实验3采样控制系统的数字仿真实验

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1、实验3采样控制系统的数字仿真实验【实验目的】1.掌握采样控制系统数字仿真的特点。2.了解数字控制其对系统动态性能的影响。3.学会编制双重循环法的仿真程序【实验内容】1.某数字控制系统如图所示,其中,Tl=l,T2=4采样周期T=0.1,数字控制器为数字PI调节器，即KjD⑵=Kp+-—1-2式中，比例系数Kp二15,积分系数Ki二0.2,设初始状态xl(0)二x2(0)二0,试用simulink求在单位阶跃输入信号r(t)=l(t)作用下的状态响应。解:1.若将第一题屮的数字PI调节器改为数字PID调节器，即D⑵下+£^+“(1-0)1一2式中，比例系数Kp二15,积分

2、系数Ki-0.2,微分系数Kd=40,设初始状态xl(0)=x2(0)=0,试求在单位阶跃输入信号r(t)=l(t)作用下的状态响应，并与题1的结果比较，由此关于微分调节的作用可得出何结论。解：ToWortspsoe0Clot*w控制系统中’被控杯传递函数』W為在单位速度信号输入r(t)=t下，选择零阶保持器在T=ls时设计的“最少扌

3、'

4、”控制器为°⑵=。・54一W+0.099901一0・282z-i一0.718Z-2(1)按实验目的、要求和已知条件，建立系统的simulink模型，并且编制双重循环法的仿真程序。(2)分别运行双重循环法的仿真程序和simulink模型

5、，观察记录系统动态性能的变化。(3)若数字控制器改为“无纹波”控制器D(z)=0.383一0・365zT+0.0825z"2~1一0・407z-i-0.593厂2试用两种悄况下的输出进行比较。解：(1)Simulink模型Huntitled31w—亠P1二1eL—FileEditViewSimulationFormatToolsHelp□

6、(^Q3晶电1S3LY丁二J►■

7、10.0Bornyl勺£3岀El0酸双重循环法仿真程序如下:G=[l0;0.010.99];H=[0.1;0.0005];c=[01];%连续被控对象的离散化状态方程的系数阵h=0.01;T=l;%设

8、定内循环步长h=0.01,而外循环则以采样周期T=0.1为步长N=round(T/h);%在一采样周期内连续被控对象的离散化状态方程递推N次(内循环)TF=15;%设定总仿真吋间为15sM=round(TF/T);%数字控制器的差分方程递推M次(外循环)x=[0;0];u=zeros(l,M+2);e=zeros(l,M+2);u(l)=0;u(2)=0;t=0;fori=l:Mxt=x;%外循环e(i+2)=r(i)-y;u(i+2)=0.282*u(i+l)+0.718*u(i)+0.543*e(i+2)-0.471*e(i+l)+0.0999*e(i);%外循环中

9、递推求数字控制器在实际采样时刻的输出(步长为T)forj=l:N%内循坏x=G*x+h*u(i+2);%内循环屮递推求受控对象状态响应(步长为h)xt=[xt,x];%yt为记载各步状态响应的矩阵t=[tj*h+(i-l)*T];%t为记载各采样(kT)时刻的行向量(与yt对应)endendx2t二xt(2,:);plot(t,t/':k,,t+Tx2t,'k');legendCr；V);grid;xlabel('time(s)');titled双重循环法仿真程序的运行结果)；(2)JQScope——■■■(3)1)更改只需改DiscreteTransferFen参数即

10、可，Simulink模型为：Ready100%ode45FileEditViewSimulationFormatToolsHelpDQ3&您tSAJf22.2►■

11、io.o

12、n°"JzJ罔国◎3□Exp5-model2输岀结果如下:■IScope2）双重循环法：改变数字控制器后，连续系统离散化模型是不变的，只需将控制系统差分方程改写即可：”(灯=0・407讥上_1)+0・593”伙一2)+0・38免伙)_0・365曲^_1)+0・825曲1_2)【实验总结】通过本次实验，大概掌握了MATLAB软件的几个基本用法和利用MATLAB软件根据单位反馈控制系统的结构创建仿真图。

13、进一步了解了MATLAB—些基本功能。所以，对于仿真这样实践性很强的知识，还是更应该多加练习，勤实践，通过实践更好的理解算法。