系统仿真综合实验指导书(cekong2010)(2)

t kT

kkt

e(jT) T e(j) 0e( )d T j 0j 0

de(t)e(kT) e((k 1)T)e(k) e(k 1)

TT dt

离散PID表达式：

1ke(k) e(k 1)

u(k) Kp[e(k) e(j)T Td]

Tij 0T

控制系统仿真实验指导

实验内容

1．已知三阶对象模型G(s) 1/(s 1)3，利用MATLAB编写程序，研究闭环系统在不同控制情况下的阶跃响应，并分析结果。

(1) Ti ,Td 0时，在不同KP值下，闭环系统的阶跃响应； (2) Kp 1,Td 0时，在不同Ti值下，闭环系统的阶跃响应； (3) Kp Ti 1时，在不同Td值下，闭环系统的阶跃响应；

2．以二阶线性传递函数为被控对象，选择合适的参数进行模拟PID控制， 输入信号r(t) Asin(2 ft)，A=1.0，f=0.2Hz。 *3. 已知被控对象为一电机模型，传递函数为G(s)

1

，输入信号为

0.0067s2 0.10s

r(k) 0.50sin(2 t)，采用PID控制方法设计控制器，其中Kp=20，KpTd=0.50，利用

MATLAB进行仿真，绘制PID正弦跟踪曲线。

控制系统仿真实验指导

实验四 直流双闭环调速系统仿真

实验目的

掌握Simulink工具分析设计电动机速度控制系统的方法。

实验原理

1． 双闭环V-M调速系统目的； 2． 积分调节器的饱和非线性问题； 3． 电流环和转速环的工程设计。

参见教材<(第2版)>P262

实验内容

1、 建立双闭环调速系统的模型；

系统中采用三相桥式晶闸管整流装置，基本参数如下：

直流电动机：220V，13.6A，1480r/min，Ce=0.131V/(r.min-1)，允许过载倍数1.5。 晶闸管装置：Ks=76

电枢回路总电阻：R=6.58Ω

时间常数：T1=0.018s，Tm=0.25s 反馈系数：α=0.00337V/(r.min-1) β=0.4V/A

反馈滤波时间常数：τoi =0.005s，τon=0.005s

2、 利用Simulink建立仿真模型，并分析系统的动态性能。

控制系统仿真实验指导

*实验五 系统状态空间设计

实验目的

1 学习系统的能控性、能观测性判别计算方法； 2 掌握极点配置控制器的设计方法。

实验原理

如果给出了对象的状态方程模型，我们希望引入某种控制器，使得闭环系统的极点移动到指定位置，从而改善系统的性能，这就是极点配置。

1、状态反馈与极点配置

状态反馈是指从状态变量到控制端的反馈，如图3所示。 设原系统动态方程为：

Ax Bu x

y Cx

引入状态反馈后，系统的动态方程为：

(A BK)x Bv x

y Cx 图3 状态反馈 2、输出反馈与极点配置

的反馈，如图4所示。 输出反馈指从输出端到状态变量导数x

设原系统动态方程为：

Ax Bu x

y Cx

引入输出反馈后，系统的动态方程为：

(A HC)x Bv x

y Cx

控制系统仿真实验指导

图4 输出反馈

实验内容

1．已知对象模型

0 0 x 0 0100

0 10 x 001

011 0 0

1 u 0 1

y 1

23

4

x

如何将闭环系统的极点配置在s1,2,3,4= -1，-2，-1±j？

*2．已知对象模型

0 0 x 0 0100 500 x 0 70

00 8

1 1 u3 4

y 0

50

8

x

1, 2。 利用MATLAB实现将其中的两个极点配置到s

3．已知对象模型

0.30.1 0.05 2

x(t) 0 u(t), (t) 1x0.10

1.5 8.9 0.054 y 123 x

(1) 如果我们想将闭环系统的极点配置到-1,-2,-3，利用MATLAB设计控制器，并绘出闭环系统的阶跃响应曲线。(说明：用两种方法配置极点)

*(2) 如果想将闭环系统的所有极点均配置到-1，怎样设计控制器？