计控课程设计-二阶控制系统的分析实现.pdfVIP

V01．41 第41卷第7A期 计算机科学 No．7A 2014年7月 Science 2014 Computer July 计控课程设计一二阶控制系统的分析实现 胡青黄勤唐丹王延川 (重庆大学自动化学院信息工程与自动化系 重庆400030) 摘要计算机控制课程设计有助于培养学生工程意识，加强学生对计算机控制的理解应用。设计任务——二阶 环节电压跟踪控制系统需要学生综合应用现代控制系统、模拟电子技术、MATLAB仿真等多门课程的知识，分析被 控对象特性，设计控制器，结合实验装置特点仿真验证控制效果，最终编程实现控制器，完成设计任务。设计任务与 自动化专业背景紧密结合，通过实践帮助学生融会贯通所学知识，感受到MATLAB为工程设计带来的便利。 关键词计算机控制课程设计，PD控制，MATLAB仿真，位置式PⅢ 1 前言 “计算机控制技术”是自动化、电气工程等相关 专业的基础课。1’…，该课程的课程设计需要学生融会 贯通多门课程的内容，能够锻炼学生分析问题。解 决问题的能力，对实现专业培养目标具有重要作用， 因而“计算机控制技术”课程设计多设为相关专业的 必修课程。课程设计任务设置是否合理极大地影响 了课程设计的效果。设计任务大多与专业相关[3“， 图1被控对象电路图 设计时间从1周到3周不等H’6’7]，一般采用分组完 成设计，小组答辩的形式[8]。 3二阶被控对象分析 为期1周的计算机控制技术课程设计要求学生 应用模拟电子技术中所学的运算放大器的相关 应用经典的PD算法完成对二阶被控对象的控制。 内容，分析图1的被控对象。负反馈连接的运算放 课程设计需要学生综合应用现代控制系统、模拟电 大器具有“虚短”和“虚断”特性，两个运算放大器的 子技术、MATLAB仿真等多门课程的知识，分析被 输出和输入分别满足 控对象，设计控制器，完成具体的设计任务。锻炼了 学生的综合应用能力，深化了学生对所学知识的理 解和应用。 假设系统为零初始状态，对式(1)和式(2)进行 拉普拉斯变换，整理后得到系统输出输入之问的传 2设计任务 递函数 设计任务与自动化专业背景紧密相关，要求在 JK实验装置上，用经典的PⅢ控制算法，完成二阶 H(沪蹦一遗 环节电压跟踪控制系统的设计，被控对象电路如图 1所示。由于课程设计只有1周时间，被控对象直 (2) 接由实验室提供。 应用现代控制系统中所学的知识分析式(3)描 要求学生编程设计一个控制器，其输出作用于 述的被控对象[…。式(2)为I型系统，其单位闭环控 电路输入端口IN，使电路输出端口0UT能够跟踪 制系统对阶跃输入的稳态误差为o，满足控制精度 o．5～4．5V范围内的阶跃信号，控制精度≤±5％，要求。 调节时间≤5秒。设计人机交互接口，包括键盘、显 从传递函数H(s)可看出，被控对象是