毕业论文：采样控制系统仿真实验.doc

课程设计 采样控制系统仿真实验 姓名：邹晶 学号指导老师：邓萍 实验时间：2010年6月27日--2010年7月8日一、系统分析： 3 1. 绘制碾磨控制系统开环根轨迹图、Bode 图和奈奎斯特图，并判断稳定性； 4 2.当控制器为，试设计一个能满足要求的控制器（要求用根轨迹法和频率响应法进行设计）； 7 2．1进行根轨迹校正： 8 2.2频率校正： 12 3.将采样周期取为，试确定与对应的数字控制器（要求用多种方法进行离散化，并进行性能比较）； 17 4、5、6：连续，离散单位阶跃输入响应比较 25 6.比较并讨论4和5的仿真结果； 27 7.讨论采样周期的不同选择对系统控制性能的影响； 28 8.如控制器改为PID控制器，请确定满足性能指标的PID控制器参数。 33 8.1用最优PID控制法设计： 33 9.如希望尽可能的缩短系统的调节时间，请设计相对应的最小拍控制器，并画出校正后系统的阶跃响应曲线。 37 9.1采用无纹波最少拍系统设计 37 10.实验小结： 40 一、系统分析： 某工业碾磨系统的开环传递函数为 要求用数字控制器D(z)来改善系统的性能，使得相角裕度大于，调节时间小于1s(2%准则)1. 绘制碾磨控制系统开环根轨迹图、Bode 图和奈奎斯特图，并判断稳定性； 2.当控制器为，试设计一个能满足要求的控制器（要求用根轨迹法和频率响应法进行设计）； 3.将采样周期取为，试确定与对应的数字控制器（要求用多种方法进行离散化，并进行性能比较）； 4.仿真计算连续闭环系统对单位阶跃输入的响应； 5.仿真计算数据采样系统对单位阶跃输入的响应； 6.比较并讨论4和5的仿真结果； 7.讨论采样周期的不同选择对系统控制性能的影响； 8.如控制器改为PID控制器，请确定满足性能指标的PID控制器参数。 9.如希望尽可能的缩短系统的调节时间，请设计相对应的最小拍控制器，并画出校正后系统的阶跃响应曲线。1. 绘制碾磨控制系统开环根轨迹图、Bode 图和奈奎斯特图，并判断稳定性； G=zpk([],[0 -5],10);sisotool(G);margin(G); 根轨迹图 Bode图：截止频率为1.88rad/s,相角裕度为69° N=0;R=0;Z=P-R=0;该系统稳定。 2.当控制器为，试设计一个能满足要求的控制器（要求用根轨迹法和频率响应法进行设计）； 调节前 Gs=tf(10,[1 5 0]); Close_S=feedback(Gs,1); Step(Close_S,b); hold on 设计前调节时间为1.18s 设计前截止频率为1.88rad/s,相角裕度为69°（第一问中） 2．1进行根轨迹校正： 要使得根轨迹向左转，要加入零点。考虑到校正装置的物理 可实现性，加入超前校正装置。 由上图确定：a=6.512，b=11.499（上图a表示零点，b表示极点） 检验性能： Ds=tf(10*[1 6.512],[1 11.499]); Gs=tf(10,[1 5 0]); Close_S=feedback(Ds*Gs,1); Step(Close_S,b); hold on 调节时间为0.863s，符合要求。 G=zpk([-6.512],[0,-5,-11.499],10); margin(G); G=zpk([-6.512],[0,-5,-11.499],100); margin(G); 相角裕度为48°，符合要求。 2.2频率校正： 详细设计 要求：静态速度误差为20，相角裕度不小于45°，调节时间小于1s（2%）。 A. 根据静态误差指标确定开环增益 B. 据确定的增益 K ，画出如下增益经调整后的未校正系统的Bode图 G=zpk([],[0,-5],100); margin(G); 校正前的相角裕度为28° C. 计算为满足设计要求所需增加的相位超前角度 从图可知为满足设计要求，还须25度左右的超前相角。即令 D. 计算 E. 选定最大超前角发生频率 因为校正环节在最大超前相角处有 10log a 的幅值提升，所以把 据式 计算超前环节的时间常数因子 T 和校正环节的交接频率 H. 对以上设计所得进行检验，看是否满足设计要求。 I．性能验证： Ds=tf(24.638*[1 7.65],[1 18.836]); Gs=tf(10,[1 5 0]); Close_S=feedback(Ds*Gs,1); Step(Close_S,b); hold on 调节时间为0.573，满足设计要求。 G=zpk([-7.65],[0,-5,-18.836],240.638); margin(G); 相角裕度为48°，满足设计要求。 3.将采样周期取为，试确定与对应的