《计算机控制系统》实验指导书MATLAB版.pdf

文档介绍：该【《计算机控制系统》实验指导书MATLAB版 】是由【花开花落】上传分享，文档一共【17】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【《计算机控制系统》实验指导书MATLAB版 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。:.
《计算机控制系统》实验指导书
(Matlab版)
一、实验课程教学目的与任务
通过实验设计或计算机仿真设计,使学生了解和掌握数字PID控制算法的特点、了
解系统PID参数整定和数字控制系统的直接设计的基本方法,了解不同的控制算法对被控
对象的控制特性,加深对计算机控制系统理论的认识,掌握计算机控制系统的整定技术,
对系统整体设计有一个初步的了解。
根据各个实验项目,完成实验报告(用实验报告专用纸)。
二、实验要求
学生在熟悉PC机的基础上,熟悉MATLAB软件的操作,熟悉Simulink工具箱的软件
编程。通过编程完成系统的设计与仿真实验,逐步学****控制系统的设计,学****控制系统方
案的评估与系统指标评估的方法。
计算机控制系统主要技术指标和要求:
根据被控对象的特性,从自动控制系统的静态和动态质量指标要求出发对调节器进行
系统设计,整体上要求系统必须有良好的稳定性、准确性和快速性。一般要求系统在振荡
2〜3次左右进入稳定;系统静差小于3%^5%勺稳定值(或系统的静态误差足够小);系统:.
超调量小于30%〜50%的稳定值;动态过渡过程时间在3〜5倍的被控对象时间常数值。
系统整定的一般原则:
将比例度置于交大值,使系统稳定运行。根据要求,逐渐减小比例度,使
系统的衰减比趋向于4:1或10:1。若要改善系统的静态特性,要使系统的静差为零,加
入积分环节,积分时间由大向小进行调节。若要改善系统的动态特性,增加系统的灵敏度,
克服被控对象的惯性,可以加入微分环节,微分时间由小到大进行调节。PID控制的三个
特性参数在调节时会产生相互的影响,整定时必需综合考虑。系统的整定过程是一个反复
进行的过程,需反复进行。
实验一、数字PID参数的整定
实验目的
1)、了解数字PID控制回路的结构。
2)、掌握数字PID控制算法的控制原理
3)、掌握数字PID控制算法的整定原理
实验设备
1)WINDOWS操作系统和MATLAB软件
2)PC电脑。:.
三、实验原理
在过程控制中,广义被控对象采用一阶对象,设计相应的数字控制器,使系统达到稳
定,并满足一定的动态和静态指标。
133
例如:对象的传递函数为:
PID
s25s,按下图进行数字控制系统设计,
2
并确定数字PID控制器的参数
四、实验容
1)建立闭环数字控制系统。
2)选择PID数字调节器。
3)将PID三参数置于适当值,使系统稳定运行
4)整定比例度。
5)整定积分时间
6)整定微分时间。:.
7)对系统进行控制指标的综合考虑,系统反复调试五•实验要求
。
。
。
。
。
。
实验二、Smith算法的运用
、实验目的
1)、了解Smith算法控制回路的结构
2)、掌握Smith算法的控制原理。
3)、掌握Smith控制算法的设计原理:.
、实验设备
1)WINDOWS操作系统和MATLAB软件
2)PC电脑。
三、实验原理
按下图进行Smith算法控制回路的设计,在过程控制中,广义被控对象采用一阶加纯迟后对象,设计
相应的Smith控制控制器,使系统达到稳定,并满足一定的动态和静态指标。
四、实验容
1)运行MATLAB文件。
2)运用Simulink按下图进行图形化编程。
3)采用Smith控制方法,在PID控制中(选用PI控制),取k=40,k二0.,假设
pi
预测模型精确,阶跃信号输入取100。
Smith控制方
4)观测Simulink仿真程序运行的结果。(仿真结果表明,法具有
很好控制效果。):.
5)进行系统整定;当参数适当值时,使系统稳定运行。
6)对系统进行控制指标的综合考虑,系统反复调试。
五•实验要求
。
。
。
。
。

实验三、二阶对象数字控制系统设计:.
、实验目的
1)、了解二阶对象数字控制回路的结构。
2)、掌握二阶对象数字PID算法的控制原理。
3)、掌握二阶对象数字PID控制算法的设计原理
、实验设备
1)WINDOWS操作系统和MATLAB软件
2)PC电脑。
三、实验原理
按下图二阶对象数字控制回路的设计,在过程控制中,广义被控对象采用二阶对象,
设计相应的PID控制控制器,使系统达到稳定,并满足一定的动态和静态指标。广义被控
对象采用的传递函数为:

p

运用Simulink按下图进行图形化编程。设计相应的数字控制器,使系统达到稳定,
并满足一定的动态和静态指标。
:.
四、实验容
1)建立闭环数字控制系统。
2)选择PID数字调节器。
3)进行PID三参数整定;当三参数适当值时,使系统稳定运行
4)整定比例度。
5)整定积分时间。
6)整定微分时间。
7)对系统进行控制指标的综合考虑,系统反复调试。
五•实验要求

。
。
。:.


实验四、达林控制算法的运用
、实验目的
1)、了解达林控制算法的控制回路的结构
2)、掌握达林控制算法的使用方法。
3))掌握达林控制算法的编程原理。
、实验设备
1)WINDOWS操作系统和MATLAB软件
2)PC电脑。
三、实验原理
达林算法的SIMULINK仿真模型见图。达林算法适用于一、二阶惯性加纯滞后对象,仿
真模型仅对工业控制中常见的一阶惯性加纯滞后对象作仿真。若要仿真二阶对象,
此仿真模型上修改进行。
不难在:.
五、实验容
1)建立达林控制算法的闭环数字控制系统。
2
3s
2)假设对象模型G(s)e,,
o
取采样周期T=1
4s1
秒。先按对象的参数去设置控制器参数,然后运行仿真模型。
3)若欲缩短调节时间,可将闭环时间常数改为T2
秒,采样周期仍为T=1秒,再次仿真。
4)观察系统的动态过程,注意控制量的变化情况。
5)观察系统输出都没有纹波出现,说明在纯滞后时间是采样周期的整数倍时,无论闭环系
统时间常数T是大于还是小于惯性时间常数,系统输出都是没有纹波的。倘若纯滞后时间不是采
样周期的整数倍时,系统输出将会发生波动。
6)设T2秒,采样周期改为T=,再次仿真。若再缩短采样周期,系统的输出波动将更
厉害。
7)对系统进行控制指标的综合考虑,系统反复调试。
8):
function[sys,xO,str,ts]=dahlineon(t,x,u,flag,Ttao,T1,K,Tao,T
globalumaxk1k2k3ukek_1N
switchflag,
case0,%Initialization
sizes=simsizes;
=0;=0;
=1;=1;
=1;=1;
sys=simsizes(sizes);str=[];
ts=[T0];
umax=50;N=floor(Tao/T)
uk=zeros(N+2,1);ek_1=0;k1=exp(-T/Ttao);
k2=exp(-T/T1);k3=(1-k1)/K/(1-k2);
case3,%Outputs
ek=u;
uk(1)=k3*(ek-k2*ek_1)+k1*uk(2)+(1-k1)*uk(N+2);
ifuk(1)>umaxuk(1)=umax;end
ifuk(1)<-umaxuk(1)=-umax;end
ek_1=ek;uk(2:N+2)=uk(1:N+1);
sys=[uk(1)];
case{1,2,4,9},%Unhandledflags
sys=[];:.
otherwise%Unexpectedflags
error(['Unhandledflag=',num2str(flag)]);
end
程序中的斜体部分就是有关的达林算法实现所用的变量和语句。
五•实验要求

。
。
。
。
。:.
Word资料:.
《计算机控制系统》课程设计指导书
(Matlab版)
一、设计的容与安排

根据课程的要求和本人的学****情况,选择大纲推荐的题目。任课教师可以
推荐一定的设计题目,学生也可以自主提出符合《计算机控制系统》要求的适合
设计的题目,但是学生提出的题目必须经过任课教师的确认才能立为设计题目。

(1)设计题目;
①单回路数字系统PID控制设计;
②串接数字系统PID控制设计;
③二阶纯滯后系统的大林算法控制设计;
④二阶纯滯后系统的Smith算法控制设计;
⑤其它数字控制方法。
(2)主要技术指标和要求;
根据被控对象的特性,从自动控制系统的静态和动态质量指标要求出发对调节器
进行系统设计,整体上要求系统必须有良好的稳定性、准确性和快速性。一般要求系
统在振荡2〜3次左右进入稳定;系统静差小于野%5%勺稳定值(或系统的静态误差
足够小);系统超调量小于30%〜50%的稳定值;动态过渡过程的时间在3〜5倍的被控
对象时间常数值。:.

1)学生在深入学****计算机控制系统》课程后,可以在老师的指导下选
题,也可以自主选题。
2)学生要提出选题依据。
3)设计题目必须经老师确认后,才是有效设计题目
4)课程设计题目必须在一周完成。
5)提交设计报告或小论文。
、设计的质量与创新
;
;
算法难度,对象的复杂性,控制回路的复杂性,系统的大小。
;
。
三、课程设计步骤
。
。:.

,进行反复调试。

注:PID控制系统整定的一般原则:
将比例度置于交大值,使系统稳定运行。根据要求,逐渐减小比例度,使系统的衰减
比趋向于4:1或10:1。若要改善系统的静态特性,要使系统的静差为零,加入积分环节,
积分时间由大向小进行调节。若要改善系统的动态特性,增加系统的灵敏度,克服被控对
象的惯性,可以加入微分环节,微分时间由小到大进行调节。PID控制的三个特性参数在
调节时会产生相互的影响,整定时必需综合考虑。系统的整定过程是一个反复进行的过程,
需反复进行。
四、课程设计的成绩评定
以提交设计报告或小论文为评分依据:.
递交报告格式
题目三号黑体
班级,学号(小四)
作者姓名(小四)
1前言(小四黑)
前言叙述论题的背景,容包括为什么要做这件事,目前了解到的资料中别人是如何做与
本问题相关的研究的。
2研究的原理
描述或推导所用理论的原理,作者对运用的原理有何改进。
全文书写规,无错别字,语句通顺,有哲理。在2000字左右,A4纸3左右,
插图不能太大。
3原理的应用仿真
采用什么被控对象,对对象的模型的来源与结构进行描述。系统仿真的实现,
遇到的问题,采用什么方法解决;仿真的结果。:.
4结论
本研究的收获,研究的意义,研究的应用,原理与技术的今后发展。
5参考文献(5篇以上)
按“作者,文献名,出处(期刊名、书名),出版时间”顺序排列