課程設(shè)計(jì)報(bào)告---pid在仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　題 目 PID在仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用 </p><p>　　課 程 名 稱 控制系統(tǒng)仿真 </p><p>　　院 部 名 稱 機(jī)電工程 </p><p>　　專 業(yè) 自

2、動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí) 08自動(dòng)化(1) </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　課程設(shè)計(jì)地點(diǎn) </p><p&

3、gt;　　課程設(shè)計(jì)學(xué)時(shí) 1周 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的</p><p>　　本課程是為自動(dòng)化專業(yè)本科生開設(shè)的專業(yè)課程設(shè)計(jì)課。通過本課程的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生掌握用計(jì)算機(jī)仿真控制系統(tǒng)的基本方法，使學(xué)生能夠熟練應(yīng)用仿真技術(shù)分析控制系統(tǒng)，為今后從事自動(dòng)

4、控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)題目及要求</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是：系統(tǒng)的熟悉控制系統(tǒng)仿真的基本原理、方法，仿真軟件的使用方法，具體解決仿真技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用問題。</p><p>　　本課程要求較熟練掌握控制系統(tǒng)仿真算法的基本思想。要求熟練掌握 MATLAB

5、0;的基本編程手段和模塊化編程方法，消化和理解控制語言描述的圖形界面的設(shè)計(jì)過程，掌握Simulink仿真技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　1． 單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真。 </p><p>　?。?） 已知被控對(duì)象傳函W(s) = 1 / (s2 +20s + 1)。</p>

6、;<p>　　（2） 畫出單回路控制系統(tǒng)的方框圖。</p><p>　?。?） 用MatLab的Simulink畫出該系統(tǒng)。</p><p>　?。?） 選PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)使系統(tǒng)的控制性能較好，并畫出相應(yīng)的單位階約響應(yīng)曲線。注明所用PID調(diào)節(jié)器公式。PID調(diào)節(jié)器公式Wc（s）=（5s2+50s+3)/s ，給定值為單位階躍響應(yīng)幅值為3 。</p><p&

7、gt;　?。?） 修改調(diào)節(jié)器的參數(shù)，觀察系統(tǒng)的穩(wěn)定性或單位階約響應(yīng)曲線，理解控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及控制性能的影響。 </p><p>　　上圖分別為無積分作用和大比例積分（積分常數(shù)為3）作用下的系數(shù)響應(yīng)曲線，可見這兩個(gè)PID參數(shù)均不如前面的理想。加入積分環(huán)節(jié)，主要用于消除靜差，積分時(shí)間越大，積分作用越弱；積分時(shí)間越短，積分作用越強(qiáng)。微分環(huán)節(jié)是通過偏差的變化趨勢預(yù)測偏差信號(hào)的變化，并在偏差變大之前產(chǎn)生抑制偏差變

8、大的控制信號(hào)，從而加快控制的響應(yīng)速度。</p><p>　　2． 串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真。 </p><p>　?。?） 已知主被控對(duì)象傳函W01(s) = 1 / (100s + 1)，副被控對(duì)象傳函W02(s) = 1 / (10s + 1)，副環(huán)干擾通道傳函Wd(s) = 1/(s2 +20s + 1)。</p><p>　?。?）畫出串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖及相

9、同控制對(duì)象下的單回路控制系統(tǒng)的方框圖。</p><p>　　（3） 用MatLab的Simulink畫出上述兩系統(tǒng)。 </p><p><b>　　串級(jí)控制系統(tǒng)</b></p><p><b>　　單回路控制系統(tǒng)</b></p><p>　　（4）選PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)使串級(jí)控制系統(tǒng)的控制性能較好，并

10、畫出相應(yīng)的單位階約響應(yīng)曲線。 </p><p>　　PID調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)：主：Wc（s）=(200*s+680)/ s 副：Wc(s)=450*s+200 </p><p>　　相應(yīng)的單位階躍響應(yīng)如下：</p><p>　　串級(jí)控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng) 單回路控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)</p><p>　?。?）比

11、較單回路控制系統(tǒng)及串級(jí)控制系統(tǒng)在相同的副擾動(dòng)下的單位階躍響應(yīng)曲線，并說明原因。</p><p>　　比較兩控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)可得到串級(jí)控制系統(tǒng)的效果比較好。原因：串級(jí)控制系統(tǒng)改善了被控過程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，具有一定的自適應(yīng)能力，能夠準(zhǔn)確及時(shí)地對(duì)系統(tǒng)的一次擾動(dòng)和二次擾動(dòng)進(jìn)行校正。</p><p>　　3． 反饋前饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真。 </p&

12、gt;<p>　?。?） 已知被控對(duì)象傳遞函數(shù)W0(s) = 1 / (s2 +s + 1)，干擾通道傳遞函數(shù)Wf(s) = 1 / (s2 +2s + 5)，前饋隨機(jī)干擾信號(hào)幅值 = 50， 頻率 = 10。</p><p>　　（2） 確定前饋控制器的傳遞函數(shù)Wm(s)，并畫出反饋前饋控制系統(tǒng)的系統(tǒng)方框圖及相應(yīng)的單回路控制系統(tǒng)的方框圖。</p><p>　?。?） 用Ma

13、tLab的Simulink畫出上述兩系統(tǒng)。</p><p>　　（4） 選PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)使系統(tǒng)的控制性能較好，并畫出相應(yīng)的單位階約響應(yīng)曲線。</p><p>　　PID調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)：Wc(s)=100*s+300</p><p>　　設(shè)干擾源幅值為50，頻率為10 Hz ，單位階躍響應(yīng)幅值為20。</p><p>　　前饋反饋控制系統(tǒng)單

14、位階躍響應(yīng)</p><p>　　前饋反饋單回路控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)</p><p>　　比較單回路控制系統(tǒng)及反饋前饋控制系統(tǒng)在相同的單位階躍擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線，并說明原因？（需要回答）</p><p>　　單回路階躍響應(yīng) 單回路階躍響應(yīng)細(xì)部</p><p>　　前饋反饋單位階躍響應(yīng)

15、 前饋反饋單位階躍響應(yīng)細(xì)部</p><p>　　上圖是在干擾源頻率為10Hz的響應(yīng)曲線，單回路與前饋反饋系統(tǒng)的響應(yīng)差別不是很大，這是由于干擾通道形成了濾波器效應(yīng)造成的。</p><p>　　由上圖可知不加前饋時(shí)，系統(tǒng)受到干擾較嚴(yán)重，加上前饋之后，前饋先將干擾去掉，使得系統(tǒng)不受干擾的影響。</p><p>　　前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)既發(fā)揮了前饋?zhàn)饔?，可?/p>

16、時(shí)克服主要擾動(dòng)對(duì)被控量影響的優(yōu)點(diǎn)，又保持了反饋控制能克服多個(gè)擾動(dòng)的影響和可對(duì)被控量實(shí)行偏差檢驗(yàn)的長處，同時(shí)也將降低系統(tǒng)對(duì)前饋補(bǔ)償器的要求，使其在工程上更易于實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　在前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了將擾動(dòng)完全補(bǔ)償，即使擾動(dòng)的響應(yīng)為零，可得到：</p><p>　　實(shí)現(xiàn)了干擾的完全補(bǔ)償。</p><p>　　4． 采用Smith 補(bǔ)償器克服純滯后的控

17、制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真。</p><p>　　(1) 已知被控對(duì)象傳函</p><p>　　W0(s) = e - 4 s / (20s + 1)。</p><p>　　(2) 畫出采用Smith 補(bǔ)償器的反饋控制系統(tǒng)的系統(tǒng)方框圖及相應(yīng)的單回路控制系統(tǒng)的方框圖。 </p><p>　　(3) 用MatLab的Simulink畫出上述兩系統(tǒng)。 &l

18、t;/p><p>　　帶smith補(bǔ)償器控制系統(tǒng)</p><p><b>　　單回路控制系統(tǒng)</b></p><p>　　選PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)使采用Smith 補(bǔ)償器的反饋控制系統(tǒng)的控制性能較好，并畫出相應(yīng)的單位階約響應(yīng)曲線。PID調(diào)節(jié)器傳函：Wc(s)=50+S/2 </p><p>　　帶smith補(bǔ)償器的控制系統(tǒng)單位階

19、躍響應(yīng) 單回路控制系統(tǒng)單位階躍輸出</p><p>　　(5) 比較單回路控制系統(tǒng)及采用Smith 補(bǔ)償器的反饋控制系統(tǒng)在相同的單位階躍擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線，并說明原因？</p><p>　　由上圖可知，采用smith補(bǔ)償后，可以完全消除滯后對(duì)系統(tǒng)的影響，而單回路控制系統(tǒng)不能消除滯后，使系統(tǒng)輸出產(chǎn)生失真。</p><p>　　Ws(s)=Wo(s)(1-

20、e-0s)=(1-e-0s)/(20s+1)</p><p>　　引入smith預(yù)估補(bǔ)償器</p><p>　　使調(diào)節(jié)器鎖控制的等效對(duì)象變?yōu)椋?lt;/p><p>　　Wo(s)e-0s+Wo(s)(1-e-0s)=(1-e-0s)/(20s+1)+e-0s/(20s+1)=1/(20s+1)=Wo(s)</p><p>　　從而消去純滯后部分對(duì)

21、系統(tǒng)穩(wěn)定的不利影響。</p><p><b>　　四．設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不可少的過程?！扒Ю镏校加谧阆隆?，通過這次課程設(shè)計(jì)，我深刻

22、體會(huì)到這句千古名言的真正含義，我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　在這次控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)過程中，體現(xiàn)出自己單獨(dú)設(shè)計(jì)模塊的能力和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，尤其是對(duì)PID調(diào)節(jié)的綜合應(yīng)用，這是在以后的工作中經(jīng)常應(yīng)用的一種方法。同時(shí)，體會(huì)到學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，也從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，并加以彌補(bǔ)。</p&