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1、本科课程设计报告目录控制系统课程设计报告1课程设计题目3实验设备3实验目的3实验背景3实验内容3任务一：3了解MATLAB的使用环境，掌握基本的MATLAB编程语法和语句3任务二：5了解Simulink的使用环境，掌握Simulink的模块化编程步骤5任务三:5对所有过程控制系统对象进行分析，分析所有参数的变化情况51.一阶系统62.二阶系统73.多阶系统9任务四-六:10单回路控制系统仿真，PID控制原理，PID参数对控制系统性能的影响101.被控对象特性在系统中的仿真分析研究102.执行器在系统
2、中的仿真分析研究123.控制器特性在系统中的仿真分析研究134.变送器特性在系统中的仿真分析研究15任务七-八:17根轨迹法的基本原理；根轨迹的绘制方法、增益的选择、稳态误差的消除措施171.根轨迹理论的仿真分析.172.减小消除稳态误差的措施.18任务九-十一:21频域响应法的基本原理；Bode图的绘制、带宽频率的选择；频率法校正211.利用伯德图观察幅频与相频特性212.基于bode图对系统相关指标分析22任务十二-十四:25串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统设计，与单回路比较251.串级
3、控制系统252.前馈控制系统263.比值控制系统28任务十五：29数字PID控制算法的实验研究29实验总结29参考文献29课程设计题目: 控制系统设计与仿真实验设备:含有MATLABR2008a的HP计算机一台.实验目的: 通过实验，深入了解MATLAB矩阵实验室的操作，simulink仿真的使用以及各种控制系统的特性，从而为接下来的实体实验打下坚实的基础．有利于学习通过仿真对不能很轻易实现的实验进行分析研究，理解仿真与实际实验的密切关系．实验背景： 一学期的自动控制原理课程修习；一学期的过
4、程控制课程修习；一学期的控制系统设计与仿真课程修习；简单的MATLAB程序应用． 实验内容：任务一：了解MATLAB的使用环境，掌握基本的MATLAB编程语法和语句；MATLAB简介:MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB的使用环境:MATLAB的使用界面如下:MATLAB语句熟悉:现以
5、画图语句为例,简单介绍MATLAB编程环境.画图语句编程如下：t=0:pi/100:2*pi;y=sin(t);y1=sin(t+0.25);y2=sin(t+0.5);plot(t,y,'--',t,y1,'*',t,y2,'.')axis([07-0.11.1])输出结果如下：任务二：了解Simulink的使用环境，掌握Simulink的模块化编程步骤；由于是利用MATLAB进行仿真研究，所以主要熟悉MATLAB中关于MATLAB仿真以及画图方面的内容，现展示如下：一个简单的仿真模型：输出响应图
6、： 此图显示的是当阶跃响应在1s给入时，系统输出信号图像。任务三:对所有过程控制系统对象进行分析，分析所有参数的变化情况；过程控制系统对象，基本上可以如下分类：自衡单容非自衡自衡多容非自衡一.我们首先以单容水槽，即一阶系统为对象进行分析：被控对象的模型：1.无延迟的情况；对k的特性研究：观察上图，可以看出其稳态输出会随Ｋ的增大而增大,也就是说K之所以被定义为增益,就是由于当其变大时,信号也相当于被放大了.2.无延迟的情况；对T特性的研究。观察上图，可以看出输出趋于稳定所需的时间随Ｔ增大而增大,这就
7、是说为什么我们把T叫做延迟时间,由于T的存在,信号的输出由原先的完全跟随改为指数式的延迟跟随,所以呈现出上图的趋势,一般平均稳定时间为3-4T.3.纯延迟对系统的影响:在这里,相当于系统引入一个纯延迟环节。此时被控对象的模型：我们取不同的延迟时间，可以观测到如下现象：我们发现，时滞会使输出趋于稳定的时间延长。如果拿实际模型解释，比如水槽的液位系统，这相当于水流由上阶段的入水口流入下阶段时进入了一个水管，延缓了它的行进过程．二.我们再以双容水槽，即二阶系统为对象进行分析：被控对象的模型：1.无延迟的情
8、况下，k的特性分析，此时T1=T2=5．我们利用双容水槽为例，抽象出其数学模型，然后可以利用仿真工具绘制其仿真模型图．模型图如下：仿真结果为：我们发现，稳态输出的值依旧会随K的增大而增大．2.无延迟的情况下，T的特性分析，K=1.观察上图，由上到下我们顺序定义为１到６组，首先对比②③④3组，我们发现两个时间常数相差越大，ts、tr越大，输出达到稳定所需时间越长；然后观察①⑤⑥3条曲线，可知两个时间常数的平均值越大，ts、tr越大，输出达到稳定所需时间越长；最后对比③⑤
