实验十二 控制系统的仿真模拟

实验十二控制系统的仿真模拟——MATLAB

在控制系统仿真中的应用（一）

实验内容：

1.建立仿真模拟如下：

function kongzhi

numg=1;deng=[1 1 2 23];

numf=1;denf=1;

[num,den]=feedback(numg,deng,numf,deng,-1)；%反馈连接

syst=tf(num,den)；%生成传递函数的有理分式模型

sysz=zpk(syst)；%生成传递函数零极点模型

[z p k]=tf2zp(num,den)；%求出零极点和K

syss=ss(sysz) %状态方程

Zero=roots(syst.num{1})；%求零点

Pole=roots(syst.den{1})；%求几点

2.求时域响应：

function SecOderStepResponse

num=[16];

zeta=[0 0.7 1 2];

t=0:0.1:10;

y=zeros(length(t),4); %建立100*4的零矩阵

for i=1:4

den=[1 8*zeta(i) 16]

sys=tf(num,den)

y(:,i)=step(sys,t);

end;

plot(t,y(:,1),'r',t,y(:,2),'b',t,y(:,3),'g',t,y(:,4),'y'); grid

xlabel('time(s)')

ylabel('step response')

legend('zeta=0','zeta=0.7','zeta=1','zeta=2')

运行结果：

3. function gengui

d1=[0.05 1];

d2=[0.05 0.2 1];

den1=conv(d1,d2);

den=[den1 0];

num=[1];

rlocus(num,den)

rlocfind(num,den)

Select a point in the graphics window

selected_point =-15.3673 + 0.1242i

ans =34.6659

实验心得与收获：

1.对使用MATLAB对控制系统仿真的基本方法有一定的了解，对初次接触的函数和未知的函数会使用“帮助”去了解此函数的用法及功能。

2.懂得用那些函数去建立仿真模型，并求其时域响应和作出根轨迹图。

实验十三频域分析——MATLAB

在控制系统仿真中应用（二）

1.超前校正

%没有校正时原系统的BODE图

function NonLeadCom

n=[10];

d=[1 1 0];

bode(n,d),[h,r,wg,wc]=margin(n,d)

%h为幅值裕度，r为相角裕度，wg为幅值交界频率，wc为截止频率

%有校正网络时BODE图

function LeaderCom

n=[4.56 10];

d=conv([0.114 1],[1 1 0]);

bode(n,d)

bode(n,d),[h,r,wg,wc]=margin(n,d)

%sys=tf(n,d);ltiview

求时域指标：

%校正前后的阶跃响应曲线

function InTime

n=[10];

d=conv([1],[1 1 0]);

[n1,d1]=cloop(n,d);

[y,x,t]=step(n1,d1);

subplot(1,2,1)

plot(t,y,t,1.05,t,1,t,0.95)

title('校正前')

n2=[4.56 10];

d2=conv([0.114 1], [1 1 0]);

[n3,d3]=cloop(n2,d2);

[y,x,t]=step(n3,d3);

sys=tf(n3,d3);

subplot(1,2,2)

%step(n3,d3)

plot(t,y,t,1.05,t,1,t,1,t,0.95)

title('校正后')

%[t,y]=ginput

%rlocfind(x,y)

3. function XingCan1

num=input('请输入开环传递函数分子:\n');

den=input('请输入开环传递函数的分母:\n');

fprintf('你输入的开环传递函数为:\n');

sysk=tf(num,den)

ld=length(den);

ln=length(num);

for a=1:ld %保护开环的分母?

denk(a)=den(a);

end

for k=0.1:0.1:1000 %计算K值

for i=0:ln-1

den(ld-i)=den(ld-i)+k*num(ln-i);

end

p=real(roots(den));

if p<0

K=k;

for j=0:ln-1

den(ld-j)=den(ld-j)-k*num(ln-j);

end

continue

end

break;

end

fprintf('要想使此闭环系统稳定，其增益范围为0

K=1; %分析K值为1时的动态性能参数

GB=feedback(K*sysk,1)

% 计算最大峰值时间和它对应的超调量

C=dcgain(GB)

[y,t]=step(GB);

plot(t,y)

grid

[Y,k]=max(y);

timetopeak=t(k)

percentovershoot=100*(Y-C)/C

% 计算上升时间

n=1;

while y(n)

n=n+1;

end

risetime=t(n)

% 计算稳态响应时间

i=length(t);

while(y(i)>0.98*C)&&(y(i)<1.02*C)

%???? i=i-1;

end

setllingtime=t(i)

实验心得与收获：

对传递函数有更深层次的认识，也能用MATLAB分析简单的传递函数的动态性能参数，如输出系统的上升时间，超调量，调节时间等。

实验十五——Simulink 实验（二）

建立Simulink仿真系统如图：

Scope的响应图像为：

建立函数：

m=3;n=2;

[t,x,y]=sim('Simlink',10);

subplot(2,1,1)

plot(t,y);

title('阶跃响应曲线');

grid

subplot(2,1,2)

plot(y(:,1),y(:,2));

title('相轨迹')

grid

实验心得与收获：

较为熟练地掌握系统仿真方法，已经能用Simulink建立较为简单的系统数学模型，并进行仿真，读取特征参数。

自动控制原理MATLAB仿真实验报告

实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析） 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些？ 2、 如何判断系统稳定性？ 3、 系统的动态性能指标有哪些？ 三、实验方法 （一） 四种典型响应 1、 阶跃响应： 阶跃响应常用格式： 1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应： 脉冲函数在数学上的精确定义：0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为：) ()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ② ); ,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = （二） 分析系统稳定性 有以下三种方法： 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图； 2、 利用tf2zp 求出系统零极点； 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.

串级控制系统研究 仿真

本科学生毕业论文 2011年5月20日 论文题目： 串级控制系统研究学院： 电子工程学院年级： 2007级专业： 自动化姓名： 陈曦学号： 20075199指导教师： 赵建华

摘要 随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展，对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求。在这种情况下，简单的单回路控制已经难以满足一些复杂的控制要求。串级控制系统是过程控制中的一种多回路控制系统，是为了提高单回路控制系统的控制效果而提出来的一种控制方案。串级控制系统把两个单回路控制系统以一定的结构形式串联在一起，它不仅具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。串级控制系统采用了两个调节器，因此它的调节器的参数整定更复杂一些。 本论文论述了一个液位——流量串级控制系统的设计方法和步骤，介绍了它的参数整定方法。在此过程中，介绍了对液位和流量进行检测和转换的常用元件，应用阶跃响应曲线推导了广义对象的传递函数，简单地论述了串级控制系统的优点，讨论了它对控制效果的改善作用，并使用仿真软件对该系统进行了仿真。 关键词 串级控制系统；液位；流量；仿真

Abstract Along with the modern industry production process to large-scale,continuously is developing with the strengthened direction,proposed to the control system control quality day by day grows request.In this kind of situation,the simple single return route control already with difficulty satisfied some complex control requests.The cascade control system is in the process control more than one kind of return routes control system,is for enhance one kind of control plan which the single return route control system the control effect proposes.The cascade control system two single return routes control system by the certain structural style connects in together,it not only has the single return route control system the complete function,moreover also has many single return routes control system no merit.The cascade control system has used two regulators,therefore it is more complex to set its regulator parameter. The present paper elaborated a fluid position—current capacity cascade control system design method and the step,introduced its parameter set method.In this process,introduced carries on the examination and the transformation commonly used part to the fluid position and the current capacity,has inferred the generalized object transfer function using the step leap response curve,simply elaborated the cascade control system merit,discussed it to control the effect the improvement function,and use simulation software has carried on the simulation to this system. Key words Cascade control system;fluid position;current capacity;simulation

系统仿真综合实验指导书(2011.6)

系统仿真综合实验指导书 电气与自动化工程学院 自动化系 2011年6月

前言 电气与自动化工程学院为自动化专业本科生开设了控制系统仿真课程，为了使学生深入掌握MATLAB语言基本程序设计方法，运用MATLAB语言进行控制系统仿真和综合设计，同时开设了控制系统仿真综合实验，30学时。为了配合实验教学，我们编写了综合实验指导书，主要参考控制系统仿真课程的教材《自动控制系统计算机仿真》、《控制系统数字仿真与CAD》、《反馈控制系统设计与分析——MATLAB语言应用》及《基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用》。

实验一MATLAB基本操作 实验目的 1．熟悉MATLAB实验环境，练习MATLAB命令、m文件、Simulink的基本操作。 2．利用MATLAB编写程序进行矩阵运算、图形绘制、数据处理等。 3．利用Simulink建立系统的数学模型并仿真求解。 实验原理 MATLAB环境是一种为数值计算、数据分析和图形显示服务的交互式的环境。MATLAB有3种窗口，即：命令窗口（The Command Window）、m-文件编辑窗口（The Edit Window）和图形窗口（The Figure Window），而Simulink另外又有Simulink模型编辑窗口。 1．命令窗口（The Command Window） 当MATLAB启动后，出现的最大的窗口就是命令窗口。用户可以在提示符“>>”后面输入交互的命令，这些命令就立即被执行。 在MATLAB中，一连串命令可以放置在一个文件中，不必把它们直接在命令窗口内输入。在命令窗口中输入该文件名，这一连串命令就被执行了。因为这样的文件都是以“.m”为后缀，所以称为m-文件。 2．m-文件编辑窗口（The Edit Window） 我们可以用m-文件编辑窗口来产生新的m-文件，或者编辑已经存在的m-文件。在MATLAB 主界面上选择菜单“File/New/M-file”就打开了一个新的m-文件编辑窗口；选择菜单“File/Open”就可以打开一个已经存在的m-文件，并且可以在这个窗口中编辑这个m-文件。 3．图形窗口（The Figure Window） 图形窗口用来显示MATLAB程序产生的图形。图形可以是2维的、3维的数据图形，也可以是照片等。 MATLAB中矩阵运算、绘图、数据处理等内容参见教材《自动控制系统计算机仿真》的相关章节。 Simulink是MATLAB的一个部件，它为MATLAB用户提供了一种有效的对反馈控制系统进行建模、仿真和分析的方式。 有两种方式启动Simulink:

实验二 最少拍控制系统仿真

实验二 最少拍控制系统仿真 一、 实验目的 1. 学习最少拍系统的设计方法和使用Matlab 进行仿真的方法 二、 实验器材 x86系列兼容型计算机，Matlab 软件 三、 实验原理 建立所示的数字系统控制模型并进行系统仿真，已知)1(10)(+= s s s G P ，采样周期T=1s 。 广义被控对象脉冲传递函数： [])3679.01)(1()718.01(679.3)1(1)()(1111-------+=??????+?-==z z z z s s K s e Z s G Z z G Ts ，则G(z)的零点为-0.718(单位圆内)、极点为1(单位圆上)、0.368(单位圆内)，故u=0，v=1，m=1。 a. 有纹波系统 单位阶跃信号：根据稳定性要求，G(z)中z=1的极点应包含在Φe (z)的零点中，系统针对阶跃输入进行设计，q=1，显然准确性条件中已满足了稳定性要求，于是可设01)(?-=Φz z ，根据1)1(=Φ求得10=?，则1)(-=Φz z ， 11718.01)3679.01(2717.0)(1)()(1)(--+-=Φ-Φ=z z z z z G z D 。 单位斜披信号：根据稳定性要求，G(z)中z=1的极点应包含在Φe (z)的零点中，系统针对阶跃输入进行设计，q=2，显然准确性条件中已满足了稳定性要求，于是可设)()(1101--+=Φz z z ??，根据1)1(=Φ，0)1('=Φ求得20=?，11-=?，则 2 12)(---=Φz z z ，)718.01)(1()5.01)(3679.01(5434.0)(1)()(1)(1111----+---=Φ-Φ=z z z z z z z G z D 。 单位加速度信号：根据稳定性要求，G(z)中z=1的极点应包含在Φe (z)的零点中，系统

实验四 串级控制系统

实验四 加热炉温度串级控制系统 （实验地点：程控实验室，崇实楼407） 一、实验目的 1、熟悉串级控制系统的结构与特点。 2、掌握串级控制系统临界比例度参数整定方法。 3、研究一次、二次阶跃扰动对系统被控量的影响。 二、实验设备 1、MATLAB 软件， 2、PC 机 三、实验原理 工业加热炉温度串级控制系统如图4-1所示，以加热炉出口温度为主控参数，以炉膛温度为副参数构成串级控制系统。 图4-1 加热炉温度串级控制系统工艺流程图 图4-1中，主、副对象，即加热炉出口温度和炉膛温度特性传递函数分别为 主对象：;)130)(130()(18001++=-s s e s G s 副对象：2 1802)1)(110()(++=-s s e s G s 主控制器的传递函数为PI 或PID ，副控制器的传递函数为P 。对PI 控制器有 221111)(),/(, 1 11)(c c I c I I c I c c K s G T K K s K K s T K s G ==+=???? ? ?+= 采用串级控制设计主、副PID 控制器参数，并给出整定后系统的阶跃响应曲线和阶跃扰动响应曲线，说明不同控制方案控制效果的区别。 四、实验过程 串级控制系统的设计需要反复调整调节器参数进行实验，利用MATLAB 中的Simulink 进行仿真，可以方便、快捷地确定出调节器的参数。 1．建立加热炉温度串级控制系统的Simulink 模型 （图4-2） 在MATLAB 环境中建立Simulink 模型如下：)(01s G 为主被控对象，)(02s G 为副被控对象，Step 为系统的输入，c 为系统的输出，q1为一次阶跃扰动，q2为二次阶跃扰动，可以用示波器观察输出波形。PID1为主控制器，双击PID 控制器可设置参数：（PID 模块在

系统仿真实验报告

中南大学系统仿真实验报告 指导老师胡杨 实验者 学号 专业班级 实验日期 2014.6.4 学院信息科学与工程学院

目录 实验一MATLAB中矩阵与多项式的基本运算 (3) 实验二MATLAB绘图命令 (7) 实验三MATLAB程序设计 (9) 实验四MATLAB的符号计算与SIMULINK的使用 (13) 实验五MATLAB在控制系统分析中的应用 (17) 实验六连续系统数字仿真的基本算法 (30)

实验一MATLAB中矩阵与多项式的基本运算 一、实验任务 1．了解MATLAB命令窗口和程序文件的调用。 2．熟悉如下MATLAB的基本运算： ①矩阵的产生、数据的输入、相关元素的显示； ②矩阵的加法、乘法、左除、右除； ③特殊矩阵：单位矩阵、“1”矩阵、“0”矩阵、对角阵、随机矩阵的产生和运算； ④多项式的运算：多项式求根、多项式之间的乘除。 二、基本命令训练 1．eye(m) m=3; eye(m) ans = 1 0 0 0 1 0 0 0 1 2．ones(n)、ones(m,n) n=1;m=2; ones(n) ones(m,n) ans = 1 ans = 1 1

3．zeros(m,n) m=1,n=2; zeros(m,n) m = 1 ans = 0 0 4．rand(m,n) m=1;n=2; rand(m,n) ans = 0.8147 0.9058 5．diag(v) v=[1 2 3]; diag(v) ans = 1 0 0 0 2 0 0 0 3 6．A\B 、A/B、inv(A)*B 、B*inv(A) A=[1 2;3 4];B=[5 6;7 8]; a=A\B b=A/B c=inv(A)*B d=B*inv(A) a = -3 -4 4 5 b = 3.0000 -2.0000 2.0000 -1.0000

控制系统仿真实验报告

哈尔滨理工大学实验报告 控制系统仿真 专业：自动化12-1 学号：1230130101 姓名：

一．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# 姓名蔡庆刚学号1230130101 班级自动化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

得到阶跃响应曲线 得到响应指标截图如下

2.求取零极点程序截图 得到零极点分布图 3.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。

二．单容过程的阶跃响应 一、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 1 () 0.5 G s s =和5 1 () 51 s G s e s - = + ，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

过程控制系统仿真实验指导

过程控制系统Matlab/Simulink 仿真实验 实验一 过程控制系统建模 ............................................................................................................. 1 实验二 PID 控制 ............................................................................................................................. 2 实验三 串级控制 ............................................................................................................................. 6 实验四 比值控制 ........................................................................................................................... 13 实验五 解耦控制系统 . (19) 实验一 过程控制系统建模 指导内容：（略） 作业题目一： 常见的工业过程动态特性的类型有哪几种？通常的模型都有哪些？在Simulink 中建立相应模型，并求单位阶跃响应曲线。 作业题目二： 某二阶系统的模型为2 () 22 2n G s s s n n ?ζ??= ++，二阶系统的性能主要取决于ζ，n ?两个参数。试利用Simulink 仿真两个参数的变化对二阶系统输出响应的影响，加深对二阶 系统的理解，分别进行下列仿真： （1）2n ?=不变时，ζ分别为0.1, 0.8, 1.0, 2.0时的单位阶跃响应曲线； （2）0.8ζ=不变时，n ?分别为2, 5, 8, 10时的单位阶跃响应曲线。

《MATLAB与控制系统。。仿真》实验报告

《MATLAB与控制系统仿真》 实验报告 班级： 学号： 姓名： 时间：2013 年 6 月

目录实验一MATLAB环境的熟悉与基本运算（一）实验二MATLAB环境的熟悉与基本运算（二）实验三MATLAB语言的程序设计 实验四MATLAB的图形绘制 实验五基于SIMULINK的系统仿真 实验六控制系统的频域与时域分析 实验七控制系统PID校正器设计法 实验八线性方程组求解及函数求极值

实验一MATLAB环境的熟悉与基本运算（一） 一、实验目的 1．熟悉MATLAB开发环境 2．掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算 二、实验基本原理 1.熟悉MATLAB环境: MATLAB桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器、文件和搜索路径浏览器。 2.掌握MATLAB常用命令 表1 MATLAB常用命令 变量与运算符 3．1变量命名规则 3．2 MATLAB的各种常用运算符 表3 MATLAB关系运算符 表4 MATLAB逻辑运算符

| Or 逻辑或 ~ Not 逻辑非 Xor逻辑异或 符号功能说明示例符号功能说明示例 ：1:1:4;1:2:11 . ；分隔行.. ，分隔列… （）% 注释 [] 构成向量、矩阵！调用操作系统命令 {} 构成单元数组= 用于赋值 的一维、二维数组的寻访 表6 子数组访问与赋值常用的相关指令格式 三、主要仪器设备及耗材 计算机 四．实验程序及结果 1、新建一个文件夹（自己的名字命名，在机器的最后一个盘符） 2、启动MATLAB，将该文件夹添加到MATLAB路径管理器中。 3、学习使用help命令。

串级控制系统整定实验报告

学院 过程控制系统实验报告书 实验名称串级控制系统整定 专业自动化专业 班级 指导教师 姓名 学号 实验日期

串级控制系统整定 一、实验目的 (1)掌握动态模型的创建方法.。 (2)掌握串级控制系统整定方法。 (3)了解控制系统的特点。 （4）了解串联控制系统的特点。 二、实验器材 计算机一台，MATLAB软件 三、实验原理 .串级控制系统：就是由两个调节器串联在一起，控制一个执 行阀，实现定值控制的控制系统。 .串级控制系统的通用方框图： .串级控制系统特点：（1）改善了被控过程的动态特性。 （2）提高了系统的工作频率。 （3）具有较强的抗扰动能力。 （4）具有一定的自适应能力。 .两步整定法

（1）工况稳定时，闭合主回路，主、副调节器都在纯比例作用的条件下，主调节器的比例度置于100%，用单回路控制系统的衰减曲线法整定，求取副调节器的比例度s δ和操作周期s T 。 （2）将副调节器的比例度置于所求得的数值上，把副回路作为主回路中的一个环节，用同样方法整定主回路，求取主调节器的比例度和操作周期。 四、实验步骤 （1）启动计算机，运行MATLAB 应用程序。 （2）在MATLAB 命令窗口输入Smulink,启动Simulink 。 （3）在Simulink 库浏览窗口中，单击工具栏中的新建窗口快捷按钮或在Simulink 库窗口中选择菜单命令File New Modeel,打开一个标题为“Untitled ”的空白模型编辑窗口。 （4）设被控对象的传递函数为： 24 21 (110)(120)s s ?++，要求被调量始 终维持在设定值。设计一个串级控制系统，并且要求控制系统的衰减率为75%，静态误差为零。用MATLAB 创建仿真模型。 （5）按两步整定法整定调节器参数。 （6）按步骤（5）的结果设置调节器参数，启动仿真，通过示波器模块观测并记录系统输出的变化曲线。 （7）施加内扰，观测系统运行情况。 . 衰减曲线法整定参数计算表：

matlab控制系统仿真.

课程设计报告 题目PID控制器应用 课程名称控制系统仿真院部名称龙蟠学院 专业自动化 班级M10自动化 学生姓名 学号 课程设计地点 C208 课程设计学时一周 指导教师应明峰 金陵科技学院教务处制成绩

一、课程设计应达到的目的 应用所学的自动控制基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 二、课程设计题目及要求 1．单回路控制系统的设计及仿真。 2．串级控制系统的设计及仿真。 3．反馈前馈控制系统的设计及仿真。 4．采用Smith 补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真。 三、课程设计的内容与步骤 (1)．单回路控制系统的设计及仿真。 （a）已知被控对象传函W(s) = 1 / (s2 +20s + 1)。 （b）画出单回路控制系统的方框图。 （c）用MatLab的Simulink画出该系统。

（d）选PID调节器的参数使系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应曲线。注明所用PID调节器公式。PID调节器公式Wc（s）=50(5s+1)/(3s+1) 给定值为单位阶跃响应幅值为3。 有积分作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 2 5 有积分作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 0 5

大比例作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 0 0 （e）修改调节器的参数，观察系统的稳定性或单位阶约响应曲线，理解控制器参数对系统的稳定性及控制性能的影响？ 答：由上图分别可以看出无积分作用和大比例积分作用下的系数响应曲线，这两个PID调节的响应曲线均不如前面的理想。增大比例系数将加快系统的响应，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏；

什么叫串级控制系统

1．什么叫串级控制系统?画出一般串级控制系统的典型方块图。 答：串级控制系统是由其结构上的特征而得名的。它是由主、副两个控制器串接工作的。 主控制器的输出作为副控制器的给定值，副控制器的输出去操纵控制阀，以实现对变量的定值控制。 2．串级控制系统有哪些特点?主要使用在哪些场合? 答串级控制系统的主要特点为： (1)在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统； (2)系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量} (3)由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响； (4)系统对负荷改变时有一定的自适应能力。 串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。 3．串级控制系统中主、剧变量应如何选择? 答主变量的选择原则与简单控制系统中被控变量的选择原则是一样的。 副变量的选择原则是：． (1)主、副变量间应有一定的内在联系，副变量的变化应在很大程度上能影响主变量的变化； (2)通过对副变量的选择，使所构成的副回路能包含系统的主要干扰； (3)在可能的情况下，应使副回路包含更多的主要干扰，但副变量又不能离主变量太近； (4)副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配，以防“共振”的发生 4．为什么说串级控制系统中的主回路是定值控制系统，而副回路是随动控制系统? 答串级控制系统的目的是为了更好地稳定主变量，使之等于给定值，而主变量就是主回路的输出，所以说主回路是定值控制系统。副回路的输出是副变量，副回路的给定值是主控制器的输出，所以在串级控制系统中，副变量不是要求不变的，而是要求随主控制器的输出变化而变化，因此是一个随动控制系统。 5．怎样选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律?

第一章系统仿真的基本概念与方法

第一章控制系统及仿真概述 控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算数学与计算机技术的综合性新型学科。这门学科的产生及发展差不多是与计算机的发明及发展同步进行的。它包含控制系统分析、综合、设计、检验等多方面的计算机处理。计算机仿真基于计算机的高速而精确的运算，以实现各种功能。 第一节控制系统仿真的基本概念 1．系统： 系统是物质世界中相互制约又相互联系着的、以期实现某种目的的一个运动整体，这个整体叫做系统。 “系统”是一个很大的概念，通常研究的系统有工程系统和非工程系统。 工程系统有：电力拖动自动控制系统、机械系统、水力、冶金、化工、热力学系统等。 非工程系统：宇宙、自然界、人类社会、经济系统、交通系统、管理系统、生态系统、人口系统等。 2．模型： 模型是对所要研究的系统在某些特定方面的抽象。通过模型对原型系统进行研究，将具有更深刻、更集中的特点。 模型分为物理模型和数学模型两种。数学模型可分为机理模型、统计模型与混合模型。 3．系统仿真： 系统仿真，就是通过对系统模型的实验，研究一个存在的或设计中的系统。更多的情况是指以系统数学模型为基础，以计算机为工具对系统进行实验研究的一种方法。 要对系统进行研究，首先要建立系统的数学模型。对于一个简单的数学模型，可以采用分析法或数学解析法进行研究，但对于复杂的系统，则需要借助于仿真的方法来研究。 那么，什么是系统仿真呢？顾名思义，系统仿真就是模仿真实的事物，也就是用一个模型（包括物理模型和数学模型）来模仿真实的系统，对其进行实验研究。用物理模型来进行仿真一般称为物理仿真，它主要是应用几何相似及环境条件相似来进行。而由数学模型在计算机上进行实验研究的仿真一般则称为数字仿真。我们这里讲的是后一种仿真。 数字仿真是指把系统的数学模型转化为仿真模型，并编成程序在计算机上投入运行、实验的全过程。通常把在计算机上进行的仿真实验称为数字仿真，又称计算机仿真。

简单控制系统PYTHON仿真实验

计算机基础理论实验四 简单控制系统python仿真实验 学号：13 姓名： 陈严 实验日期：2012/5/24 实验目的：学习计算机仿真的方法。 实验内容：1.建立test.py文件，运行test.py,分析实验结果； 2.为每一行代码写一个注释 系统如上图，鼓风机吹出风需要经过阀门才能到达风轮；而风轮的转速会影响到杠杆位置间接影响到阀门开度。鼓风机的输入为正作用；风轮以至阀门的影响为负作用（或负反馈）。 代码： #coding=utf-8 #系统参数 a=0.1 b=1.0 #系统结构，F：鼓风机的风力; F1：实际输入风力；W：风轮转速 def WW(): return a*F1 //*每次输入的风力 def FF1(): return F-b*W //*杠杆所得到的力 #初始条件 F1=2 //*实际输入风力为2

W=0.2 //*风轮转速为0.2转每秒 print F1,W //*输入实际风力和转速 #鼓风机风力正常 F=2.2 //*鼓风机的风力为2.2 print "鼓风机风力",F //*输出鼓风机的风力 #随着时间增加 for t in xrange(20): //*返回一个迭代序列 F1,W=FF1(),WW() //*将风力和转速进行更新 print F1,W //*输出更新后的风力和转速#鼓风机风力偏大 F=2.3 //*当鼓风机的风力为2.3时print "鼓风机风力",F #随着时间增加 for t in xrange(20): //*返回迭代列20次 F1,W=FF1(),WW() //*再次更新 print F1,W //*输出实际风力和转速 #鼓风机风力偏小 F=2.2 //*当风力为2.2时 print "鼓风机风力",F #随着时间增加 for t in xrange(20): //*在f=2.2时，再次迭代 F1,W=FF1(),WW() print F1,W 实验结果：

MATLAB与控制系统仿真及实验 2016 (二)

MATLAB与控制系统仿真及实验 实验报告 （二） 2015- 2016 学年第 2 学期 专业： 班级： 学号： 姓名： 20 年月日

实验二 MATLAB的图形绘制 一、实验目的 1.学习MATLAB图形绘制的基本方法 2.熟悉和了解MATLAB图形绘制程序编辑的基本指令 3.熟悉掌握利用MATLAB图形编辑窗口编辑和修改图形界面，添加图形的标注 4.掌握plot、subplot的指令格式和语法 二、实验设备及条件 计算机一台（包含MATLAB 软件环境）。 三、实验内容 1．生成1×10 维的随机数向量a，分别用红、黄、蓝、绿色绘出其连线图、杆图、阶梯图和条形图，并分别标出标题“连线图”、“杆图”、“阶梯图”、“条形图”。 (1. Generate random vector of dimension 1×10, and use different functions plot, stem, stairs and bars to draw figures with different colors, such as red, yellow, blue and green. Then title the figures with "Plot", "Stem", "Stem", "Bars" respectively.) a=rand(1,10); subplot(2,2,1); plot(a,'r'); title('连线图'); subplot(2,2,2); stem(a,'y'); title('杆图'); subplot(2,2,3); stairs(a,'b'); title('阶梯图'); subplot(2,2,4); bar(a,'g'); title('条形图'); 2. 绘制函数曲线，要求写出程序代码。 (2. Plot the curves and write down the code.) (1) 在区间[0:2π]均匀的取50个点，构成向量t t=linspace(0,2*pi,50)

自动控制原理及系统仿真课程设计

自动控制原理及系统仿 真课程设计 学号：1030620227 姓名：李斌 指导老师：胡开明 学院：机械与电子工程学院

2013年11月

目录 一、设计要求 (1) 二、设计报告的要求 (1) 三、题目及要求 (1) （一）自动控制仿真训练 (1) （二）控制方法训练 (19) （三）控制系统的设计 (23) 四、心得体会 (27) 五、参考文献 (28)

自动控制原理及系统仿真课程设计 一：设计要求： 1、 完成给定题目中，要求完成题目的仿真调试，给出仿真程序和图形。 2、 自觉按规定时间进入实验室，做到不迟到，不早退，因事要请假。严格遵守实验室各项规章制度，实验期间保持实验室安静，不得大声喧哗，不得围坐在一起谈与课程设计无关的空话，若违规，则酌情扣分。 3、 课程设计是考查动手能力的基本平台，要求独立设计操作，指导老师只检查运行结果，原则上不对中途故障进行排查。 4、 加大考查力度，每个时间段均进行考勤，计入考勤分数，按照运行的要求给出操作分数。每个人均要全程参与设计，若有1/3时间不到或没有任何运行结果，视为不合格。 二：设计报告的要求： 1.理论分析与设计 2.题目的仿真调试，包括源程序和仿真图形。 3.设计中的心得体会及建议。 三：题目及要求 一）自动控制仿真训练 1.已知两个传递函数分别为：s s x G s x G +=+= 22132)(,131)(

①在MATLAB中分别用传递函数、零极点、和状态空间法表示； MATLAB代码： num=[1] den=[3 1] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) num=[2] den=[3 1 0] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) 仿真结果： num =2 den =3 1 0 Transfer function: 2 --------- 3 s^2 + s

串级调速系统的仿真与设计(可编辑修改word版)

湖南科技大学 信息与电气工程学院 《课程设计报告》 题目：串级调速系统的仿真与设计 专业：电气工程及其自动化 班级：电气三班 姓名： 学号： 指导教师：吴新开

一、串级调速原理 绕线转子异步电动机用转子串接电阻、分段切换可进行调速，此法调速性能与节能性能都很差。采用转子回路引入附加电动势，从而实现电动机调速的方法称为串级调速。晶闸管串级调速是异步电动机节能控制广泛采用的一项技术，目前国内外许多著名电气公司均生产串级调速系列产品。串级调速的工作原理是利用三相整流将电动机转子电动势变换为直流，经滤波通过有源逆变电路再变换为三相工频交流返送回电网。 为引入转子电路的反电动势，串级调速主电路如图 1-1 所示，逆变电压 U β 是转子整流后改变逆变角β即可以改变反电动势大小，达到改变转速的目的。U d 的直流电压，其值为。当电动机转速稳定，忽略直流回路电阻时，与逆变电压 Uβ大小相等方向相反。当逆变变压器 T1 二次线电压则整流电压 U d 时，则 为U 2l 所以 上式说明，改变逆变角β的大小即可以改变电动机的转差率，实现调速。 通常电动机转速越低返回电网的能量越大，节能越显著，但调速范围过大将使装置的功率因数变差，逆变变压器和交流装置的容量增大，一次投资增高，过串级调速比宜定在 2:1 以下。 图1-1 串级调速主电路

二、调速过程 1. 起动 接通 KM1、KM2，利用频敏变电阻器起动电动机。当电动机起动后，断开 KM2 接通 KM3，电动机转入串级调速。 2. 调速 电动机稳定运行在某转速此时 U d = U β ，如β角增大则 U β 减少，使转子电流 瞬时增大，致使电动机转矩增大转速提高、使转差率 s 减少，当 U d 减少到 U β 相等 时，电动机稳定运行在较高的转速上；反之减少β的值则电动机的转速下降。3. 停车 先断开 KM1，延时断开 KM3，电动机停车。 三、参数计算 1. 电机选择 本设计选取三相异步电动机，调速范围为D= 20。三相异步电动机主要技术数据如下： 额定输出功率7.5KW；定子绕组额定线电压380V； 定子绕组额定相电流12A; 定子绕组每相电阻0.5 欧姆； 定子绕组接线形式Y；转子额定转速980rpm; 转子形式:鼠笼式；转子每相折算电阻:3 欧姆； 转子折算后额定电流30A；额定功率因数：0.75； 电机机电时间常数2S; 电枢允许过载系数1.5； 电网额定电压:380/220V; 电网电压波动10%; 环境温度:-40~+40 摄氏度;环境相对湿度:10~90%. 转差率：3%；调速范围：D＝20； 电流超调量小于等 5%;空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于 30%; 稳速精度：0.03.

运动控制系统仿真实验讲义

《运动控制系统仿真》实验讲义 谢仕宏

实验一、闭环控制系统及直流双闭环调速系统仿真 一、实验学时：6学时 二、实验内容： 1. 已知控制系统框图如图所示： 图1-1 单闭环系统框图 图中，被控对象s e s s G 150130010)(-+= ，Gc(s)为PID 控制器，试整定PID 控制器参数，并建立控制系统Simulink 仿真模型。再对PID 控制子系统进行封装，要求可通过封装后子系统的参数设置页面对Kp 、Ti 、Td 进行设置。 2. 已知直流电机双闭环调速系统框图如图1-2所示。试设计电流调节器ACR 和转速调节器ASR 并进行Simulink 建模仿真。 图1-2 直流双闭环调速系统框图

三、实验过程： 1、建模过程如下： （1）PID控制器参数整顿 T2.1=，Ti=τ2=300，根据PID参数的工程整定方法（Z-N法），如下表所示， Kp= τK Td=τ5.0=75。 表1-1 Z-N法整定PID参数 （2）simulink仿真模型建立 建立simulink仿真模型如下图1-3所示，并进行参数设置：

图1-3 PID控制系统Simulink仿真模型 图1-3中，step模块“阶跃时间”改为0，Transport Delay模块的“时间延迟”设置为150，仿真时间改为1000s，如下图1-4所示： 图1-3 PID控制参数设置 运行仿真，得如下结果：

图1-5 PID控制运行结果 （3）PID子系统的创建 首先将参数Gain、Gain1、Gain三个模块的参数进行设置，如下图所示： 图1-6 PID参数设置 然后建立PID控制器子系统，如下图1-7所示：

串级控制系统仿真

串级控制系统仿真 解题步骤： (1)串级控制系统的方框图： （2）单回路控制系统图： 图（2）为采用单回路控制时的Simulink图，其中，PID C1为单回路PID控制器，d1为一次扰动，取阶跃信号；d2为二次扰动，取阶跃信号；G o2为副对象，G o1为主对象；r为系统输入，取阶跃信号，它连接到示波器上，可以方便地观测输出。 在PID参数设置中，经过不断的试验，当输入比例系数为260，积分系数为0，微分系数为140时，系统阶跃响应达到比较满意的效果，系统阶跃响应如下图：

采用这套PID参数时，二次扰动作用下，置输入为0，系统框图如下。 系统的输出响应如下图：

采用这套PID参数时，一次扰动作用下，置输入为0，系统框图如下： 系统的输出响应如下

从综合以上各图可以看出，采用单回路控制，系统的阶跃响应达到要求时，系统对一次扰动，二次扰动的抑制效果不是很好。 图（1）是采用串级控制时的情况，d1为一次扰动，取阶跃信号；d2为二次扰动，取阶跃信号；PID C1为主控制器，采用PD控制，PID C2为副控制器，采用PID控制；Go2为副对象，Go1为主对象；r为系统输入，取阶跃信号；scope为系统输出，它连接到示波器上，可以方便地观测输出。 经过不断试验，当PID C1为主控制器输入比例系数为550，积分系数为0，微分系数为80时；当PID C2为主控制器输入比例系数为3，积分系数为0，微分系数为0时；系统阶跃响应达到比较满意的效果，系统阶跃响应如下图所示： 采用这套PID参数时，二次扰动作用下，置输入为0，系统的框图如下: 系统的输出响应如下图:

哈工大 计算机仿真技术实验报告 仿真实验四基于Simulink控制系统仿真与综合设计

基于Simulink 控制系统仿真与综合设计 一、实验目的 (1) 熟悉Simulink 的工作环境及其功能模块库； (2) 掌握Simulink 的系统建模和仿真方法； (3) 掌握Simulink 仿真数据的输出方法与数据处理； (4) 掌握利用Simulink 进行控制系统的时域仿真分析与综合设计方法； (5) 掌握利用 Simulink 对控制系统的时域与频域性能指标分析方法。 二、实验内容 图2.1为单位负反馈系统。分别求出当输入信号为阶跃函数信号)(1)(t t r =、斜坡函数信号t t r =)(和抛物线函数信号2/)(2t t r =时，系统输出响应)(t y 及误差信号)(t e 曲线。若要求系统动态性能指标满足如下条件：a) 动态过程响应时间s t s 5.2≤；b) 动态过程响应上升时间s t p 1≤；c) 系统最大超调量%10≤p σ。按图1.2所示系统设计PID 调节器参数。 图2.1 单位反馈控制系统框图

图2.2 综合设计控制系统框图 三、实验要求 (1) 采用Simulink系统建模与系统仿真方法，完成仿真实验； (2) 利用Simulink中的Scope模块观察仿真结果，并从中分析系统时域性能指标（系统阶跃响应过渡过程时间，系统响应上升时间，系统响应振荡次数，系统最大超调量和系统稳态误差）； (3) 利用Simulink中Signal Constraint模块对图2.2系统的PID参数进行综合设计，以确定其参数； (4) 对系统综合设计前后的主要性能指标进行对比分析，并给出PID参数的改变对闭环系统性能指标的影响。 四、实验步骤与方法 4.1时域仿真分析实验步骤与方法 在Simulink仿真环境中，打开simulink库，找出相应的单元部件模型，并拖至打开的模型窗口中，构造自己需要的仿真模型。根据图2.1 所示的单位反馈控制系统框图建立其仿真模型，并对各个单元部件模型的参数进行设定。所做出的仿真电路图如图4.1.1所示。

双容水箱液位串级控制系统课程设计

双容水箱液位串级控制系统课程设计 1. 设计题目 双容水箱液位串级控制系统设计 2. 设计任务 图1所示双容水箱液位系统，由水泵1、2分别通过支路1、2向上水箱注水，在支路一中设置调节阀，为保持下水箱液位恒定，支路二则通过变频器对下水箱液位施加干扰。试设计串级控制系统以维持下水箱液位的恒定。 1 图1 双容水箱液位控制系统示意图 3. 设计要求 1） 已知上下水箱的传递函数分别为： 111()2()()51p H s G s U s s ?==?+，22221()()1()()()201 p H s H s G s Q s H s s ??===??+。 要求画出双容水箱液位系统方框图，并分别对系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真（假设干扰为在系统单位阶跃给定下投运10s 后施加的均值为0、方差为0.01的白噪声）； 2） 针对双容水箱液位系统设计单回路控制，要求画出控制系统方框图，并分别对控制系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真，其中PID 参数的整定要求写出整定的依据（选择何种整定方法，P 、I 、D 各参数整定的依据如何），对仿真结果进行评述； 3） 针对该受扰的液位系统设计串级控制方案，要求画出控制系统方框图及实施方案图，对控制系统的动态过程进行仿真，并对仿真结果进行评述。 4.设计任务分析

系统建模基本方法有机理法建模和测试法建模两种，机理法建模主要用于生产过程的机理已经被人们充分掌握，并且可以比较确切的加以数学描述的情况；测试法建模是根据工业过程的实际情况对其输入输出进行某些数学处理得到，测试法建模一般较机理法建模简单，特别是在一些高阶的工业生产对象。对于本设计而言，由于双容水箱的数学模型已知，故采用机理建模法。 在该液位控制系统中，建模参数如下： 控制量：水流量Q ； 被控量：下水箱液位； 控制对象特性： 111()2()()51 p H s G s U s s ?==?+（上水箱传递函数）； 22221()()1()()()201p H s H s G s Q s H s s ??= ==??+（下水箱传递函数）。 控制器：PID ； 执行器：控制阀； 干扰信号：在系统单位阶跃给定下运行10s 后，施加均值为0、方差为0.01的白噪声 为保持下水箱液位的稳定，设计中采用闭环系统，将下水箱液位信号经水位检测器送至控制器（PID ），控制器将实际水位与设定值相比较，产生输出信号作用于执行器（控制阀），从而改变流量调节水位。当对象是单水箱时，通过不断调整PID 参数，单闭环控制系统理论上可以达到比较好的效果，系统也将有较好的抗干扰能力。该设计对象属于双水箱系统，整个对象控制通道相对较长，如果采用单闭环控制系统，当上水箱有干扰时，此干扰经过控制通路传递到下水箱，会有很大的延迟，进而使控制器响应滞后，影响控制效果，在实际生产中，如果干扰频繁出现，无论如何调整PID 参数，都将无法得到满意的效果。考虑到串级控制可以使某些主要干扰提前被发现，及早控制，在内环引入负反馈，检测上水箱液位，将液位信号送至副控制器，然后直接作用于控制阀，以此得到较好的控制效果。 设计中，首先进行单回路闭环系统的建模，系统框图如下： 可发现，在无干扰情况下，整定主控制器的PID 参数，整定好参数后，分别改变P 、I 、D 参数，观察各参数的变化对系统性能的影响；然后加入干扰（白噪声），比较有无干扰两