资源描述：
《计算机控制仿真课程设计(毕业论文)（可编辑）》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、计算机控制仿真课程设计姓名学院自动化学院专业自动化专业班级学号指导教师2013年7月目录一、引言11.1课程设计简介11.2选题及小组分工1二、数字PID闭环直流电机调速控制系统的设计和仿真实现22.1课程设计的基本理论知识22.1.1数字PID的控制算法22.1.2PID调节器参数对控制性能的影响42.1.3采样时间T的选择42.2课程设计的设计要求52.3课程设计的总体方案设计62.4课程的详细设计62.4.1模拟PID控制器的设计61.4.2数字PID控制器的设计92.4.3仿真结果分析122.5调试Simulink仿真12
2、2.5.1当Kp变化时122.5.2当Ti变化,即Ki变化时142.5.3当Td变化,即Kd变化时182.6设计总结21三、大林算法计算机控制系统设计及仿真实现213.1设计要求213.2总体方案设计223.3基本理论知识223.4详细设计253.5调试Simulink仿真26四、二阶弹簧?阻尼系统的PID控制器设计及其参数整定304.1设计要求304.2总体方案设计314.3基本理论知识314.4详细设计344.5分析与总结40五、二阶系统串联校正装置的设计与分析405.1设计要求405.2基本理论知识405.3详细设计425.
3、4调试Simulink仿真455.5设计总结46六、单级倒立摆的最优控制器设计476.1设计要求476.2总体方案设计476.3基本理论知识486.4详细设计496.6调试Simulink仿真566.6设计总结57参考文献58引言1.1课程设计简介计算机仿真技术是一种借助高速、大存储量数字计算机及相关技术,对复杂真实系统的运行过程或状态进行数字化模拟的技术。随着技术的发展,计算机仿真的应用领域越来越广,在通信,控制,航天等领域得到了广泛的应用。MATLAB是一套高性能的数值计算和可视化软件,它集数值分析、矩阵运算和图形显示于一体,
4、构成了一个方便的界面友好的用户环境。由控制领域专家推出的MATLAB工具箱之一的控制系统ControlSystem,在控制系统计算机辅助分析与设计方面获得了广泛的应用,并且MATLAB工具箱的内容还在不断增加,应用范围也越来越宽。控制系统的分析与设计方法,不论是古典的还是现代的,都是以数学模型为基础进行的。MATLAB可以用于以传递函数形式描述的控制系统。在本文中,我们将以数字PID闭环直流电机调速控制系统的设计和仿真实现、大林算法计算机控制系统设计、二阶弹簧?阻尼系统的PID控制器设计及其参数整定、二阶系统串联校正装置的设计与分
5、析、单级倒立摆的最优控制器设计为例,说明如何使用MATLAB进行辅助分析。Simulink仿真、计算传递函数零极点、计算闭环系统对单位阶跃输入的响应等等,都会有所涉及。1.2选题及小组分工1.2.1选题选题:第一题:数字PID闭环直流电机调速控制系统的设计和仿真实现第三题:大林算法计算机控制系统第四题:二阶弹簧?阻尼系统的PID控制器设计及其参数整定第五题:二阶系统串联校正装置的设计与分析第六题:单级倒立摆的最优控制器设计1.2.2分工分工:组长10212006负责第一、六题;组员10217>2014负责第三、四题;1021201
6、2负责第五题。二、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课程设计的基本理论知识2.1.1数字PID的控制算法在模拟调节系统中,PID算法的表达式为:式中:?调节器的输出信号;?调节器输入的偏差信号,它等于测量值与给定值之差;?调节器的比例系数;?调节器的时间积分常数;?调节器的时间微分常数。对上式进行离散化,用数字形式的差分方程代替连续系统的微分方程,此时积分项和微分项可用求和及增量式表示:式中:?采样周期;ek?第k次采样时的偏差值;ek-1?第k-1次采样时的偏差值;k?采样序号,k0,1,2???uk?第k
7、次采样时调节器的输出。则有:上面两式相减:式中:?积分系数;?微分系数。位置式PID控制算法:图2-1位置式PID控制算法结构框图增量式PID控制算法图2-2增量式PID控制算法结构框图2.1.2PID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
8、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
