控制系统仿真课程设计.pdf

电控学院 控制系统仿真课程设计 题 目： 基于 Matlab 仿真的 PID 校正控制 院 （系）： 电气与控制工程学院 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 目录 一 . 控制对象分析 1.1 设计任务 1.2 控制要求与指标 1.2.1 控制任务 1.2.2 控制指标 二 . 控制对象的特性分析 2.1 静态特性分析 2.2 动态特性分析 2.3 系统性能评价 三 . 控制方案选择 四. 控制器设计 4.1 设计原理 4.2 参数设计 五 . 控制系统仿真 5.1 开环仿真图 5.2 闭环仿真图 5.3 仿真结果分析 5.3.1 闭环静态分析 5.3.2 闭环动态分析 六 . 结论 参考文献 一 . 控制对象分析 1.1 设计任务 假设某弹簧（阻尼系统）如图所示， M=1kg,f=10N ·s/m,k=20N/m 。 通过设计 PID 校正装置，构成反馈装置，使其达到设计的技术指标。 1.2 控制要求与指标 1.2.1 控制任务 系统的模型可描述如下： 1.2.2 控制指标 （1）系统的调节时间达到 0.5s 以内； （2 ）超调量达到 10%以内； （3 ）无静态误差。 二 . 控制对象的特性分析 2.1 静态特性分析 s=tf(s); G=1/(s^2+10*s+20) Transfer function: 1 s^2 + 10 s + 20 pzmap(G) 零极点图 由控制理论可知，系统的稳定性和系统的极点位置相关。系统的极点全部落在左半 S 平面， 所以系统是稳定的， 系统阶跃响应图 step(G); 2.2 动态特性分析 从阶跃响应图可以看出，系统调节时间过长，超调量较小。 2.3 系统性能评价 从图上可以看出该系统不能满足系统设计所要求达到的性能指标， 需要加上合适 的控制器。 三 . 控制方案选择 简单的说， PID 调节器各校正环节的作用是： (l) 比例环节及时成比例地反映控制系统的偏差信号 e(t)，偏差一旦产生，控制器 立即产生控制作用， 以减少偏差。比例系数 k P的作用在于加快系统的响应速度， 提高系统调节精度。 k P越大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，也 就是对偏差的分辨率 (重视程度 )越高，但将产生超调， 甚至导致系统不稳定。 k P 取值过小，则会降低调节精度，尤其是使响应速度缓慢，从而延长调节时间，使 系统静态、动态特性变坏。 (2)积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积 分时间常数 τ， τ越大，积分作用越弱，反之则越强。积分作用系数越大，系统 静态误差消除越大，但积分作用过大，在响应过程的初期会产生积分饱和现象， 从而引起响应过程的较大超调。若积分作用系数过小，将使系统静差难以消除， 影响系统的调节精度。 (3)微分环节能反映偏差信号的变化趋势 (变化速率 )，并能在偏差信号值变得太大 之前，在系统中引入一个