《計(jì)算機(jī)仿真大作業(yè)姚雷陽(yáng)班.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《計(jì)算機(jī)仿真大作業(yè)姚雷陽(yáng)班.doc（23頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、計(jì)算機(jī)仿真MATLAB課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院： 自動(dòng)化學(xué)院 專業(yè)： 自動(dòng)化專業(yè) 班級(jí)： 2011211410 姓名： 姚雷陽(yáng) 學(xué)號(hào)： 2011211977 2013年12月27日0計(jì)算機(jī)仿真期末大作業(yè)計(jì)算機(jī)仿真大作業(yè)摘要：本次計(jì)算機(jī)仿真大作業(yè)主要是利用Matlab進(jìn)行操作的。內(nèi)容主要涉及對(duì)Matlab程序文件的寫入和讀出、函數(shù)式的表達(dá)、波形的繪制，應(yīng)用Simulink建立子系統(tǒng)并對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行封裝，以及對(duì)PID控制器的參數(shù)進(jìn)行整定這三個(gè)方面。PID的參數(shù)整定要用到Simulink建立系統(tǒng)，并且要設(shè)計(jì)M文件，采用編程法求取系統(tǒng)階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)。關(guān)鍵詞： PID整定法 Simulink 子系統(tǒng)封裝 M文
2、件1 目錄一、基本操作1 1、寫文件操作1 2、讀文件數(shù)據(jù)并畫圖操作2 3、構(gòu)造新函數(shù)并繪圖操作2 4、讀取數(shù)據(jù)繪制傳遞函數(shù)波特圖操作4二、子系統(tǒng)封裝4 1、用Simulink建立系統(tǒng)5 2、觀察輸入輸出波形6 3、數(shù)據(jù)導(dǎo)出7三、PID 控制器參數(shù)整定9 1、采用工程整定法分別設(shè)置控制器參數(shù)9 1.1先建立原控制系統(tǒng)的Simulink仿真模型9 1.2對(duì)原控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真9 1.3在該控制系統(tǒng)中引入PID控制器10 1.4求取系統(tǒng)臨界穩(wěn)定增益并設(shè)置參數(shù)11 2、PID控制仿真并繪圖13 2.1 P控制仿真13 2.2 PI控制仿真15 2.3PID控制仿真16 3、制作M文件求取系統(tǒng)階躍響應(yīng)性
3、能指標(biāo)17四、總結(jié)19五、參考文獻(xiàn)201一、基本操作1、寫文件操作程序?qū)崿F(xiàn)： 1.1 自己定義一組數(shù)據(jù)，并將其保存到文件data.dat。要求第一列為時(shí)間t(t為等差數(shù)列，0t200)；第二列為與t對(duì)應(yīng)的201個(gè)幅值數(shù)據(jù)，作為信號(hào)f 1 (t )的幅值；第三列為按s的降冪排列的傳遞函數(shù)分子系數(shù)；第四列為按s的降冪排列的分母系數(shù)。第三列、第四列的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不能超過(guò)5個(gè)。MATLAB文本： a=0:1:200; b= random(Poisson,0:200,1,201); c=9 8 6 2 1; d=7 5 4 3 1; fid=fopen(d:data.dat,wt); fprintf(fid
4、,%4d,a); fprintf(fid,n); fprintf(fid,%4d,b); fprintf(fid,n); fprintf(fid,%4d,c); fprintf(fid,n); fprintf(fid,%4d,d); fclose(fid); 圖1 data.dat 的讀入2、讀文件數(shù)據(jù)并畫圖操作2.1讀入data.dat數(shù)據(jù)，畫出f 1 (t )的時(shí)域波形。MATLAB文本：fid=fopen(d:data.dat,rt); t=fscanf(fid,%d,201); f1=fscanf(fid,%d,201); fclose(fid); plot(t,f1) title(f
5、1-t曲線圖); xlabel(t);ylabel(f1);圖2 f1曲線圖3、構(gòu)造新函數(shù)并繪圖操作3.1 求取f 2 (t )，將結(jié)果保存到result.mat文件，畫出其時(shí)域波形。MATLAB文本：for n=1:10 f2(n)=2*f1(n);endfor n=11:100if abs(f1(n) x=simout; y=simout1; plot(x); hold on; plot(y); x=simout;y=simout1;plot(x,r);hold on;plot(y,k); gridon legend(x,y) 圖10 輸入輸出導(dǎo)入工作空間 圖11 導(dǎo)入工作空間的波形三、P
6、ID 控制器參數(shù)整定某控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，采用單位負(fù)反饋。程序要求：(1)試采用工程整定法，設(shè)置合適的P、PI、PID控制器的參數(shù)。 (2)將仿真時(shí)間定為300秒，繪制整定后的系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。 (3)設(shè)計(jì)M文件，采用編程法求取系統(tǒng)階躍響應(yīng)性能指標(biāo)：超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間。1、采用工程整定法分別設(shè)置控制器參數(shù)1.1先建立原控制系統(tǒng)的Simulink仿真模型 圖12 原系統(tǒng)仿真模型1.2對(duì)原控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真輸入為單位階躍函數(shù)，得階躍響應(yīng)如圖13所示，可知原控制系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。 圖13 原系統(tǒng)仿真輸出波形圖1.3在該控制系統(tǒng)中引入PID控制器采用工程整定法中的臨界比例度法來(lái)設(shè)置合適的P、PI
7、、PID控制器參數(shù)。引入PID控制器后的系統(tǒng)仿真模型如圖14所示。 圖14 封裝前的仿真模型 圖15 封裝后仿真模型通過(guò)下面的對(duì)話框可以修改個(gè)各比例系數(shù)的值。 圖16 修改比例系數(shù)截圖1.4求取系統(tǒng)臨界穩(wěn)定增益并設(shè)置參數(shù)采用工程整定法進(jìn)行PID調(diào)整。具體做法是：令Ti為無(wú)窮，Td為零，只有Kp控制系統(tǒng)；首先，隨意設(shè)置一個(gè)增益Kp(初始值一般為1)并且不斷加大或者減小Kp，直到系統(tǒng)出現(xiàn)等幅震蕩，可以測(cè)出Kp=0.9的時(shí)候，系統(tǒng)恰好出現(xiàn)等幅震蕩情況，此時(shí)的比例系數(shù)稱為臨界增益，用Kc表示。 圖17 Kp=0.9臨界震蕩波形求此時(shí)震蕩周期Tc：Matlab 文本： num=9; den=1 1 10
8、 1; G1=tf(num,den); G=feedback(G1,1); step(G) 圖18 matlab仿真臨界震蕩波形 Tcr=2s根據(jù)整定法公式，計(jì)算所需參數(shù)。表1 經(jīng)驗(yàn)法公式根據(jù)表1可以求得各個(gè)控制器的參數(shù)：P控制：K=0.45PI控制：K=0.405 Ti=1.66PID控制：K=0.54 Ti=1 Td=0.242、PID控制仿真并繪圖2.1 P控制仿真將I，D連線斷開(kāi)，設(shè)置Pk為0.45，比例控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)波形如下：圖19 Kp=0.45(P) 波形(1)圖20 Kp=0.45(P) 波形(2)P值的改變只改變信號(hào)的增益而不影響其相位。從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)調(diào)整P值參
9、數(shù)，系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間（動(dòng)態(tài)性能）有很大的提高，但是造成了一定的穩(wěn)態(tài)誤差(因?yàn)榇藭r(shí)Kp0.98*C)&(y(i)1.02*C);i=i-1;endts=t(i)ts = 16.4600圖26 系統(tǒng)階躍響應(yīng)波形四、總結(jié)(1)校正方法總結(jié) P控制器只改變信號(hào)的增益，而不影響其相位。Kp增大可以減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，從而提高系統(tǒng)的控制精度，但會(huì)降低系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，甚至可能造成閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定，所以，很少單獨(dú)使用P控制規(guī)律。PI控制器在系統(tǒng)中增加一個(gè)位于原點(diǎn)的開(kāi)環(huán)極點(diǎn)和一個(gè)位于S左半平面的開(kāi)環(huán)零點(diǎn)，只要積分時(shí)間常數(shù)足夠大，PI控制器對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的不利影響可大為減弱，主要用來(lái)改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。PID在系統(tǒng)中增加一個(gè)位于原點(diǎn)的開(kāi)環(huán)極點(diǎn)和兩個(gè)負(fù)實(shí)零點(diǎn)，具有提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的優(yōu)點(diǎn)外，在提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能方面有更大的優(yōu)越性。(2)總體體會(huì)此次計(jì)算機(jī)仿真大作業(yè)，使我更加熟練地運(yùn)用Matlab，特別是Simulink模塊，實(shí)踐出真知，只有在實(shí)踐中才能真正明白如何運(yùn)用Matlab解決實(shí)際中的問(wèn)題。這次大作業(yè)讓我更加透徹地理解本學(xué)期所學(xué)習(xí)的知識(shí)，不僅僅是計(jì)算機(jī)仿真，還有自動(dòng)控制原理，對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作有著很大的幫助。五、參考文獻(xiàn)1 薛定宇.控制系統(tǒng)仿真與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社2009.2 胡壽松.自動(dòng)控制原理.國(guó)防工業(yè)出版社2005. 20
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