控制系统仿真实验报告要点

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大工14秋《控制系统实验》实验报告

大工14秋《控制系统实验》实验报告

大工14秋《控制系统实验》实验报告

实验目标

本实验旨在帮助学生掌握控制系统的基本原理和实验方法,通

过实际操作和数据分析来加深对控制系统的理解。

实验步骤

1. 实验准备:确认实验所需设备和材料是否齐全,并检查实验

装置是否正常运行。

2. 实验设置:根据实验要求,调整实验装置的参数和初始条件。

3. 数据记录:在实验过程中,记录所测得的各项数据,包括输

入信号、输出信号和系统参数。

4. 数据分析:对实验所得数据进行分析,利用控制系统原理和

方法来验证实验结果的正确性。

5. 实验总结:根据实验过程和结果,总结实验所得的经验和教训,并提出改进控制系统的建议。

实验结果

根据实验数据和分析结果,我们得出以下结论:

1. 控制系统在给定输入下能够达到稳定状态,并且输出与预期

值吻合。

2. 调整系统参数能够改变系统的动态响应特性,如稳定时间、

超调量等。

3. 控制系统的性能指标可以通过合适的控制策略得到改善。

实验总结

通过本次实验,我们对控制系统的基本原理和实验方法有了更

深入的了解。同时,我们也意识到控制系统设计的重要性和挑战性。在今后的研究和工作中,我们将继续深化对控制系统的研究和应用。

参考文献

- 控制系统实验教程

- 控制系统原理与设计,第四版

- 控制系统实验报告范例

自动控制原理MATLAB仿真实验报告

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.

控制工程实训课程学习总结基于MATLAB的系统建模与仿真实验报告

控制工程实训课程学习总结基于MATLAB的系统建模与仿真实验报告

控制工程实训课程学习总结基于MATLAB 的系统建模与仿真实验报告摘要:

本报告以控制工程实训课程学习为背景,基于MATLAB软件进行系统建模与仿真实验。通过对实验过程的总结,详细阐述了系统建模与仿真的步骤及关键技巧,并结合实际案例进行了实验验证。本次实训课程的学习使我深入理解了控制工程的基础理论,并掌握了利用MATLAB进行系统建模与仿真的方法。

1. 引言

控制工程是一门应用广泛的学科,具有重要的理论和实践意义。在控制工程实训课程中,学生通过实验来加深对控制系统的理解,并运用所学知识进行系统建模与仿真。本次实训课程主要基于MATLAB软件进行,本文将对实验过程进行总结与报告。

2. 系统建模与仿真步骤

2.1 确定系统模型

在进行系统建模与仿真实验之前,首先需要确定系统的数学模型。根据实际问题,可以选择线性或非线性模型,并利用控制理论进行建模。在这个步骤中,需要深入理解系统的特性与工作原理,并将其用数学方程表示出来。

2.2 参数识别与估计

参数识别与估计是系统建模的关键,它的准确性直接影响到后续仿

真结果的可靠性。通过实际实验数据,利用系统辨识方法对系统的未

知参数进行估计。在MATLAB中,可以使用系统辨识工具包来进行参

数辨识。

2.3 选择仿真方法

系统建模与仿真中,需要选择合适的仿真方法。在部分情况下,可

以使用传统的数值积分方法进行仿真;而在其他复杂的系统中,可以

采用基于物理原理的仿真方法,如基于有限元法或多体动力学仿真等。

2.4 仿真结果分析

仿真结果的分析能够直观地反映系统的动态响应特性。在仿真过程中,需对系统的稳态误差、动态响应、鲁棒性等进行综合分析与评价。通过与理论期望值的比较,可以对系统的性能进行评估,并进行进一

PID仿真实验报告

PID仿真实验报告

PID仿真实验报告

PID控制算法是一种重要的控制算法,被广泛应用于工业控制系统中。本文通过仿真实验的方式,对PID控制算法进行了验证和分析。

一、实验目的

1.了解PID控制算法的基本原理和调节方法;

2. 掌握MATLAB/Simulink软件的使用,进行PID控制实验仿真;

3.验证PID控制算法的稳定性和性能。

二、实验内容

本次实验选择一个常见的控制系统模型,以电感驱动的直流电机控制

系统为例。通过PID控制算法对该系统进行控制,观察系统的响应特性。

三、实验步骤

1.搭建电感驱动的直流电机控制系统模型,包括电感、直流电机、

PID控制器等组成部分;

2.设置PID控制器的参数,包括比例增益Kp、积分时间Ti、微分时

间Td等;

3.进行仿真实验,输入适当的控制信号,观察系统的响应曲线;

4.调节PID控制器的参数,尝试不同的调节方法,观察响应曲线的变化,寻找合适的参数。

四、实验结果与分析

1.首先,设置PID控制器的参数为Kp=1,Ti=1,Td=0,进行仿真实验。观察到系统的响应曲线,并记录与分析曲线的特点;

2.其次,调整PID控制器的参数,如增大比例增益Kp,观察系统的

响应曲线的变化;

3.最后,调整积分时间Ti和微分时间Td,观察系统的响应曲线的变化。

通过实验结果与分析,可以得到以下结论:

1.PID控制算法能够有效地控制系统,并实现稳定的控制;

2.比例增益Kp对系统的超调量有较大的影响,增大Kp可以减小超调量,但也会增加系统的稳定时间;

3.积分时间Ti对系统的稳态误差有较大的影响,增大Ti可以减小稳

基于MATLAB控制系统仿真实验报告

基于MATLAB控制系统仿真实验报告

INTRO(注意:intro 为一个用 MATLAB 语言编写的幻灯片程序,主要演示
常用的 MATLAB 语句运行结果。)
然后,根据现实出来的幻灯片右面按钮进行操作,可按 START——NEXT—
—NEXT 按钮一步步运行,观察。
3、自编程序并完成上机编辑,调试,运行,存盘:
(1)用 MATLAB 命令完成矩阵的各种运算,例如:
tf 4
y0

0 1
6、求出 G1(s)
2 (s2 2s 1) 与 G2 (s)
1 (2s3

3s2
1)
的单位阶跃响应,并分别
求出状态空间模型。
解:(1) G1(s) 2 (s2 2s 1) 的状态空间模型求解如下:
function shiyan2 b1=[2];
(8)
A(:,:)=
21 31
22 32
23 33
24 34
41 42 43 44
1 1 (9) ones(2,2)= 1 1
1 0 (10) eye(2)= 0 1
(2)、绘制数学函数的图形,例如:
y(t)=1-2e-tsin(t) (0<=t<=8) 理解数组运算与矩阵运算功能。
11 12 13 14
A

21 31
22 32
23 33

控制系统的典型环节的模拟实验报告

控制系统的典型环节的模拟实验报告

欢迎共阅

课程名称: 控制理论乙 指导老师: 成绩: 实验名称: 控制系统典型环节的模拟 实验类型: 同组学生姓名:

一、实验目的和要求(必填) 二、实验内容和原理(必填)

三、主要仪器设备(必填) 四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析(必填)

七、讨论、心得

一、实验目的和要求

1.熟悉超低频扫描示波器的使用方法

R1

与由表达式可以画出在阶跃函数的激励下,电路所出现的阶跃响应图像

实验要求惯性环节的传递函数需要达到(1)s s G +=2)(1(2)s s G 21)(2+=

3.惯性环节

连接电路图如图所示

在该图中,电源由控制理论电子模拟箱中的阶跃响应电源来代替,电源的峰峰值为30V ;在模拟电子箱中,运算放大器采用LM358型号的运算放大器。在控制理论电子模拟箱中,R2是一个固定值,固定为1M Ω,所以我们可以调整R1和C 来改变阶跃响应函数图像的其

他参数。电阻R2和电容C 并联接入在运放的负输入端和输出端之间,起到了负反馈调节作用。具体导出式如下 式中,1

2R R K =,C R T 2= 由表达式可以画出在阶跃函数的激励下,电路所出现的阶跃响应图像

实验要求惯性环节的传递函数需要达到(1)11)(1+=s s G (2)1

5.01)(2+=s s G 三、主要仪器设备

1.控制理论电子模拟实验箱一台

((R1=1M Ω((

((R 1并联起来((

((Ω。 0.5μF 的电容)

(3)将示波器的两个表笔接入输出端和输入端

(4)接通电源,按下按钮,观察在阶跃函数的直流电源激励下,输出端的阶跃响应。

MATLABSimulink和控制系统仿真实验报告

MATLABSimulink和控制系统仿真实验报告

MATLAB/Simulink与控制系统仿真实验报

姓名:喻彬彬

学号:K031541725

实验1、MATLAB/Simulink 仿真基础及控制系统模型的建立

一、实验目的

1、掌握MATLAB/Simulink 仿真的基本知识;

2、熟练应用MATLAB 软件建立控制系统模型。

二、实验设备

电脑一台;MATLAB 仿真软件一个

三、实验内容

1、熟悉MATLAB/Smulink 仿真软件。

2、一个单位负反馈二阶系统,其开环传递函数为2

10()3G s s s =+。用Simulink 建立该控制系统模型,用示波器观察模型的阶跃响应曲线,并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中,在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。

3、某控制系统的传递函数为()()()1()Y s G s X s G s =+,其中250()23s G s s s

+=+。用Simulink 建立该控制系统模型,用示波器观察模型的阶跃响应曲线,并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中,在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。

4、一闭环系统结构如图所示,其中系统前向通道的传递函数为320.5

20()0.11220s G s s s s s

+=+++,而且前向通道有一个[-0.2,0.5]的限幅环节,图中用N 表示,反馈通道的增益为1.5,系统为负反馈,阶跃输入经1.5倍的增益作用到系统。用Simulink 建立该控制系统模型,用示波器观察模型的阶跃响应曲线,并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中,在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。

国开形考自动化控制系统仿真实验报告2023最新

国开形考自动化控制系统仿真实验报告2023最新

国开形考自动化控制系统仿真实验报告

2023最新

一、引言

本实验报告基于国开自动化控制系统仿真实验,旨在分析与评

估系统的性能,并提供相应的解决方案。本实验报告详细介绍了实

验目的、实验装置与所用软件、实验步骤、实验结果及讨论,最后

给出了实验总结和结论。

二、实验目的

本实验的目的是通过对自动化控制系统的仿真实验,加深对自

动化控制的理解,并掌握相应的仿真实验技能。通过实验的过程,

研究掌握自动化控制系统的设计与调试方法,进一步提高系统性能。

三、实验装置与所用软件

实验装置采用了国开实验室提供的自动化控制系统设备。主要硬件设备包括传感器、执行器以及控制器等。所用软件为国开自动化控制系统仿真软件,支持实时仿真与数据采集功能。

四、实验步骤

1. 搭建自动化控制系统。

2. 连接传感器和执行器,并配置相应的参数。

3. 使用仿真软件,建立仿真模型。

4. 设计控制算法,并在仿真环境中进行调试。

5. 运行仿真实验,收集数据并记录实验过程。

五、实验结果及讨论

根据实验数据和分析结果,系统的控制性能良好,能够实现预期的控制目标。通过对控制算法的优化和参数调节,系统的响应速度和稳定性得到了进一步提高。

六、实验总结和结论

通过本次自动化控制系统仿真实验,我们深入了解了自动化控制的基本原理和方法。通过实际操作,我们掌握了相关的仿真实验技能,并在实验过程中发现了一些问题并得到了解决。实验结果表明,通过合理设计和调试,自动化控制系统能够实现预期的控制效果。

七、参考文献

以上就是国开形考自动化控制系统仿真实验报告的内容。感谢阅读!

PID控制系统的Simulink仿真实验报告

PID控制系统的Simulink仿真实验报告

自动控制原理实验报告

PID 控制系统的Simulink 仿真

1.实验目的

1)掌握PID 控制规律及控制器的实现。控制规律及控制器的实现。

2)对给定系统合理地设计PID 控制器。控制器。

3)掌握对给定系统进行PID 控制器参数在线实验工程整定的方法。控制器参数在线实验工程整定的方法。 2.实验原理

在串联校正中,比例控制可提高系统开环增益,减少系统稳态误差,提高系统的控制精度,但会降低系统的相对稳定性,甚至可能造成系统闭环系统不稳定,积分控制可以提高系统的型别,有利于提高系统稳定性能,有利于提高系统稳定性能,但积分控制增加了一个位于原点的开环极点,但积分控制增加了一个位于原点的开环极点,但积分控制增加了一个位于原点的开环极点,使信号产生使信号产生90度的相位滞后,对系统的稳定不利,故不宜采用单一的积分控制器;微分控制规律能反映输入信号的变化趋势,映输入信号的变化趋势,产生有效的早期修正信号,产生有效的早期修正信号,产生有效的早期修正信号,以增加系统的阻尼程度,以增加系统的阻尼程度,以增加系统的阻尼程度,从而改善系统从而改善系统的稳定性,但微分控制增加了一个(-1/t)的开环极点,使系统的相角裕度提高,因此有助于系统动态性能的改善。系统动态性能的改善。

在串联校正中,

PI 控制器增加了一个位于原点的开环极点,同时也增加了一个位于s 左半平面的开环零点。位于原点的开环极点可以提高系统的型别(无差度),减小稳态误差,有利于提高系统稳定性能;负的开环零点可以减小系统的阻尼,缓和PI 极点对系统产生的不利影响。只要积分时间常数Ti 足够大,PI 控制器对系统的不利影响可大大减小。PI 控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。主要用来改善控制系统的稳态性能。

控制系统设计与仿真实验报告

控制系统设计与仿真实验报告

控制系统设计与仿真上机实验报告

学院:自动化学院

班级:自动化

姓名:

学号:

一、 第一次上机任务

1、熟悉matlab 软件的运行环境,包括命令窗体,workspace 等,熟悉绘图命令。

2、采用四阶龙格库塔法求如下二阶系统的在幅值为1脉宽为1刺激下响应的数值解。

2

22

()2n

n n

G s s s ωξωω=++ ,0.5,10n ξω== 3、采用四阶龙格库塔法求高阶系统阶单位跃响应曲线的数值解。 22

2()(2)(1)

n

n n

G s s s Ts ωξωω=

+++,0.5,10n ξω==,5T =

4、 自学OED45指令用法,并求解题2中二阶系统的单位阶跃响应。

程序代码如下:

;曲线如下:

二、 第二次上机任务

1、试用simulink 方法解微分方程,并封装模块,输出为i x 。得到各

状态变量的时间序列,以及相平面上的吸引子。

112322331223x x x x x x x x

x x x x αββγ=-+⎧⎪=-+⎨⎪=-+-⎩&&&

参数入口为,,αβγ的值以及i x 的初值。(其中8/3,10,28αβγ===,以及初值分别为1230,0,0.001x x x ===) 提示:1

s

模块输入是输出量的微分。 Simulink :

曲线如下:

2、用simulink搭建PI控制器的控制回路,被控对象传递函数:

1

51

s+

,分别分

(1)、比例系数由小到大以及积分时间由小到大对阶跃响应曲线的影响。

(2)、控制器输出有饱和以及反馈有时滞情况下,阶跃响应曲线的变化。

(3)、主控制回路传递函数为:

1

控制系统仿真实验报告

控制系统仿真实验报告

哈尔滨理工年夜学之公保含烟创作

实验陈说

控制系统仿真

专业:自动化12-1

学号: 1230130101

姓名:

一.剖析系统性能

一.实验目的及内容:

1. 熟悉MATLAB软件的把持进程;

2. 熟悉闭环系统稳定性的判断办法;

3. 熟悉闭环系统阶跃响应性能指标的求取.二.实验用设备仪器及资料:

PC, Matlab 软件平台

三、实验步伐

1. 编写MATLAB顺序代码;

2. 在MATLAT中输入顺序代码,运行顺序;

3.剖析后果.

四.实验后果剖析:

失掉阶跃响应曲线

失掉响应指标截图如下

失掉零极点散布图

依据稳定的充沛需要条件判别线性系统的稳定性最复杂的办法是求出系统所有极点,并察看是否含有实部年夜于0的极点,如果有系统不稳定.有零极点散布图可知系统稳定.

二.单容进程的阶跃响应

一、实验目的

1. 熟悉MATLAB 软件的把持进程

2. 理解自衡单容进程的阶跃响应进程

3. 得出自衡单容进程的单元阶跃响应曲线 二、实验内容

已知两个单容进程的模型辨别为1

()0.5G s s =

和51()51

s G s e s -=+,试在Simulink 中树立模型,并求单元阶跃响应曲线. 三、实验步伐

1. 在Simulink 中树立模型,得出实验原理图.

2. 运行模型后,双击Scope ,失掉的单元阶跃响应曲线. 四、实验后果

1.树立系统Simulink 仿真模型图,其仿真模型为 2.进程阶跃响应曲线为

三.单容进程的阶跃响应

一、实验目的

1. 理解比例积分调节的作用;

2. 理解积分调节强弱对系统性能的影响. 二、实验内容

已知控制系统如下图所示,其中01

控制系统仿真实验报告

控制系统仿真实验报告

控制系统仿真实验报告

班级:测控1402班

姓名:王玮

学号:07

2018年01月

实验一经典的连续系统仿真建模方法

一实验目的:

1 了解和掌握利用仿真技术对控制系统进行分析的原理和步骤。

2 掌握机理分析建模方法。

3 深入理解阶常微分方程组数值积分解法的原理和程序结构,学习用Matlab编写

数值积分法仿真程序。

4 掌握和理解四阶Runge-Kutta法,加深理解仿真步长与算法稳定性的关系。

二实验内容:

1. 编写四阶 Runge_Kutta 公式的计算程序,对非线性模型(3)式进行仿真。

(1)将阀位u 增大10%和减小10%,观察响应曲线的形状;

(2)研究仿真步长对稳定性的影响,仿真步长取多大时RK4 算法变得不稳定

(3)利用 MATLAB 中的ode45()函数进行求解,比较与(1)中的仿真结果有何区别。

2. 编写四阶 Runge_Kutta 公式的计算程序,对线性状态方程(18)式进行仿真(1)将阀位增大10%和减小10%,观察响应曲线的形状;

(2)研究仿真步长对稳定性的影响,仿真步长取多大时RK4 算法变得不稳定(4)阀位增大10%和减小10%,利用MATLAB 中的ode45()函数进行求解阶跃响应,比较与(1)中的仿真结果有何区别。

三程序代码:

龙格库塔:

%RK4文件

clc

close

H=[,]';u=; h=1;

TT=[];

XX=[];

for i=1:h:200

k1=f(H,u);

k2=f(H+h*k1/2,u);

k3=f(H+h*k2/2,u);

k4=f(H+h*k3,u);

H=H+h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6;

电力拖动自动控制系统Matlab仿真实验报告

电力拖动自动控制系统Matlab仿真实验报告

电力拖动自动控制系统【1】

---Matlab仿真实验报告

实验一二极管单相整流电路

一.【实验目的】

1.通过对二极管单相整流电路的仿真,掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识;

2.通过实验进一步加深理解二极管单向导通的特性。

图1-1 二极管单相整流电路仿真模型图

二.【实验步骤和内容】

1.仿真模型的建立

①打开模型编辑窗口;

②复制相关模块;

③修改模块参数;

④模块连接;

2.仿真模型的运行

①仿真过程的启动;

②仿真参数的设置;

3.观察整流输出电压、电流波形并作比较,如图1-2、1-3、1-4所示。

三.【实验总结】

由于负载为纯阻性,故输出电压与电流同相位,即波形相同,但幅值不等,如图1-4所示。

图1-2 整流电压输出波形图图1-3 整流电流输出波形图

图1-4 整形电压、电流输出波形图

实验二三相桥式半控整流电路

一.【实验目的】

1.通过对三相桥式半控整流电路的仿真,掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识;

2.研究三相桥式半控整流电路整流的工作原理和全过程。

二.【实验步骤和内容】

1.仿真模型的建立:打开模型编辑窗口,复制相关模块,修改模块参数,模块连接。

2.仿真模型的运行;仿真过程的启动,仿真参数的设置。

相应的参数设置:

(1)交流电压源参数U=100 V,f=25 Hz,三相电源相位依次延迟120°。

(2)晶闸管参数Rn=0.001 Ω,Lon=0.000 1 H,Vf=0 V,Rs=50 Ω,Cs=250e-6 F。

(3)负载参数R=10 Ω,L=0 H,C=inf。

(4)脉冲发生器的振幅为5 V,周期为0.04 s (即频率为25 Hz),脉冲宽度为2。

MATLABSimulink与控制系统仿真实验报告

MATLABSimulink与控制系统仿真实验报告

MATLAB/Simulink 与控制系统仿真实验

报告

姓名:喻彬彬

学号:K031541725

实验1、MATLAB/Simulink 仿真基础及控制系统模型的建立

一、实验目的

1、掌握MATLAB/Simulink 仿真的基本知识;

2、熟练应用MATLAB 软件建立控制系统模型。

二、实验设备

电脑一台;MATLAB 仿真软件一个

三、实验内容

1、熟悉MATLAB/Smulink 仿真软件。

2、一个单位负反馈二阶系统,其开环传递函数为2

10()3G s s s =+。用Simulink 建立该控制系统模型,用示波器观察模型的阶跃响应曲线,并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中,在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。

3、某控制系统的传递函数为()()()1()Y s G s X s G s =+,其中250()23s G s s s

+=+。用Simulink 建立该控制系统模型,用示波器观察模型的阶跃响应曲线,并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中,在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。

4、一闭环系统结构如图所示,其中系统前向通道的传递函数为

320.520()0.11220s G s s s s s

+=+++g ,而且前向通道有一个[-0.2,0.5]的限幅环节,图中用N 表示,反馈通道的增益为1.5,系统为负反馈,阶跃输入经1.5倍的增益作用到系统。用Simulink 建立该控制系统模型,用示波器观察模型的阶跃响应曲线,并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中,在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。

过程控制虚拟仿真实验报告

过程控制虚拟仿真实验报告

过程控制虚拟仿真实验报告

实验名称:过程控制虚拟仿真实验

实验目的:

1. 掌握过程控制系统的基本模型;

2. 具备使用模拟软件进行过程控制系统仿真实验的能力;

3. 了解过程控制系统在工业生产中的应用。

实验原理:

过程控制系统是现代化工、制造业等领域中必不可少的重要系统。它是一种涉及多种工程学科的复杂系统,其基本功能是对工业生产过程中的各种参数进行监测、数据采集、控制和调节,实现对产品质量、生产效率、成本等方面的控制。过程控制系统通常包含传感器、执行器、控制器和数据采集系统等组成部分,其中控制器是核心设备之一,其作用是读取传感器数据,并利用控制算法实现对各个执行机构的控制。

虚拟仿真软件是目前较为常用的过程控制系统建模和仿真工具之一,可模拟出不同类型的过程控制系统,并对其进行虚拟实验。在本实验中,我们将使用 软件模拟出一个简单的加热反应过程,利用PID控制算法对反应温度进行控制,观察PID控制系统在控制反应温度时的表现。

实验步骤:

1. 启动软件,并创建一个新的控制系统模型;

2. 在模型界面中创建一个加热反应室,即将容器内的反应物加热至设定的温度;

3. 设置温度传感器,并将其连接到PID控制器上;

4. 设置执行器,控制加热反应室内的加热器;

5. 设置控制算法,利用PID控制算法对反应温度进行控制;

6. 设置数据采集系统,观察反应过程中各项参数的变化;

7. 进行虚拟仿真实验,观察PID控制算法的控制效果;

8. 改变PID控制参数,观察控制效果的变化,并分析原因。

实验结果:

通过对PID控制参数的改变,我们发现当Kp=1、Ki=0.1、Kd=0时,PID控制系统对反应温度的控制效果最佳,并能够在较短的时间内将反应温度控制在目标温度范围内。

MATLAB控制系统仿真实验报告

MATLAB控制系统仿真实验报告

清华大学自动化工程学院

实验报告

课程:控制系统仿真

专业自动化班级 122

姓名学号

指导教师:

时间: 2015 年 10 月 19 日— 10 月 28 日

目录

实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算 (1)

实验二 MATLAB语言的程序设计 (6)

实验三 MATLAB的图形绘制 (9)

实验四采用SIMULINK的系统仿真 (14)

实验五控制系统的频域与时域分析 (17)

实验六控制系统PID校正器设计法 (23)

实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算

一、实验时间及地点:

实验时间:2015.10.19上午8:30—9:30

实验地点:计算中心

二、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

三、实验内容:

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MATLAB6.5,将该文件夹添加到MATLAB路径管理器中。

3、保存,关闭对话框

4、学习使用help命令,例如在命令窗口输入help eye,然后根据帮助说明,学习使用指

令eye(其它不会用的指令,依照此方法类推)

5、学习使用clc、clear,观察command window、command history和workspace等窗口的

变化结果。

6、初步程序的编写练习,新建M-file,保存(自己设定文件名,例如exerc1、exerc2、

exerc3……),学习使用MATLAB的基本运算符、数组寻访指令、标准数组生成函数和数组操作函数。

注意:每一次M-file的修改后,都要存盘。

练习A:

(1)help rand,然后随机生成一个2×6的数组,观察command window、command history和workspace等窗口的变化结果

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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

2.过程阶跃响应曲线为

三.单容过程的阶跃响应

一、实验目的

1. 了解比例积分调节的作用;

2. 了解积分调节强弱对系统性能的影响。

二、实验内容

已知控制系统如下图所示,其中01

()(1)(21)(51)

G s s s s =

+++,H(s)为单位反

馈,且在第二个和第三个环节(即

1(21)s +和1

(51)

s +)之间有累加的扰动输入(在

5秒时幅值为0.2的阶跃扰动)。对系统采用比例积分控制,比例系数为2p K =,积分时间常数分别取3,6,12i T =,试利用Simulink 求各参数下系统的单位阶跃响应曲线和扰动响应曲线。

Kp

G 0(s)

H(s)

R(s)

C(s)

-

三、实验步骤

1. 在Simulink中建立仿真模型,其模型为

2. 运行模型后,双击Scope,得到的单位阶跃响应曲线为

3.置阶跃输入为0,在5秒时,加入幅值为0.2的阶跃扰动,得到扰动响应曲线为

四.PID 控制器参数整定

一、实验目的

1. 通过实验进一步熟悉过程控制系统的结构组成;

2. 掌握简单控制系统的投运和参数整定的方法;

3. 定性地分析P 、PI 、PID 控制规律对系统性能的影响。

二、实验内容

已知控制系统如下图所示,其中01

()(1)(5)

G s s s s =

++,试采用临界比例度

法计算系统P 、PI 、PID 控制器的参数,并绘制整定后系统的单位阶跃响应曲线。

Gc(s)

G 0(s)

R(s)

C(s)

-

三、实验步骤

1. 在Simulink 中建立仿真模型

2. 在Simulink 中把反馈连线、微分器的输出连线、积分器的输出连线都断开,Kp 的值从大到小进行试验,直到输出等幅振荡曲线为止,记下此时的Kp 和Tk 。 通过试验得到Kp 为30时输出等幅震荡曲线

3.根据临界振荡经验公式计算P控制时的比例放大系数Kp,并将模型中Kp置为该值,仿真运行。运行完毕后双击Scope,得到P控制时系统的单位阶跃响应曲

线。

4. 根据临界振荡经验公式计算PI控制时的比例放大系数Kp和积分时间常数Ti,并将模型中比例和积分器参数置为计算所得值,将积分器的输出连线连上,仿真

运行,运行完毕后双击Scope,得到PI控制时系统的单位阶跃响应曲线。

表4-1 临界比例度法整定经验公式

5. 根据临界振荡经验公式计算PID控制时的比例放大系数Kp,积分时间常数Ti,微分时间常数Td,并将模型中比例系数,积分器及微分器参数置为相应计算所得值,将微分器的输出连线连上,仿真运行,运行完毕后双击Scope,得到PID控制时系统的单位阶跃响应曲线。

四、实验结果

1.参数整定结果为

表4-2 各控制规律下参数整定结果

Kp Ti Td P 15

PI 13.64 2.3885

PID 17.65 1.405 0.3653

2.系统阶跃响应曲线为

五.串级控制系统

一、实验目的

1. 通过实验进一步熟悉串级控制系统的结构组成;

2. 了解串级控制系统的作用效果。

二、实验内容

串级与单回路控制对比仿真,分别获取系统的阶跃响应输出,一次扰动作用下的系统输出响应,二次扰动作用下的系统输出响应。系统输入及一次扰动和二次扰动均取阶跃信号。对比仿真结果分析系统串级控制的作用效果。

三、实验步骤

1. 在Simulink 中建立单回路控制时系统的模型:q1为一次扰动,q2为二次扰动,

012190331G s s =++为主对象,02

321

1021171G s s s =+++为副对象,r 为系统输入,q1、q2、r 均为单位阶跃函数,在示波器上观测输出。

(1) PID 参数设置中,取输入比例系数为3.7,积分系数为38,微分系数为0

时运行系统,得到系统阶跃响应输出。 在Simulink 中建立仿真模型,如下

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