控制系統仿真實驗報告.

1、哈爾濱理工大學實驗報告控制系統仿真專業(yè)：自動化12-1學號：1230130101姓名：-分析系統性能課程名稱控制系統仿真實驗名稱分析系統性能時間8.29地點3#姓名蔡慶剛學號1230130101班級自動化12-1一實驗目的及內容：1. 熟悉MATLAB軟件的操作過程；2. 熟悉閉環(huán)系統穩(wěn)定性的判斷方法；3. 熟悉閉環(huán)系統階躍響應性能指標的求取。二實驗用設備儀器及材料：PC,Matlab軟件平臺三、實驗步驟1. 編寫MATLAB程序代碼；2. 在MATLAT中輸入程序代碼，運行程序;3分析結果。四實驗結果分析：1. 程序截圖1p”*mmthnl.diipft)St斗呼,f皿d：1r-ih.-1F

2、-13r-Tl-(7a-rwir-jdi-nplatgJf)G-rid；誌_y.ftiable-I,鼻規(guī)jtbTPWM=wi.yi:orvl:.lxstabltb昭業(yè)m日ndU-xx)far%=Izlragthy!,ifnwyti;lcnthDa38#y怙乜讓en4exd3：=K1I得到階躍響應曲線口X得到響應指標截圖如下Commiand.WindowONewtoMATLAB?AatchthisVidwcLsee氏5orrea5ia=-0.0048tr=札86406.S6402.求取零極點程序截圖得到零極點分布圖3.分析系統穩(wěn)定性根據穩(wěn)定的充分必要條件判別線性系統的穩(wěn)定性最簡單的方法是求出系統

3、所有極點，并觀察是否含有實部大于0的極點，如果有系統不穩(wěn)定。有零極點分布圖可知系統穩(wěn)定。單容過程的階躍響應一、實驗目的1. 熟悉MATLAB軟件的操作過程2. 了解自衡單容過程的階躍響應過程3. 得出自衡單容過程的單位階躍響應曲線二、實驗內容已知兩個單容過程的模型分別為G(s)=和G(s)=e-5s，試在0.5s5s+1Simulink中建立模型，并求單位階躍響應曲線。三、實驗步驟1. 在Simulink中建立模型，得出實驗原理圖。2. 運行模型后，雙擊Scope，得到的單位階躍響應曲線。四、實驗結果1.建立系統Simulink仿真模型圖，其仿真模型為2.過程階躍響應曲線為三單容過程的階躍響應

4、一、實驗目的1. 了解比例積分調節(jié)的作用；2. 了解積分調節(jié)強弱對系統性能的影響。二、實驗內容已知控制系統如下圖所示，其中G（s）=(s+1)(2s+1)(5s+1)，H為單位反饋，且在第二個和第三個環(huán)節(jié)（即占和瓦莉）之間有累加的擾動輸入（在5秒時幅值為0.2的階躍擾動）。對系統采用比例積分控制，比例系數為K二2，p積分時間常數分別取T二3,6,12，試利用Simulink求各參數下系統的單位階躍響i應曲線和擾動響應曲線。三、實驗步驟1.在Simulink中建立仿真模型，其模型為2.運行模型后，雙擊Scope，得到的單位階躍響應曲線為BJScopepgBATimeoffset:03. 置階躍輸

5、入為0,在5秒時，加入幅值為0.2的階躍擾動，得到擾動響應曲線為I.PID控制器參數整定一、實驗目的1. 通過實驗進一步熟悉過程控制系統的結構組成；2. 掌握簡單控制系統的投運和參數整定的方法；3. 定性地分析P、PI、PID控制規(guī)律對系統性能的影響。二、實驗內容已知控制系統如下圖所示其中叩）=e市，試采用臨界比例度法計算系統P、PI、PID控制器的參數，并繪制整定后系統的單位階躍響應曲線。三、實驗步驟1.在Simulink中建立仿真模型2.在Simulink中把反饋連線、微分器的輸出連線、積分器的輸出連線都斷開，Kp的值從大到小進行試驗，直到輸出等幅振蕩曲線為止，記下此時的Kp和Tk。通過試

6、驗得到Kp為30時輸出等幅震蕩曲線nm?n:-:n4nsnF；n?nroani昌自|戸盹謫謁日垢3.根據據臨界振蕩經驗公式計算P控制時的比例放大系數Kp,并將模型中Kp置為該值，仿真運行。運行完畢后雙擊Scope，得到P控制時系統的單位階躍響應曲線。4. 根據臨界振蕩經驗公式計算PI控制時的比例放大系數Kp和積分時間常數Ti,并將模型中比例和積分器參數置為計算所得值，將積分器的輸出連線連上，仿真運行，運行完畢后雙擊Scope，得到PI控制時系統的單位階躍響應曲線。表41臨界比例度法整定經驗公式整定參數調節(jié)規(guī)律PPI2.20.857PID1-M0：.1恣5. 根據臨界振蕩經驗公式計算PID控制時

7、的比例放大系數Kp,積分時間常數Ti,微分時間常數Td,并將模型中比例系數，積分器及微分器參數置為相應計算所得值，將微分器的輸出連線連上，仿真運行，運行完畢后雙擊Scope，得到PID控制時系統的單位階躍響應曲線。四、實驗結果1.參數整定結果為表42各控制規(guī)律下參數整定結果KpTiTdP15PI13.642.3885PID17.651.4050.36532.系統階躍響應曲線為五串級控制系統一、實驗目的1. 通過實驗進一步熟悉串級控制系統的結構組成;2. 了解串級控制系統的作用效果。二、實驗內容串級與單回路控制對比仿真，分別獲取系統的階躍響應輸出，一次擾動作用下的系統輸出響應，二次擾動作用下的系

8、統輸出響應。系統輸入及一次擾動和二次擾動均取階躍信號。對比仿真結果分析系統串級控制的作用效果。三、實驗步驟1.在Simulink中建立單回路控制時系統的模型：ql為一次擾動，q2為二次擾動,G0190S2T337Ti為主對象，Gios3+21s2+17s+1為副對象r為系統輸入ql、q2、r均為單位階躍函數，在示波器上觀測輸出。(1)PID參數設置中，取輸入比例系數為3.7,積分系數為38,微分系數為0時運行系統，得到系統階躍響應輸出。在Simulink中建立仿真模型，如下運行結果，得到的圖形如下叵（2）采用同樣的PID參數時，使二次擾動q2作用，運行系統，得到二次擾動作用下的系統輸出響應。（

9、3）采用同樣的PID參數時，使一次擾動q1作用，運行系統，得到一次擾動作用下的系統輸出響應。制；PIDC2為副控制器，采用P控制；其余同單回路控制系統。在Simulink中建立仿真模型，如下(1)主控制器PIDC1輸入參數取比例系數為8.4,積分系數為12.8,微分系數為0;副控制器PIDC2取比例系數10,積分系數0,微分系數0,運行系統，得到系統階躍響應輸出。1.40.80.Er：1(2)運行系統，得到系04響應。同樣的PID參數時，在二次擾動q2作用下,（3）采用同樣的PID參數時，在二次擾動q1作用下，運行系統，得到系統的輸出響應。號旨門圉為凰鳳到蔦帀左?制品質扌指標單回路控制串級控制

10、控制品質指標單回路控制級控控制D品質3指標衰減比3：14：14：14：14：14：1調節(jié)時間（S）280280280708070余差00二次擾動最大偏差0.70.6次擾動最大偏差0.60.7六.串級控制的參數整定一、實驗目的1. 通過實驗進一步熟悉串級控制系統的結構組成;2. 掌握串級控制系統參數整定的方法；二、實驗內容已知某隧道窯系統，燒成帶溫度為主變量、燃燒室溫度為副變量構成的串級控制系統中，主副對象的傳遞函數分別為：1(30s+1)(3s+1)1(10S+1)(S+1)2試整定PID控制器的參數，并繪制整定后系統的單位階躍響應曲線。三、實驗步驟1.在Simulink中建立仿真模型。其仿真

11、模型運行程序得到2.使用任意一種串級控制系統參數整定方法整定主副控制器參數。選取PI整定仿真模型3.繪制系統單位階躍響應曲線。四、實驗結果1.主副調節(jié)器參數整定結果。表61主副調節(jié)器整定參數KpTiTdP主副10PI主910副8PID主副七控制系統數學模型一、實驗目的1. 掌握傳遞函數模型與狀態(tài)空間模型的轉換;2. 掌握模型連接的MATLAB實現方法；二、實驗內容試利用Simulink已知某單位負反饋系統開環(huán)傳遞函數為G(s)=占建立系統在單位階躍輸入作用下的模型，利用MATLAB建立傳遞函數模型并得出狀態(tài)空間模型，獲取系統的單位階躍響應曲線。三、實驗步驟1.在Simulink中建立仿真模型。

12、其運行結果02.用numc,denc=cloop(num,den,-l)命令獲取傳遞函數模型結果如下numc-0dene-1warning:usingaaerauirvalueoru.丄iormaximumsrepsize.mes丄at13.用A,B,C,D=tf2ss(num,den)命令將傳遞函數模型轉換為狀態(tài)空間。其仿真模型運行結果A二-5-210八系統可控性可觀性分析一、實驗目的1. 熟悉系統可控性、可觀性的分析；2. 掌握MATLAB在可控可觀標準型中的應用;二、實驗內容給定系統的狀態(tài)方程:Xr010X011X=0-21X+022X-10-1X11-31-3xy=1001x2x1-3

13、利用MATLAB進行以下分析：(1) 建立控制系統的數學模型；(2) 分析系統的可控性、可觀性;(3) 繪制系統的階躍響應曲線。三、實驗步驟1.打開MATLAB工作窗口用ss()命令建立系統的狀態(tài)空間模型運行結果xl00-1x21-20x301-1ul001x2yl0ul02. 檢驗系統的可控性、可觀性Qc=00101-31-11Qo=1000100-213. 繪制系統單位階躍響應曲線。n|回J響？X田日5叵可Editor-C:UsersAdministratorDesktopbajieyue.mFileEditTextCellToolsDebugDesktopWindow旦elp為昌#4fTE老電嶇Stack:Base1-_=010;0-21;-10-1;2 -B=0;0;1;3 -C=l00;4 -D=0;5 -sys=ss(A,B,C