matlab控制系统仿真课程设计

成绩

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 机电工程学院 专 业 班 级 学 生 姓 名 学 号 课程设计地点 课程设计学时 指 导 教 师

金陵科技学院教务处制

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 / (s+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。

2

（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

无积分作用单回路控制系统

大比例作用单回路控制系统

（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；增大积分时间有利于减小超调，减小振荡，使系统的稳定性增加，但是系统静差消除时间变长，加入微分环节，有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性增加。

(2)． 串级控制系统的设计及仿真。

（a） 已知主被控对象传函W01(s) = 1 / (100s + 1)，副被控对象传函W02(s) =

1 / (10s + 1)，副环干扰通道传函Wd(s) = 1/(s+20s + 1)。

（b）画出串级控制系统方框图及相同控制对象下的单回路控制系统的方框图。 （c） 用MatLab的Simulink画出上述两系统。

2

串级控制系统

单回路控制系统

（d） 选PID调节器的参数使串级控制系统的控制性能较好，并画出相应的单位

阶约响应曲线,PID调节器传函：主：Wc（s）=100（40s+1）/ (s+1) 副：Wc(s)=100/（20s+1）

（e） 比较单回路控制系统及串级控制系统在相同的副扰动下的单位阶约响应曲线，并说明原因？

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