控制系统实践教学资料：控制系统实践课实验报告要求及模板-实验小组用

《控制系统实践教学资料：控制系统实践课实验报告要求及模板-实验小组用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、研究生自动控制专业实验地点：A区主楼518房间姓名：王宁实验日期：2017年4月15B斑号：04105学号：1120410310组号：32同组人：安浩李晓磊王厚柯邵翔宇成绩：教师签字：********系统实验报告主编：钱玉恒哈工大航天学院控制科学实验室磁悬浮小球控制系统实验报告一、实验内容1、熟悉磁悬浮球控制系统的结构和原理；2、了解磁悬浮物理模型建模与控制器设计；3、掌握根轨迹控制实验设计与仿真；4、掌握频率响应控制实验与仿真；5、掌握PID控制器设计实验与仿真;6、实验PID控制器的实物系统调试

2、;1.1磁悬浮小球控制系统仿真内容1丄1根轨迹控制器设计实际系统的开坏传递函数为:77.84210.031Is2-30.5250在MATLAB下新建一个文件，得到极点结果：p-±31.33得系统有两个极点，并且有一个极点为正。系统有两个极点，有一个极点为正。画出系统闭环传递函数的根轨迹如图。HootLOCUS30-20•30卜III*I▲』T•40-30-20・10010203040HealArts(seconds1>图1.1.1磁悬浮开环根轨迹图可以看出闭环传递函数的一个极点位于右半平面，并且有-

3、•条根轨迹起始于该极点，并沿着实轴向左跑到位于原点的零点处，这意味着无论增益如何变化，这条根轨迹总是位于右半平面，即系统总是不稳定的。7724?1对于传递函数为：G0(s)=竿三的系统，设计控制器，使00.031Is2-30.5250得校正后系统的要求如下：调整时间ts=0.2s(%2):最大超调量Mp<10%；稳态误差厶=2%；确定闭环期望极点万的位置，由最大超调量M=严皿°510%P可以得到：§20.591,取§=0.7。又有：ts=—<0.2ss现可以得到：叫=28.57,于是可以得到期望的闭

4、环极点为:-20±20.4/未校正系统的根轨迹在实轴和虚轴上，不通过闭环期望极点，因此需要对系统进行超前校正，设控制器为：GC^)=K心+1aTs+1as-pc为使位于右半平面的根轨迹进入左边平面，因此增加一个左半平面的零点,假设为-25,即乙处标为(-25,0),因此可以根据零点的朋标得出校正极点的处标，极点以的坐标满足条件：z(万一Zj—/(万一卩“二①=(2/+1)龙+4万一卩)+4万一°2)因此可以计算出pc的坐标为(-47.07,0)°将新引入的零极点代入整个系统，绘制新的根轨迹，可以得到

5、图2.1.2：150-00-50050001-1■(spuooas)s-xvXJBC6BE-RootLocus100150-50050RealAxis(seconds)图1丄2引入零极点后的根轨迹图1.1.3超前校正的系统框图可以看出，系统的根轨迹都有位于左半平面的部分，选取适当的增益就能得到一个稳定的闭环控制系统。接下來就要进行simulink仿真模块的搭建。点击“运行”按键，可以得到闭环系统的输出波形，输出的图像如图2.1.4所示，可以看出，系统能较好的跟踪阶跃信号，但是存在一定的稳态误差。图1

6、」.4系统阶跃响应已经引入的超前环节并没有起到效果，因此，需要将校正环节改为超前■迟后校正，改变后的模型如下：图1.1.5超前■迟后系统框图适当调节增益K,即可以得到要求的性能。在此框图屮，当K=7.8时，对以得到如图2」.6的性能:1.4°010.80.60.40.20.51.522.533.5图1・1・6超前■迟后校正的系统阶跃响应可以看出，超调虽小于10%,调整时间小于0.2秒，稳态误差小于10%。同时，为了能够使得稳态误差小于1%，可以进一步调节增益，当增益为11.3时，基本满足题目要求，闭

7、环的响应为：图1丄7超前■迟示校正的系统阶跃响应1丄2频域方法控制器设计根据磁悬浮的物理模型，实际系统的开环传递函数为:公式C「）_77.8421一（）.031Is?—30.525（）系统对象的输入量为功率放人器的输入电压也即控制电压^4,系统对彖输出量为X所反映出来的输出电压为口”“（传感器后处理电路输出电压）。在MATLABV绘制系统的Bode图和奈奎斯特图:‘sor"^ir~Tr^r^-T^r-1801t--r-T-r-i-I-r1r—n—r-r-ri-i-r1t1r-r-ri-i^IllIl

8、llllIllIlli6iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiAIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIlli二.1d01«"«i—XIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII2IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIiiiidIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII•isoi-in・・r・r・「■!・[・「ri)・・T・r•广i-Hiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii