控制系统实践教学资料：控制系统实践课仿真内容及要求

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1、控制系统实践课仿真要求和内容1.仿真要求仿真必须提供仿真程序和仿真报告。仿真报告格式参见标准格式模板。未提供仿真报告和仿真程序的同学没有参加实验的资格。2.仿真内容2.1磁悬浮小球控制系统仿真内容2.1.1采用根轨迹方法进行控制器设计对象传递函数77.8421°S一0.031If—30.5250超前校正G/S丿=kcGci(S)=kc耳吕二心丄甘耳aTs+1as+i/cxY达到控制指标：调整时间ts=0.2s（%2）;最大超调量Mp<%;绘制稳态误差10%

2、下的根轨迹和阶跃响应曲线（也可以采用迟后超前校正）。进行对比分析。2.1.2采用频域方法进行控制器设计控制对象和校正环节与根轨迹相同。达到控制指标:相角裕度为55。、幅值裕度等于或大于10分贝。绘制稳态误差10%

3、"Vd(s)=lpKcx7-204x7-63.930XJps20.03191s2s2旋转轴G斫型=P(s)^-x-=2.045x-Jtss俯仰轴加速度£-l,KcxKJcVs=v^v2横侧轴加速度..K」pP~jxjvd=vrv2旋转轴速度Jl采用PID进行控制器进行控制系统仿真。俯仰控制指标：调整时间ts<4s;最大超调量7^,<10%;旋转控制指标：调整时间ts<6s;最大超调量绘制稳态误差1%V10%;△<1%两种情况下的阶跃响应曲线。分析横侧轴和旋转轴内外环控制系统特点。2.2.2采用LQ

4、R进行直升机控制器设计利用LQR方法，分别对直升机俯仰角和旋转速度进行控制。X=AX-¥BUY=CX+DUX=[scCppry]r；Y=[cprf£—俯仰角；俯仰角微分；“卜一俯仰角积分分；P—横侧角；力一横侧角微分；尸一旋转角速度；y=p_旋转角速度积分;根据前面分析计算得：010000000000001000000000010000000000002.070000000010£00■€5.825.8200P+00■P63.94■63.94r00y00一一100000000010000000010

5、y©P■P~0+00采用LQR进行控制器进行控制系统仿真。达到控制指标：俯仰调整时I可ts<4s;俯仰最大超调量M{)<10%;俯仰控制指标：调整时间ts<4s;最大超调量Mp<10%;绘制稳态误差1%V10%；A<1%两种情况下的阶跃响应曲线。采用三组K值进行比较，分析状态参数Q值的影响。2.3工业仿真器系统仿真内容2.3.1采用PID进行工业仿真器控制器设计■前向通道中有微分项的PID控制c（v）二型=伙加/丿）&/〃+©$+心）6、心）s?+（",/丿）（&/〃+◎+代）仏・二5.81；J=o

6、.O2O6；khwIJ-290o■反馈通道中有微分项的PID控制kdSc（s）=型=（kh、JJ）（kpS+k）CS心）s?+伙扁丿）（S?+"+代）对上述刚体模型进行仿真，比较分析前向通道PID和微分在反馈通道上控制的区别，绘制稳态误差A<1%情况下的阶跃响应曲线。2.3.2采用PD加陷波滤波器控制器设计加陷波滤波器框图如下，N2(s)D*(s)&W(s)・eg二Ng“(s)D(s)'“(s)D(s)N©=2306((5+1.236)2+17.612)A^2(5)=361.6(5+497.1)D(

7、s)=s(s+1.691)((5+1・395尸+22.792)参考参数心=0.003；-=5.81。设计陷波滤波器N”G)/D〃(s),将零点(N”G)的根)对应在的极点上，即消除谐振点。再以经验法设计％)的根，最后设计PD参数，保证系统稳定，并具有较小的稳态误差。2.4扭矩仪系统仿真内容2.4.1采用PD加陷波滤波器控制器设计加陷波滤波器框图如下，G$(s)=kh'N2(s)D*(s)kh、、NG)=1600{(s+0.19)2+11.152}饥化⑸二200,000D(s)=s(s+0.69)

8、{(s+0.38)2+15.712}参考参数®=17.4=17.4；^=0.01=0.010设计陷波滤波器N”G)/Q(s),将零点(N”G)的根)对应在zT(s)的极点上，即消除谐振点。再以经验法设计％)的根，最后设计PD参数，保证系统稳定，并具有较小的稳态误差。