控制系统实践教学资料：控制系统实践课仿真模板

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1、姓名：王厚珂斑号:16S0451研究生自动控制专业实验地点：A区主楼518房间实验日期：2017年3戸25日学号:16S004069机组编号：同组人：成绩:教师签字:控制系统实践课仿真报告主编：钱玉恒哈工大航天学院控制科学实验室控制系统实践课仿真报告1.仿真目的通过仿真使学生熟悉MATLAB使用方法，掌握实践教学实验对象的各种分析方法，为进入实物实验做好技术准备，提高控制系统实践中的系统设计能力，加深控制系统理论和实践的认识。2.仿真内容2.1磁悬浮小球控制系统仿真内容2.1.1根轨迹控制器设计■描述轨迹控制器设计过程。■绘

2、制根轨迹曲线。■仿真阶跃响应控制。■比较多组参数的仿真效果，并进行分析总结。2.1.2频域方法控制器设计■描述频域法设计过程。■绘制频域曲线。■仿真阶跃响应控制。■比较多组参数的仿真效果，并进行分析总结。2.2三自由度直升机系统仿真内容2.2.1PID直升机控制器设计■描述PID设计过程。■仿真阶跃响应控制。■比较多组参数的仿真效果，并进行分析总结，特别是内外环的控制特点。2.2.2采用LQR进行直升机控制器设计■描述LQR设计过程。■通过阶跃响应曲线比较三组K值控制效果。■总结LQR设计特点，比较与PID控制的优缺点。2.

3、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控制二&G）二（S"）（©s+«）6'心）芒+伙加丿刀伙』+kpS+kJk/liV=5.81；J=0.0206；khw/J=290。绘制系统框图如下：图2.3.1前向通道冇微分相的PID控制仿真框图通过调整PID参数，可以得到稳定的单位阶跃响应仿真曲线如下图所示:1.2Timeoffset:0图2.3.2前向通道有微分相的PID控制阶跃响应曲线■反馈通道中有微分项的PID控制心）a心）gw卩)也s+kp)^=5.81；J=0.02

4、06；khw!J-290®绘制系统框图如下:图2.3.3反馈通道有微分相的PID控制仿真框图通过仿真我们可以得到稳定的阶跃响应曲线如下图:图2.3.4反馈通道有微分相的PID控制阶跃响应曲线■两种方法控制分析比较通过实验仿真，系统在相同PID参数条件下，我们测试得到前向通道PID控制响应曲线的上升时间为0.2339s,微分在反馈通道上控制响应曲线的上升时间为0,2345s,由此可见微分在反馈通道上使系统响应变慢，调节速度不如前向通道PID控制。2.3.2采用PD加陷波滤波器控制器设计■PD加陷波滤波器仿真框图设计。图2.3.

5、5PD加陷波滤波器框图其中有参数如下：GG)/(S)&2($)二“2(3)u(s)D(s)'W(5)D(5)N、($)=2306((5+1.236)2+17.612)M(s)=361.6"+497.1)D(s)=s(s+1.691)(($+1.395)2+22.792)参考参数:Kv=0.003,抵=5.81。通过设计陷波滤波器N”(s)/q(Q,将零点(他⑸的根)对应在”⑶的极点上，即消除谐振点，再以经验法设计UG)的根，最后设计PD参数，保证系统稳定，并具有较小的稳态谋差。通过Simiulink我们可以得到以下控制框图：

6、图2.3.6PD加陷波滤波器仿真框图最后我们通过调整参数可以得到系统的阶跃响应曲线：图2.3.7PD加陷波滤波器阶跃响应曲线图（匕二0.02,褊二0.002）图2.3.8PD加陷波滤波器阶跃响应曲线图（心二0.465上/二0.051）从中我们可以看到系统的阶跃响应曲线有较小的稳态误差，且稳定。■总结加陷波滤波器设计的作用和效果。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(1)加陷波滤波器框图如下:G*(s)=沁©D()图2.4.0采用PD加陷波滤波器控制器框图其中有：“厲(s)=1600{(s+0.19

7、)2+11.152}""($)=200,000D(s)=s(s+0.69){(5+0.38)2+15.712}参考参数“=17.4=17.4；^=0.01=0.010(2)陷波滤波器他⑸/Q(Q设计通过化简计算，我们可以得到7/⑶的极点，将零点(他($)的根)对应在”⑸的极点上，即消除谐振点，再以经验法设计2($)的根，通过搭建simulink仿真可以得到如下框图：图2.4.1采用PD加陷波滤波器控制器仿真框图(3)Simulink仿真最后通过仿真，在保证系统稳定，并具有较小的稳态误差前提下。最后得到阶跃响应仿真输出曲线如下

8、:r»neoffset:0图2.4.2外环阶跃响应输出曲线Timeoffset:0图2.4.3内外环阶跃响应输出曲线对比