pid在仿真系统中的应用课程设计报告

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1、成绩课程设计报告题目PID在仿真系统中的应用课程名称控制系统仿真院部名称机电工程专业自动化班级08自动化(1)学生姓名董学勤学号课程设计地点C306课程设计学时1周指导教师应明峰金陵科技学院教务处制一．课程设计应达到的目的本课程是为自动化专业本科生开设的专业课程设计课。通过本课程的课程设计实践，培养学生掌握用计算机仿真控制系统的基本方法，使学生能够熟练应用仿真技术分析控制系统，为今后从事自动控制系统的分析、设计打下基础。二．课程设计题目及要求本课程设计的基本任务是：系统的熟悉控制系统仿真的基本原理、方法，仿真软件的使用方法，具体解决仿真技术在控制系

2、统中的应用问题。本课程要求较熟练掌握控制系统仿真算法的基本思想。要求熟练掌握 MATLAB 的基本编程手段和模块化编程方法，消化和理解控制语言描述的图形界面的设计过程，掌握Simulink仿真技术在控制系统中的应用。三．设计题目1．单回路控制系统的设计及仿真。（1）已知被控对象传函W(s)=1/(s2+20s+1)。（2）画出单回路控制系统的方框图。（3）用MatLab的Simulink画出该系统。大比例作用单回路控制系统无积分作用单回路控制系统有积分作用单回路控制系统（4）选PID调节器的参数使系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应曲线。注

3、明所用PID调节器公式。PID调节器公式Wc（s）=（5s2+50s+3)/s，给定值为单位阶跃响应幅值为3。（5）修改调节器的参数，观察系统的稳定性或单位阶约响应曲线，理解控制器参数对系统的稳定性及控制性能的影响。上图分别为无积分作用和大比例积分（积分常数为3）作用下的系数响应曲线，可见这两个PID参数均不如前面的理想。加入积分环节，主要用于消除静差，积分时间越大，积分作用越弱；积分时间越短，积分作用越强。微分环节是通过偏差的变化趋势预测偏差信号的变化，并在偏差变大之前产生抑制偏差变大的控制信号，从而加快控制的响应速度。2．串级控制系统的设计及仿

4、真。（1）已知主被控对象传函W01(s)=1/(100s+1)，副被控对象传函W02(s)=1/(10s+1)，副环干扰通道传函Wd(s)=1/(s2+20s+1)。（2）画出串级控制系统方框图及相同控制对象下的单回路控制系统的方框图。（3）用MatLab的Simulink画出上述两系统。串级控制系统单回路控制系统（4）选PID调节器的参数使串级控制系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应曲线。PID调节器传递函数：主：Wc（s）=(200*s+680)/s副：Wc(s)=450*s+200相应的单位阶跃响应如下：串级控制系统单位阶跃响应单回路

5、控制系统单位阶跃响应（5）比较单回路控制系统及串级控制系统在相同的副扰动下的单位阶跃响应曲线，并说明原因。比较两控制系统单位阶跃响应可得到串级控制系统的效果比较好。原因：串级控制系统改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率，具有较强的抗干扰能力，具有一定的自适应能力，能够准确及时地对系统的一次扰动和二次扰动进行校正。3．反馈前馈控制系统的设计及仿真。（1）已知被控对象传递函数W0(s)=1/(s2+s+1)，干扰通道传递函数Wf(s)=1/(s2+2s+5)，前馈随机干扰信号幅值=50，频率=10。（2）确定前馈控制器的传递函数Wm(s)，并

6、画出反馈前馈控制系统的系统方框图及相应的单回路控制系统的方框图。（3）用MatLab的Simulink画出上述两系统。（4）选PID调节器的参数使系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应曲线。PID调节器传递函数：Wc(s)=100*s+300设干扰源幅值为50，频率为10Hz，单位阶跃响应幅值为20。前馈反馈控制系统单位阶跃响应前馈反馈单回路控制系统单位阶跃响应（5）比较单回路控制系统及反馈前馈控制系统在相同的单位阶跃扰动下的响应曲线，并说明原因？（需要回答）单回路阶跃响应单回路阶跃响应细部前馈反馈单位阶跃响应前馈反馈单位阶跃响应细部上图是在

7、干扰源频率为10Hz的响应曲线，单回路与前馈反馈系统的响应差别不是很大，这是由于干扰通道形成了滤波器效应造成的。由上图可知不加前馈时，系统受到干扰较严重，加上前馈之后，前馈先将干扰去掉，使得系统不受干扰的影响。前馈反馈复合控制系统既发挥了前馈作用，可及时克服主要扰动对被控量影响的优点，又保持了反馈控制能克服多个扰动的影响和可对被控量实行偏差检验的长处，同时也将降低系统对前馈补偿器的要求，使其在工程上更易于实现。在前馈反馈复合控制系统中，实现了将扰动完全补偿，即使扰动的响应为零，可得到：实现了干扰的完全补偿。4．采用Smith补偿器克服纯滞后的控制系

8、统的设计及仿真。(1)已知被控对象传函W0(s)=e-4s/(20s+1)。(2)画出采用Smith补偿器的反馈控制系统的