課程設(shè)計報告---pid在仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告</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、動化 </p><p>　　班 級 08自動化(1) </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　課程設(shè)計地點 </p><p&

3、gt;　　課程設(shè)計學(xué)時 1周 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>　　課程設(shè)計應(yīng)達(dá)到的目的</p><p>　　本課程是為自動化專業(yè)本科生開設(shè)的專業(yè)課程設(shè)計課。通過本課程的課程設(shè)計實踐，培養(yǎng)學(xué)生掌握用計算機(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

4、控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計打下基礎(chǔ)。</p><p><b>　　課程設(shè)計題目及要求</b></p><p>　　本課程設(shè)計的基本任務(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)計題目</b></p><p>　　1． 單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計及仿真。 </p><p>　?。?） 已知被控對象傳函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，積分時間越大，積分作用越弱；積分時間越短，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，從而加快控制的響應(yīng)速度。</p><p>　　2． 串級控制系統(tǒng)的設(shè)計及仿真。 </p><p>　?。?） 已知主被控對象傳函W01(s) = 1 / (100s + 1)，副被控對象傳函W02(s) = 1 / (10s + 1)，副環(huán)干擾通道傳函Wd(s) = 1/(s2 +20s + 1)。</p><p>　　（2）畫出串級控制系統(tǒng)方框圖及相

9、同控制對象下的單回路控制系統(tǒng)的方框圖。</p><p>　?。?） 用MatLab的Simulink畫出上述兩系統(tǒng)。 </p><p><b>　　串級控制系統(tǒng)</b></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)使串級控制系統(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>　　（5）比

11、較單回路控制系統(tǒng)及串級控制系統(tǒng)在相同的副擾動下的單位階躍響應(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)可得到串級控制系統(tǒng)的效果比較好。原因：串級控制系統(tǒng)改善了被控過程的動態(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)確及時地對系統(tǒng)的一次擾動和二次擾動進(jìn)行校正。</p><p>　　3． 反饋前饋控制系統(tǒng)的設(shè)計及仿真。 </p&

12、gt;<p>　?。?） 已知被控對象傳遞函數(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)干擾信號幅值 = 50， 頻率 = 10。</p><p>　?。?） 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>　?。?） 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，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)揮了前饋作用，可及

16、時克服主要擾動對被控量影響的優(yōu)點，又保持了反饋控制能克服多個擾動的影響和可對被控量實行偏差檢驗的長處，同時也將降低系統(tǒng)對前饋補(bǔ)償器的要求，使其在工程上更易于實現(xiàn)。</p><p>　　在前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)了將擾動完全補(bǔ)償，即使擾動的響應(yīng)為零，可得到：</p><p>　　實現(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)計及仿真。</p><p>　　(1) 已知被控對象傳函</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

21、系統(tǒng)穩(wěn)定的不利影響。</p><p><b>　　四．設(shè)計心得</b></p><p>　　一周的課程設(shè)計結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習(xí)的知識，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)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程?！扒Ю镏校加谧阆隆?，通過這次課程設(shè)計，我深刻

22、體會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，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。</p><p>　　在這次控制系統(tǒng)仿真設(shè)計過程中，體現(xiàn)出自己單獨(dú)設(shè)計模塊的能力和綜合運(yùn)用知識的能力，尤其是對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，體會到學(xué)以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，也從中發(fā)現(xiàn)自己平時學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，并加以彌補(bǔ)。</p&