实验计划书-工业控制系统设计-2014

竭力为客户提供满意的产品和服务序号实验项目名称周次学时1离散傅立叶变换Matlab仿真实验22控制系统Nyquist图和Bode图仿真实验23小功率随动系统时域脉冲响应实验24小功率随动系统低频模型Bode图仿真实验25控制系统PID调节器设计实验26控制系统PID调节器参数整定实验27电液伺服阀位置控制系统仿真实验28直线一级倒立摆PID控制实验2(1)离散傅立叶变换 Matlab仿真实验一维离散傅立叶变换函数，其调用格式与功能为：fft(X)：返回向量X的离散傅立叶变换。fft(X,N)：计算N点离散傅立叶变换。fft(X,[],dim)或fft(X,N,dim)：这是对于矩阵而言的函数调用格式，前者的功能与FFT(X)基本相同，而后者则与FFT(X,N)基本相同。只是当参数dim=1时，该函数作用于X的每一列；当dim=2时，则作用于X的每一行。相应地，一维离散傅立叶逆变换函数是 ifft。ifft(F)返回F的一维离散傅立叶逆变换；ifft(F,N)为N点逆变换；ifft(F,[],dim)或ifft(F,N,dim)则由N或dim确定逆变换的点数或操作方向。以人为本 诚信务实 勇于创新 乐于奉献竭力为客户提供满意的产品和服务linspace(起点,终点,N)函数功能:用于产生“起点”和“终点”之间N的点行矢量stem(t,f)函数功能：绘制离散序列。火柴棍图。横坐标是 t，纵坐标是f○1给定数学函数x(t) 12sin(2 10t ) 5cos(2 40t)4取N=128，试对t从0~1秒采样，用FFT作快速傅立叶变换，绘制相应的频谱图，以f（HZ）为单位。在0~1秒时间范围内采样128点，从而可以确定采样周期和采样频率。由于离散傅立叶变换时的下标应是从 0到N-1，故在实际应用时下标应该前移 1。又考虑到对离散傅立叶变换来说， 其振幅|F(k)|是关于N/2对称的，故只须使 k从0到N/2即可。○2如果x(n)sin(n)sin(n)是一个16点的有限序列，用84Matlab求其DFT的结果，并画出结果图。N1X(k)x(n)Wnknn02傅立叶变换公式jWn e N实验要求：（1）写出程序并调试，分析频谱图特点。（2）结果记录和分析。(2)控制系统 Nyquist图和Bode图仿真实验2s 6○1已知系统的开环传函为 G(s) s32s25s2，试绘制其Nyquist图，以人为本 诚信务实 勇于创新 乐于奉献竭力为客户提供满意的产品和服务并分析其稳定性。30(0.2s 1)○2已知系统的开环传函为 G(s) s(s216s100)，试绘制系统的Bode图。实验要求：（1）写出Nyquist稳定性判据内容，写出Bode图物理含义。（2）编写程序，语句注释（3）结果记录和分析。(3)小功率随动系统时域脉冲响应实验考虑跟踪目标以等速、等高、直线通过时跟踪站的方位角 A设系统的特性已经做了初步设计，其开环传递函数为：G(s)KTs1saTs1。K 500s10.025saT0.15s以人为本 诚信务实 勇于创新 乐于奉献竭力为客户提供满意的产品和服务设r(t) A(t)，r(t)对应的拉氏变换为 R(s)。现取dA/dt作为输入信号，则输入信号为r(t)，对应的拉氏变换为R(s)。并取t0.01，求1t脉冲作用下系统的输出响应e(t)。实验要求：（1）根据已知信息写出系统方位角信号A的表达式；（2）画出系统结构图并推导输入信号与误差信号之间的传递函数；（3）建立仿真模型，结果记录和分析。(4)小功率随动系统低频模型 Bode图仿真实验KTs1经过初步设计的系统开环传函为 G(s)K 500s10.025saT0.15s

saTs1实验要求：（1）推导输入信号与误差信号之间的低频模型；（2）测试该系统的开环频率特性，即绘制其Bode图，并从图上近似读取转折频率。控制系统PID调节器设计实验考虑某一个带有滞后特性的调节对象，它的传递函数为G(s)8e180s。360s1实验要求：（1）写出PID控制规律，并建立PID控制模型；（2）记录采用P、PD、PI、PID控制器的系统响应，每种方法采用两组参数。以人为本 诚信务实 勇于创新 乐于奉献竭力为客户提供满意的产品和服务（6）控制系统 PID调节器参数整定实验对于实验5的调节系统的传递函数，论述临界比例度法，根据临界比例度法表8-1，采用P、PI、PID时控制系统比例系数 Kp有一定关系。实验要求：采取下述参数，记录数据。P：Kp=0.25PI:Kp=0.225（从表里能发现，这时 Kp比比例调节器时要稍微小一点），积分时间常数 Ti=594，Gain2=1/594PID：Kp=0.3（从表里能发现，这时 Kp比比例调节器时要稍微大一点），积分时间常数Ti=396,微分时间常数 Td=90,将“Kp”的值置为0.3，Gain1设置为90，Gain2=1/396（7）电液伺服阀位置控制系统仿真实验液压伺服系统概述液压伺服控制系统，是一种以液压动力机构作为执行机构并具有反馈控制的系统。它不仅能够自动、准确而快速地复现输入量的变化规律，而且还能够对输入信号实现放大与变换的作用。 电液伺服系统是新兴的科学，发展历史并不太长。它是在 20世纪50年代至60年代以后逐步发展起来的，并形成了一门学科，它综合了电气和液压两方面的特长，具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、以人为本 诚信务实 勇于创新 乐于奉献竭力为客户提供满意的产品和服务易于实现各种参量的反馈等优点，其应用已遍及国民经济和军事工业的各个技术领域。远在第一次世界大战前，液压伺服曾用于海军舰艇中作为操舵设备，但是因当时电力系统的迅速发展及其显示出的明显优越性，动摇了液压控制的基础。近几十年来，由于整个工业技术的发展，尤其是在军事航空和宇航技术上所应用的伺服控制系统逐步向快速、大功率、高精度的方向发展，电液伺服控制得到了迅速发展。（1）液压缸负载的传递函数（由液压缸的参数计算得）Gh(s)13.86s34.62104s2s1.3310（2）伺服阀的传递函数2.25102G(s)s221.4s1700700（3）位移传感器的增益Kf 160mA/m（4）伺服放大器的传递函数（由行程位置的最大允许误差可得）实验要求：绘制系统结构图，并建立仿真模型，并查看在单位阶跃输入信号的作用下，系统的响应结果。（8）直线一级倒立摆 PID控制实验（验证型）以人为本 诚信务实 勇于创新 乐于奉献竭力为客户提供满意的产品和服务特殊对象的控制小车-倒立摆系统。倒摆的支点安置在小车上，由小车的移动来控制摆倒立在小车上。其线性化方程式为：(M m)y ml u(J ml2) mly mgl是摆的角偏差，y是小车的位移，u是作用在小车上的力，M是小车的质量，m是摆杆的质量，J是摆杆绕中心点的转动惯量，J

ml23简化处理：将摆杆看作一个质点，即摆杆的质量 m都集中在杆长为 l的顶点上，即J=0，并设控制信号 u是一个加速度信号 a(t)，以人为本 诚信务实 勇于创新 乐于奉献竭力为客户提供