课程设计-基于Matlab的控制系统模型

计算机控制系统 仿真实验

R(s)+R(z)建立如图所示二阶系统控制模型并进行系统仿真。E(s)-25 s(s+2×0.4×5)1C(s)C(z) 5252s(s?2?0.4?5)?2二阶系统闭环传递函数为G(s)?，请转换为离散系225s?2?0.4?5s?51?s(s?2?0.4?5)统脉冲传递函数并仿真，改变参数，观察不同的系统的仿真结果。

2. 控制系统的Simulink仿真

按图建立系统的Simulink模型，对不同的输入信号进行仿真，改变参数，观察不同的仿真结果。

将上述系统离散化并仿真，观察仿真结果。

四、 实验步骤

1. 根据实验原理对控制系统进行软件仿真 2. 观察记录输出的结果，与理论计算值相比较

3. 自行选择参数，练习仿真方法，观察不同的仿真结果

五、 实验数据及结果分析

记录输出的数据和图表并分析。

六、 总结

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计算机控制系统 仿真实验

实验三 数字PID控制和最少拍控制系统仿真

一、 实验目的

1. 学习数字PID系统的设计方法和使用Matlab进行仿真的方法 2. 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

R(z)+E(z)-数字PID1-e-TssGp(s)C(z) 系统如图所示，建立相应的数字PID系统和最少拍系统并进行仿真。 1. 数字PID系统设计

建立所示的数字PID系统控制模型并进行系统仿真，已知GP(s)?10，采样周期T=0.1s。

(s?1)(s?2)

2. 最少拍系统仿真

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计算机控制系统 仿真实验

建立所示的数字PID系统控制模型并进行系统仿真，已知GP(s)?10，采样周期T=1s。

s(s?1)?1?e?TsK?3.679z?1(1?0.718z?1)?广义被控对象脉冲传递函数：G(z)?Z?G(s)??Z?，则???1?1ss(s?1)(1?z)(1?0.3679z)??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?(z)?z?0，根据?(1)?1求得

?11?(z)0.2717(1?0.3679z?1)?0?1，则?(z)?z，D(z)??。

G(z)1??(z)1?0.718z?1?1

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?(z)?z(?0??1z)，根据

?1?1?(1)?1，

?'(1)?0求得

?0?2，

?1??1，则

?(z)?2z?1?z?2，

1?(z)0.5434(1?0.3679z?1)(1?0.5z?1)D(z)??。 ?1?1G(z)1??(z)(1?z)(1?0.718z)

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，系统针对阶跃输入进行设计，q=3，显然准确性条件中已满足了稳定性要求，于是可设?(z)?z(?0??1z根据?(1)?1，?'(1)?0，?''(1)?0求得?0?3，?1??1，?2?1，则?(z)?3z?1?1?1??2z?2)，

?3z?2?z?3，

1?(z)0.8154(1?0.3679z?1)(1?z?1?1/3z?2)D(z)??G(z)1??(z)(1?z?1)2(1?0.718z?1)?0.8154(1?1.3679z?0.7012z?0.1226z)0.8154?1.1154z?0.5718z?0.1z?1?1.282z?1?0.436z?2?0.718z?31?1.282z?1?0.436z?2?0.718z?3?1?2?3?1?2?3。

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计算机控制系统 仿真实验

b. 无纹波系统

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?(z)?z(1?0.718z)?0，根据

?1?1?(1)?1求得

?0?0.582，则

?(z)?0.582z?1(1?0.718z?1)，

1?(z)0.158(1?1.3679z?1?0.3679z?2)D(z)??。 ?1?2G(z)1??(z)1?0.582z?0.418z

单位斜坡信号：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

?(z)?z?1(1?0.718z?1)(?0??1z?1)，根据?(1)?1，?'(1)?0求得?0?1.407，?0??0.826，

则

?(z)?z?1(1?0.718z?1)(1.407?0.826z?1)，

1?(z)0.272(1?z?1)(1?1.3679z?1)(1.407?0.826z?1)D(z)??G(z)1??(z)1?z?1(1?0.718z?1)(1.407?0.826z?1)?0.272(1.407?2.751z?1.648z?0.304z)1?1.407z?1?0.184z?2?0.593z?3?1?2?3。

单位加速度信号：系统不满足无纹波控制的必要条件，无法进行设计。

四、 实验步骤

1. 根据实验要求设计数字控制器对系统进行控制并仿真 2. 观察并记录输出的结果，与理论计算值相比较 3. 改变参数，观察不同参数下的仿真结果

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