控制原理大作业.docx

控制理论与应用大作业学 部： 运载工程与力学学部学 院： 汽车工程学院 班 级： 运英1301 学生姓名：盛鑫学 号：201373028大连理工大学Dalian University of Technology作业题目：某直流电机转速控制系统如下图所示，其中电机电枢传递函数中的参数K为你学号的最后两位数字。试按以下要求完成设计与分析，可团队完成，亦可单独完成，团队成员不超过三人。直流电机转速控制系统1. 写出被控对象的传递函数。2. 设计PID控制器，分析控制器参数调节对单位阶跃响应的影响。3. 在实际工程应用中，常常需要对控制器的输出进行限幅，请对限幅前后的系统性能进行对比分析，并举例分析限幅的必要性。4. 目前有多种改进的PID控制算法，请调研其中一种，并介绍其特点。5. 请结合自动控制系统的基本性能要求、各性能要求之间的关系或自动控制的基本原理，从以下几个方面中选取一个主题谈谈本门课程学习对你的影响：（1）自动控制理念对社会、健康、安全、法律或文化的影响；（2）对你未来的研究、实践、应遵守的工程职业道德和规范、或应履行的责任的影响。参加人员姓名班级学号主要负责模块得分盛鑫运英1302201373028全部1. 写出被控对象的传递函数。我的学号是201373028，K=28；被控对象的主要环节由G1~G4组成，其传递函数为：通过matlab编写：s=tf(s); K=28; G1=K/(s+K); G2=13.33/s; G12=feedback(G1*G2,1); G3=26347/(s+599); G4=5.2; G=G12*G3*G4G = 5.114e07 ------------------------------------- s^3 + 627 s^2 + 1.715e04 s + 2.236e052. 设计PID控制器，分析控制器参数调节对单位阶跃响应的影响。单位阶跃输入下，系统的期望输出为1/H(s)=1/0.0118=84.7458。(1) 首先采用比例控制，令Kp分别取4、5、6、7、8，且Ti→∞，Td=0时，绘制系统的阶跃响应曲线：s=tf(s); K=28; G1=K/(s+K); G2=13.33/s; G12=feedback(G1*G2,1); G3=26347/(s+599); G4=5.2; G=G12*G3*G4for Kp=4:8 Gc=feedback(Kp*G,0.0118); step(Gc); hold on;end legend(Kp=2,Kp=3,Kp=4,Kp=5,Kp=6); hold off; Kp调节对单位阶跃响应的影响由图中可以看出，随着比例系数Kp的增加，超调量增大，系统响应速度加快，同时稳态误差减小。随着Kp的继续增加，会使系统不稳定。 Kp继续增大系统响应采用PI控制，固定比例系数Kp=3，令Ti取0.03, 0.05, 0.07时，绘制该系统的阶跃响应曲线：s=tf(s); K=28 G1=K/(s+K); G2=13.33/s; G12=feedback(G1*G2,1); G3=26347/(s+599); G4=5.2; G=G12*G3*G4;Kp=1; for Ti=0.05:0.02:0.09 PIGc=tf(Kp*[Ti 1],[Ti 0]);%PI控制器传递函数 Gc=feedback(PIGc*G,0.0118); step(Gc); hold on;endlegend(Ti=0.05,Ti=0.07,Ti=0.09);hold off;Ti调节对单位阶跃响应的影响随着积分时间常数Ti的增加，积分作用就越弱。由图中可以看出，引入积分环节后，能够消除系统的稳态误差，从而改善系统的稳态性能；Ti越大，系统的超调量越小，系统响应速度减慢；反之，Ti越小，系统的超调量越大，系统响应速度加快，会导致系统的相对稳定性变差。(3)采用PID控制，固定比例系数Kp=3，Ti=0.05，令Td分别取0.005, 0.01, 0.015时，绘制该系统的阶跃响应曲线：s=tf(s); K=28 G1=K/(s+K); G2=13.33/s; G12=feedback(G1*G2,1); G3=26347/(s+599); G4=5.2; G=G12*G3*G4;Kp=3;Ti=0.05;for Td=[0.005 0.01 0.015] PIDGc=tf(Kp*[Ti*Td Ti 1],[Ti 0]); %PID控制器传递函数 Gc=feedback(PIDGc*G,0.0118); step(Gc),hol