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《计算机控制仿真课程设计》
课程设计报告
目录
引言 2
1计算机控制仿真简介 2
2 小组分工 2
一、数字PID闭环直流电机调速控制系统的设计和仿真实现 2
1.1 基本理论知识 2
1.2 设计要求 2
1.3 总体方案设计 2
1.4 详细设计 2
1.5 调试Simulink仿真 2
1.6 设计总结 2
二、最少拍无纹波计算机控制系统设计及仿真实现 2
2.1 基本理论知识 2
2.2 设计要求 2
2.3设计过程 2
2.4 设计总结 2
三、大林算法计算机控制系统设计及仿真实现 2
3.1 设计要求 2
3.2 总体方案设计 2
3.3 基本理论知识 2
3.4 大林算法具体设计 2
3.5 Simulink仿真部分 2
四、二阶弹簧—阻尼系统的PID控制器设计及其参数整定 2
4.1 设计要求 2
4.2 总体方案设计 2
4.3 基本理论知识 2
4.4 详细设计 2
4.5 设计总结 2
五、二阶系统串联校正装置的设计与分析 2
5.1 设计要求 2
5.2 基本理论知识 2
5.3 详细设计 2
5.4 设计总结 2
六、单级倒立摆的最优控制器设计 2
6.1 设计要求 2
6.2 总体方案设计 2
6.3 基本理论知识 2
6.4 详细设计 2
6.5 调试Simulink仿真 2
6.6 设计总结 2
七、参考文献 2
引言
1计算机控制仿真简介
计算机控制仿真技术是近几十年发展起来的一种综合性实验技术,它建立在系统科学、系统建模、控制理论、计算机技术及计算方法等学科的基础上,对系统设计、研究和决策提供了一种先进而有效的手段,并已被广泛应用于工程及非工程领域,取得了显著的成果。
MATLAB是一种计算科学软件,利用它可以解决自动控制中遇到的问题。
MATLAB的自动控制辅助设计功能,包括建立控制系统的数学模型,Simulink在系统仿真中的应用等。主要有数据可视化、创建用户图形界面和简单数据统计处理等,数据或图形的可视化是进行数据处理或图形图像处理的第一步,它不仅仅是二维,还可以是三维空间。2 小组分工
一、数字PID闭环直流电机调速控制系统的设计和仿真实现
1.1 基本理论知识
1.1.1 数字PID的控制算法
位置式PID控制算法:
图1-1 位置式PID控制算法结构框图
增量式PID控制算法
图1-2 增量式PID控制算法结构框图
1.1.2 PID调节器参数对控制性能的影响
1、不同Kp对控制性能的影响
(1) 对动态性能的影响
比例控制参数Kp加大,使系统的动作灵敏,速度加快;Kp偏大,振荡次数加多,调节时间加长;当Kp太大时,系统会趋于不稳定;若Kp太小,又会使系统的动作缓慢。
(2) 对稳态性能的影响
加大比例控制系数Kp,在系统稳定的情况下,可以减小稳态误差提高控制精度,却不能完全消除稳态误差。
2、积分控制参数TI对控制性能的影响
(1) 对动态性能的影响
积分控制参数TI通常使系统的稳定性下降。TI太小系统将不稳定,TI偏小,振荡次数较多,TI太大,对系统性能的影响减少。
(2) 对稳态性能的影响
积分控制参数TI能消除系统的稳态误差,提高控制系统的控制精度。但TI太大时,积分作用呆太弱,以至不能减少稳态误差。
3、微分控制参数TD对控制性能的影响
微分控制可以改善动态特性,如超调量减少,调节时间缩短,允许加大比例控制,使稳态误差减小,提高控制精度。当TD偏大时,超调量较大,当TD偏小时,超调量也较大,调节时间也较长。
1.1.3 采样时间T的选择
(1)T越小,随动性和抗干扰性能越好。
(2)必须满足采样定理的要求,对于随动系统 ,为系统的开环截止频率。若单路采样时间为,则采样周期,N为测量控制回路数。
(3)选择采样周期T太小,将使微分积分作用不明显。
(4)快速系统的T应取小,反之,T可取大些。
(5)执行机构动作惯性大时,T应取大些。
1.2 设计要求
已知某晶闸管直流单闭环调速系统的转速控制器选用 PID控制器,结构如图1-3所示。
图1-3 某晶闸管直流单闭环调速系统结构框图
要求:
1、运用 MATLAB/Simulink 软件对控制系统进行建模并对模块进行参数设置;
2、封装PID模块的控制图;
3、使用期望特性法来确定 Kp、 Ti、Td以及采样周期 T,期望系统对应的闭环特征根为:-300,-300,-30+j30和-30-j30,观察其单位阶跃响应曲线,得出仿真结果并进行仿真分析;
4、记录在改变PID控制某一控制参数(比例系数或积分系数或微分系数)时,该系统对应的阶跃响应曲线的变化,并观察阐述发生这种变化的规律;
5、总结P、I、D控制参数的改变对系统控制效果的影响。
1.3 总体方案设计
首先,运用MATLAB/Simulink软件对
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