 编写程序，研究闭环系统在3( )1/(1)G ss不同控制情况下的阶跃响应，并分析结果。(1) 时，在不同 KP值下，闭环系统的阶跃响应；0,idTT (2) 时，在不同值下，闭环系统的阶跃响应；10,pdKTiT(3) 时，在不同值下，闭环系统的阶跃响应；1piKTdT（1）程序与运行结果：Td=0.0000000001;Ti=1/Td;num=1;den=conv(conv(1 1,1 1),1
10、1);g=tf(num,den);Kp=0.2,0.6,1,1.2for i=1:4Kp,Ti,Td,s=tf(s);gc=Kp(i)*(1+1/(Ti*s)+Td*s);gcg=feedback(gc*g,1);step(gcg),hold onend051015202500.10.20.30.40.50.60.7Step ResponseTime (sec)Amplitude（2）程序与运行结果：Td=0.0000000001;Kp=1;num=1;den=conv(conv(1 1,1 1),1 1);g=tf(num,den);Ti=10 8 3 1;for i=1:4Kp,Ti,Td
11、,s=tf(s);gc=Kp*(1+1/(Ti(i)*s)+Td*s);gcg=feedback(gc*g,1);step(gcg),hold onend02040608010012000.20.40.60.811.21.41.6Step ResponseTime (sec)Amplitude（3）程序与运行结果：Ti=1;Kp=1;num=1;den=conv(conv(1 1,1 1),1 1);g=tf(num,den);Td=10 8 4 1;for i=1:4Kp,Ti,Td,s=tf(s);gc=Kp*(1+1/(Ti*s)+Td(i)*s);gcg=feedback(gc*g,1
12、);step(gcg),hold onend0102030405000.20.40.60.811.2Step ResponseTime (sec)Amplitude2以二阶线性传递函数为被控对象，选择合适的参数进行模拟 PID 控制，输入信号，A=1.0，f=0.2Hz。2( )sin()r tAft通过 Simulik 仿真，其中输入加上输入信号 ，通过示波器参看输出波形。Simulink 仿真图和运行结果：在 matlab 命令窗口对 kp，ki，kd 赋值，直接输入 kp=20;ki=10;kd=0.5;启动仿真，得到结果如下： 实验四实验四 直流双闭环调速系统仿真直流双闭环调速系统仿真
13、实验目的实验目的掌握 Simulink 工具分析设计电动机速度控制系统的方法。实验原理实验原理1双闭环 V-M 调速系统目的；2积分调节器的饱和非线性问题；3电流环和转速环的工程设计。实验内容实验内容1、建立双闭环调速系统的模型；系统中采用三相桥式晶闸管整流装置，基本参数如下：直流电动机：220V，13.6A，1480r/min，Ce=0.131V/(r.min-1)，允许过载倍数 1.5。晶闸管装置：Ks=76电枢回路总电阻：R=6.58时间常数：T1=0.018s，Tm=0.25s反馈系数：=0.00337V/(r.min-1)=0.4V/A 反馈滤波时间常数：oi=0.005s，on=0.005s双闭环调速系统的模型2、利用 Simulink 建立仿真模型，并分析系统的动态性能。双闭环直流调速系统动态结构框图
