《计算机过程控制实验报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机过程控制实验报告（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验报告课程名称计算机控制技术实验名称过程控制实验实验日期2015630学生专业测控技术与仪器学生学号912101170116学生姓名陈昊飞实验室名称教师姓名江剑成 绩南京理工大学机械工程学院实验1控制系统动态特性测试一、实验目的在设定值和扰动信号的作用下，过程控制系统的输出可由两条通道来产生：控制通道：设定值对被控变量影响的通道，其作用是抵消扰动影响，以使被控变量尽可 能快地维持在给定值附近。干扰通道：干扰信号对被控变量影响的通道。本实验通过控制通道和干扰通道的增益、时间常数和时滞的变化，测试被控对彖特性对 控制系统性能的影响。二、实验内容(1) 增益对控制系统的影响10s假设被控对彖的传递
2、函数为G0(s)=2e /(35s+l),考核系统在单位阶跃信号作用下， 不同控制通道增益下系统的响应，运行下列mat lab语句，观察响应曲线，得出有关结论。 %研究控制通道增益Kc对系统的影响G0=tf(2, 35 1);% 2/35s+lnp, dplpade(10, 2);Gp=tf(np, dp);% e10sG1二G0*Gp;Kc=l:0. 5:2. 5;% Kc=l 1. 5 2. 0 2. 5hold onfor i=l:length(Kc)Gc=feedback(Kc(i)*Gl, 1);step(Gc);嘟介跃响应pause$等键盘end0.1001020304050607
3、08090Time (sec)4 3 d o o-0.1从图形可以看出，随着控制通道增益Kc的増加，系统的稳态误差减少，但系统的稳定 性变差。(结论：放人系数Kc 一般希望人一点，Kc大表明操纵量对被控量校正作用有较大 的灵敏度，有利于提高控制质量)10sQ g假设系统的传递函数为G0(s)=2e/(35s+l),干扰的传递函数为Gd(s)=2e /(7s+l),则系统在单位阶跃扰动信号的作用下，不同扰动增益的响应曲线可以通过，运行下列mat lab 语句来观察：%研究扰动通道增益Kd对系统的影响 GO=tf(l, 7 1);np, dp=pade(5, 2) ;Gpl二tf (np, dp)
4、; Gd=GO*Gpl;G1二tf35 1);np, dp=pade(10, 2);Gp2=tf(np, dp);Go=Gl*Gp2;Kc=1.5;G3=feedback(Go, Kc);G4=Gd*G3;hold onKd二1:4for i=l:length(Kd)G=Kd(i)*G4;step(G);pause 玄等键盘endStep Response1.2102030406060708090100Time (sec)6 4 2 d o o o 2pnduuI0从图形可以看出，随着扰动通道増益Kd的增加，系统的稳态误差增加，并且扰动作用 卜的输出响应也增加。（结论：放人系数Kd愈人，被控制
5、量的超调量愈大，一般要求Kd愈 小愈好）。（2）时间常数对控制系统的影响时间常数T是指当彼控对象受到阶跃输入信号作用后，彼控量以初始速度变化，达到新 的稳态值所需的时间。时间常数T是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的, 反映了被控变屋的变化快慢，因此T是对象的一个动态参数。%研究控制通道时间常数T对系统的影响Kc二 1. 5;T二25 35 45;hold onfor i=l:length(T)GO二tf(2, T(i) 1);Lnp, dp=pade(10*T(i)/35, 2);Gp=tf(np, dp);GlG0*Gp;Gc=feedback(Kc*Gl, 1);step(G
6、c);pause;end10s假设被控对彖的传递函数为GO (s) =2e/(Ts+1),考核系统在单位阶跃信号作用不同T值(25, 35, 45) F系统的响应，运行下列mat lab语句，观察响应曲线，得出有关结 论。1.61.41.2Step Response0.80.60.40.2002050100150200250300350400Time (sec)2pndlm0. 2 时，简单的控制系统已很难满足要求，要考虑负贵方案。试增加to考察对曲线的影响。扰动通道的时滞扰动通道的td不会对系统的稳定性产生影响，仅仅表示扰动进入系统的时间先 后对系统的动态品质没右影响。实验2比例积分微分控制
7、规律特性分析一.实验目的本实验通过比例、枳分和微分单独的作用及人小的变化，验证比例、积分和微分坏节对 系统的余差及稳定性的影响。实验内容1、比例作用假设被控系统为Gp (s)=e_50s/ (36s+l)只采用比例控制策略，研究不同Kp值卜，闭坏系统阶跃响应曲线:4异 7 (36sJy(t)运行下列matlab语句，观察响应曲线，得出有关结论。航f函数：传递函数定义参数：分子、分母GO二tf(l, 36, 1);%pade函数：参数1表示e的(-多少)；参数2表示用几阶来逼 近Lnp, dp=pade(50, 2);Gl=tf(np, dp);% GpGp二GO*G1;% P数组表示不同的Kp
8、值P二0.5, 0.7, 0.9, 1,1. 5 ;% hold on表示图形可以叠加hold on;for i二1:length(P)Gc二feedback(P(i)*Gp, 1, 1) ;%定义反馈结构step(Gc) ;%求阶跃响应pause;end0020406080100120140Time (sec)6 4 2 d o o o 2pnduu-0.2结论：随着Kp值的变化，控制系统的余差减少，但振荡加剧，振荡周期缩短。2、积分作用假设被控系统为Gp(s)=e507(36s+l),只采用积分策略，研究不同的Ki值下, 闭坏系统的响应曲线。%研究枳分速度对系统调节的影响 clearGO二
9、tf(l, 36, 11);np,dp=pade(50, 2);Gl=tf(np, dp):GpGO*G1;Ki二0. 005, 0.01,0. 015, 0. 02; hold on;for i=l:length(Ki)Gc=tf(Ki(i), 1,0)G=feedback(Gc*Gp, 1,-1); step(G);pause;end0.40.050-0.05100150200Time (sec)250300350结论：积分作用可以消除余差，但增人Ki将会降低系统的稳定性，甚至会导致系统不 稳定。3、微分作用由于微分作用不单独采用，所以研究比例微分作用，改变微分时间常数Td,观 察系统的闭
10、环系统的响应曲线。%Td对系统调节的影响clearG0=tf (1, 36,11);Enp, dp=pade(50, 2);Gl=tf(np, dp);Gp二GO*G1;Kp二 0. 8;Td二20:5:35;hold on;for i=l:length(Td)Gc=tf(Kp*Td(i), 1, 1)G=feedback(Gc*Gp, 1);step(G);pause;end0.643 2 1 - o o O 2pnduu0 - /04iiiiiiii 060100150200250300350400460Time (sec)结论：余差存在，随着Td增加，系统的稳定性变差。4、PID算法比较
11、首先介绍一个函数：1、零极点增益模型形式G(S)= k(S-Zi) (S-Z2) (S-Z)/(S-Pi) (S-P=) - (s-pc)式中： k:系统增益；Z1, Z：.，Zh：系统零点；P】,P：,Pn：系统极点；注：对实系数的传函模型来说，系统的零极点或者为实数，或者以共轨复数的形式出 现。系统的传函模型给出以后，可以立即得出系统的零极点模型。2、在MATLAB下的输入形式在MATLAB里，连续系统可直接用向量z、p、k构成的矢量组【z, p, k表示系统, 即：k=k;Z二zi；Z2；zj ；p二b;p：;p;3、函数命令zpk()在MATLAB中，用函数命令zpk()来建立控制系统
12、的零极点增益模型，或者将传函模 型或者状态空间模型转换为零极点增益模型。zpk()函数命令的调用格式为：sys = zpk ( z, p, k )G(S) = 6(S+1. 9291) (S+0. 03530. 9287i)/(S+0. 95671. 2272i) (S0. 04330. 64 12i)J解：k = 6;z = T 9294;-0 0353+0. 9287*i; -0.0353-09287*i;p 二-0. 9567+1. 2272*i;-0. 9567-1. 2272*i;+0. 0433+0. 6112*i;+0. 0433-0. 6412*i; G = zpk(z, p, k)假设系统的模型为Gp=10/(s+l) (s+2) (s+3) (s+4),研究不同调节器卜闭环系统阶跃响 应。%研究不同调节器卜闭坏系统阶跃响应。 Gp二zpk(, -1;一2;-
