控制系统仿真实验报告

1、哈尔滨理工大学实验报告控制系统仿真专业 学号 姓名自动化12-11230130101分析系统性能课程名称控制系统仿真实验名称分析系统性能时间8.29地点3#姓名蔡庆刚 1学号12301301011 班级 1 自动化 12-1一. 实验目的及内容:1. 熟悉MATLAB软件的操作过程；2. 熟悉闭环系统稳定性的判断方法；3. 熟悉闭环系统阶跃响应性能指标的求取。二. 实验用设备仪器及材料:PC, Matlab软件平台三、实验步骤1. 编写MATLAB程序代码；2. 在MATLAT中输入程序代码，运行程序;3. 分析结果。四. 实验结果分析:1程序截图:-XeHL”；*1 旳：二-il2j,p,

2、jtl-tfSiTinijJh,血n* r彳-町-略=鼻阳th厂 r J . -11r予-iy, Tj r JTt *7 t»j *Tip«1L1U -G&d1；-ibl* I.1-1 -= » « 7*.：| 丘=*-a: £7 3 I r,u " iywM c 恬=L JT 1- 1:TT all 1 yjT!网-A;T -门=2i =s -» -E b冒LJii珂金*3乳 d;骷id 寸宫呻II , lf ar t«iLkxijN 二：1 疗 nf t 和料 lu】.G；* T,ii Uni jCi:

3、st 1?科=SO -LFlidm4frdt mW得到阶跃响应曲线二 r Feit /f* IriictT ToetK Dcttp Yindo 归 Het匸二詰丄k I 八S '叩Y S 百 得到响应指标截图如下WintjdvFS.8640飢 864015.241&-0.0043jj New to MATLAB ? A dtch this 制 Tg see De png or r”2. 求取零极点程序截图:飞 Tiy - “0 :誉 宙心胡口 * Ik莎冠冋g E刃：rr Go Cell T-.ok iCaow C!'e&klBpHflip-' '

4、;3 ）亠-1= I rr黑冷存 * n穿罚駆=3“ I ei Iff.elfirvi LL0£.> il =tr£zp I nun,血 n"ii 3p" if ci sp pH dup'V' p£!i» (n-jx iv-.y.UtXS鬥E七I . LT 甲庁字 时rr；沖：i；ri“ I eI鶴：孺I廐屯得到零极点分布图Q Figure 1'le Edit Vie压Jid u |i|>=lt Tcq at > -Z-V 、.ID'cak：up Windwiifv® 咚 Y

5、 * ©H.lp目旦TRaHM2-i 宰SF冋 123013(1 JI11 -Kfl :n_L- i-掛- - T'1W- 丄_-11 -ftIIll1Ji1-<.-t"吕?Rtjjl fillsJ3.分析系统稳定性根据稳定的充分必要条件判别线性系统的稳定性最简单的方法是求出系统所有极 点，并观察是否含有实部大于0的极点，如果有系统不稳定。有零极点分布图可 知系统稳定。单容过程的阶跃响应、实验目的1. 熟悉MATLAB软件的操作过程2. 了解自衡单容过程的阶跃响应过程3. 得出自衡单容过程的单位阶跃响应曲线二、实验内容已知两个单容过程的模型分别为G(s) os

6、和G(s)占*，试在 Simulink中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。三、实验步骤1. 在Simulink中建立模型，得出实验原理图。2. 运行模型后，双击Scope得到的单位阶跃响应曲线。四、实验结果1. 建立系统Simulink仿真模型图，其仿真模型为Fie Edi( Vieflf S inuljlion Fofffij t Took三里出也二ft telna 毎 W H 邑 I )梟 B '二匸 k |io-a Kujriar =ra*er F<n>TTrj*1sp-flrLE)4lay氐Mr-flrs'ef TeriIDO%2过程阶跃响应曲线为单容过程的阶

7、跃响应、实验目的1. 了解比例积分调节的作用；2. 了解积分调节强弱对系统性能的影响。二、实验内容已知控制系统如下图所示，其中G0(s)(s 1)(2s 1)(5s 1)，H(s)为单位反馈，且在第二个和第三个环节(即J 和(2s 1)(5s 1)之间有累加的扰动输入(在5秒时幅值为0.2的阶跃扰动)。对系统采用比例积分控制，比例系数为Kp 2， 积分时间常数分别取Ti 3,6,12，试利用Simulink求各参数下系统的单位阶跃响 应曲线和扰动响应曲线。R(s)三、实验步骤1.在Simulink中建立仿真模型，其模型为逬 HITFile Ed* 诂E Eel ztio Rnr-nl :口o器

8、D * 曲-L同 T旦Sea® &国IF 散5t&>HiVkitAit：1 4土 iq? IVUDOOVI' I IJiili iPrSQVG4斗I"4皿旳閔fin* 3T-rraft：怙""和昙7r "4 产hl*+*7?ICCKtmz w3FELh3. 置阶跃输入为0,在5秒时，加入幅值为0.2的阶跃扰动，得到扰动响应 曲线为四. PID控制器参数整定、实验目的1. 通过实验进一步熟悉过程控制系统的结构组成；2. 掌握简单控制系统的投运和参数整定的方法；3. 定性地分析P、PI、PID控制规律对系统性能的影响。

9、二、实验内容已知控制系统如下图所示，其中G0(s)寸帀，试采用临界比例度 法计算系统P、PI、PID控制器的参数，并绘制整定后系统的单位阶跃响应曲线。三、实验步骤1. 在Simulink中建立仿真模型'F 日 Ed* V尿Rxmat "：xjk HepD G# H倖I -'I f *| 而肓3 IS筍询魯1耳耳商-r2. 在Simulink中把反馈连线、微分器的输出连线、积分器的输出连线都断开，Kp的值从大到小进行试验，直到输出等幅振荡曲线为止，记下此时的Kp和Tk。 通过试验得到Kp为30时输出等幅震荡曲线1 Sll.4 -孔-3.根据临界振荡经验公式计算P控制时的

10、比例放大系数Kp，并将模型中Kp置为 该值，仿真运行。运行完毕后双击 Scope,得到P控制时系统的单位阶跃响应曲4. 根据临界振荡经验公式计算PI控制时的比例放大系数Kp和积分时间常数Ti， 并将模型中比例和积分器参数置为计算所得值， 将积分器的输出连线连上，仿真 运行，运行完毕后双击Scope,得到PI控制时系统的单位阶跃响应曲线。表4-1临界比例度法整定经验公式整定参数调节扁、C .P5旳2疔M. 1PIPID1 一迺rC.57>01弓G5. 根据临界振荡经验公式计算 PID控制时的比例放大系数 Kp，积分时间常数 Ti，微分时间常数Td，并将模型中比例系数，积分器及微分器参数置为

11、相应计 算所得值，将微分器的输出连线连上，仿真运行，运行完毕后双击Scope,得到PID控制时系统的单位阶跃响应曲线。四、实验结果1.参数整定结果为表4-2各控制规律下参数整定结果KpTiTdP15PI13.642.3885PID17.651.4050.36532.系统阶跃响应曲线为五. 串级控制系统、实验目的1. 通过实验进一步熟悉串级控制系统的结构组成;2. 了解串级控制系统的作用效果。二、实验内容串级与单回路控制对比仿真，分别获取系统的阶跃响应输出，一次扰动作用 下的系统输出响应，二次扰动作用下的系统输出响应。系统输入及一次扰动和二 次扰动均取阶跃信号。对比仿真结果分析系统串级控制的作用

12、效果。三、实验步骤1. 在Simulink中建立单回路控制时系统的模型：q1为一次扰动，q2为二次扰动,G0121为主对象，GO2 3-2为副对象，r为系统输入,90s2 33s 110s3 21s2 17s 1q1、q2、r均为单位阶跃函数，在示波器上观测输出。(1) PID参数设置中，取输入比例系数为 3.7,积分系数为38,微分系数为0 时运行系统，得到系统阶跃响应输出。在Simulink中建立仿真模型，如下翔 danhuilu*Edit 怙;Fcftaj； "oo( Hsplifr品r呵0丨空0彗 ''r- ©-I卜而|畑15国3或：&団矍

13、竜低3丹仃卢1Imp 口Tip'Rjciww«Je45Q -_=rf3 IP / P A?-nJ. - i_-1M运行结果，得到的图形如下(2)采用同样的PID参数时，使二次扰动q2作用，运行系统，得到二次扰动 作用下的系统输出响应。(3)采用同样的PID参数时，使一次扰动q1作用，运行系统，得到一次扰动作用下的系统输出响应。1= 吕詢 淨P A気孕禺W和'kb10UJV2.在Simulink中建立串级控制时系统的模型：PID C1为主控制器，采用PI控 制；PID C2为副控制器，采用P控制；其余同单回路控制系统。在Simulink中建立仿真模型，如下(1)主控制器

14、PID C1输入参数取比例系数为8.4,积分系数为12.8,微分系数 为0;副控制器PID C2取比例系数10，积分系数0,微分系数0,运行系统， 得到系统阶跃响应输出。n#U4 rII. . iS 上 i昌日R声3 Ay呈空I勺疋(2) 采用同样的PID参数时，在二次扰动q2作用下，运行系统，得到系统的 输出响应。(3) 采用同样的PID参数时，在二次扰动q1作用下，运行系统，得到系统的 输出响应。四、实验结果表5- 1单回路控制与串级控制对比控制品质指标单回路控制串级控制衰减比3： 14： 14： 14： 14： 14： 1调节时间(S)280 280 28070 80 70余差00二次扰

15、动最大偏差0.70.6一次扰动最大偏差0.60.7六. 串级控制的参数整定、实验目的1. 通过实验进一步熟悉串级控制系统的结构组成;2. 掌握串级控制系统参数整定的方法；二、实验内容G0i(s)已知某隧道窑系统，烧成带温度为主变量、燃烧室温度为副变量构成的串 级控制系统中，主副对象的传递函数分别为：(30s 1)(3s 1) G02(S)(10s 1)(s 1)2试整定PID控制器的参数，并绘制整定后系统的单位阶跃响应曲线。三、实验步骤1 .在Simulink中建立仿真模型。其仿真模型Fit td* A弼 SiTiylrtOP TfiT -»! Hfip 7 tl 毎 I? I &#

16、39; K -丽£ _ E S e 0 I » 0 3 *运行程序得到D'e-勇自園罔血A恬Ji CTTi2. 使用任意一种串级控制系统参数整定方法整定主副控制器参数。 选取PI整定仿真模型Rf t卅 T/ WrvEh For： Txd HcbD Q SI- * E»3 S 田宙涉 A n *-IL -tFTjUJ=耳* lOlJljljTr-'KH如T1氓讣訓10O«3. 绘制系统单位阶跃响应曲线。Bp”四、实验结果1.主副调节器参数整定结果。表6 - 1主副调节器整定参数KpTiTdP主副10PI主910副8PID主副七. 控制系统数

17、学模型、实验目的1. 掌握传递函数模型与状态空间模型的转换;2. 掌握模型连接的MATLAB实现方法；二、实验内容已知某单位负反馈系统开环传递函数为 G(s)2 s 1一，试利用 Simulink s2 5s 2建立系统在单位阶跃输入作用下的模型，利用MATLAB建立传递函数模型并得出状态空间模型，获取系统的单位阶跃响应曲线。三、实验步骤1 .在Simulink中建立仿真模型。rtgimoxingFile Edrt View Simuhtion Format Tooh HeI卩D J B 釦 3 I -J ：. I |iu. u uflriLal国也画觀Cgt±p尸1二 LSZCKi

18、GT'-jn-jlui- For100%ode45其运行结果2.用nu mc,de nc=cloo p(n um,de n,-1命令获取传递函数模型巴 Editor - C:Use rsAd mini strato rDe& ktopq ic I oo p nFile Edit Text Desktop Window Help b?0|辱童21肖能化1 un= 1 1,(len=l 5 2,2 nuiiCj dene =cloop (numderi> 一 1)? Xamsgci结果如下-vaTnirig; using a aerauix vaiue ot u+ i ror

19、 maximum sxe? sixe. me smuLaLidene =3. 用A,B,C,D=tf2ss(num,den)命令将传递函数模型转换为状态空间。 其仿真模型勺 Editor -匚:U5ersAd ministratQrDektopGitf555 mF：ile tdit 工自CH cel lools Debug Desktop Wind 旦剖口 # Z fe3 逐，I w 几 I Q 帕唱 if e 越 I SIM币W31-|n(ujt=LO L lj,cie=l 5 2;2 一 Aj Bj Cj D =tgumden)运行结果0:'J'J-E1-30X, I? 强

20、MS?li11八.系统可控性可观性分析、实验目的1. 熟悉系统可控性、可观性的分析；2. 掌握MATLAB在可控可观标准型中的应用;二、实验内容给定系统的状态方程：XiX2X3XiX2X310X1X2X3利用（1）（2）（3）MATLAB进行以下分析：建立控制系统的数学模型； 分析系统的可控性、可观性; 绘制系统的阶跃响应曲线。三、实验步骤1.打开MATLAB工作窗口用ss（）命令建立系统的状态空间模型勺 Editor - CAU»rsAdnr inistrator.De&ktopbass.nnFl IA Fidit TAxt OH Took Debuq Dpslflmr I

21、VinMw HplnD谊H黑s - /昌rtf” a ©哇筍也e程鼻莎二口2 -3 -45 -20 1 0;0 -2 1 -L 0 -1; oi 0 oLD-0；ST£=S5 a.弘 C, D)n x qicbopjii*«f3.iii * loekog ii'> * bojBucni srkarclizfregte tiq肉t飞coajierl bst.|;口口I Ln 1 Cd 1运行结果5.二zlx2xlx2i3T1筈100Tul01U10-0U0-1丨BC叩5 1 Cri 1 nVP 昇2. 检验系统的可控性、可观性勺 lEdrtnr - f

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