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哈尔滨工业大学（威海）-计算机控制课程设计（威海） 课 程 设 计基本信息学生姓名：学号： 院系名称：信息与电气工程学院课程设计名称：计算机控制同组人姓名： 课程设计时间： 2013年10月28日-2013年11月1日课程设计内容目录 页码一 课程设计题目与任务书.2二 课程设计用仪器设备名称.3三 课程设计要求.3四 课程设计过程.3五 课程设计心得. .10教师评语及课程设计成绩评语：成绩： 教师签字：年 月 日课程设计（论文）任务书专 业仪器科学与技术班 级 学 生 指导教师李剑锋题 目计算机控制课程设计子 题电梯门控计算机控制系统设计设计时间设计要求在电机门控计算机控制系统一般采取如下的控制方法：设：异步电机的传递函数为：，变流器的传递函数为：，考虑到信号采集及AD转换的延迟以及滤波的作用，反馈通道相当于一阶惯性环节，电流采样反馈通道和速度采样反馈通道的传递函数分别为：和。施加在异步电动机上的干扰通道的传递函数为：。试:1、简述系统的基本结构与工作原理。2、根据系统的特点，从理论上分析该系统应采取什么控制方法可以保证系统的快速性和抗干扰性。3、利用MATLAB的Simulink仿真工具设计速度和电流数字调节器，并对系统进行仿真。4、利用MATLAB的Simulink工具分析所采用的控制方法与其他控制方法相比较的优点。二、课程设计所用仪器设备本课程设计是计算机控制系统的软件设计，所以只用到了PC机和Matlab软件。三、课程设计过程3.1系统的基本结构与工作原理电梯门机运行过程中由于加减速过程或其他原因导致直流电压或输出电流上升 ，当电流或电压增加到一定值时 ，系统将产生保护动作 ，中断门机的运行 ，影响了系统的正常工作。据统计，电梯门控系统的故障率占整个系统的 80 % 以上 ，随着技术的发展 ，有的电梯门控变频器增加了故障自恢复功能 ，这种方法虽能维持系统正常运行 ，但没能从根本上消除故障的发生 ，若频繁出现这种故障 ，势必影响系统的性能及使用寿命针对上述问题。3.2从理论上分析控制方法对于传统电梯门负反馈控制系统 ，当对象受到扰动的作用 ，被控量偏离给定值后 ，控制器根据误差改变对象的输出，这种靠误差来消除扰动影响的负反馈系统 ，使系统在精度及抗干扰性能上都得到明显的改善。为提高本系统的调速精度及动态响应性能 ,转速、电流调节器采用P控制，而步进电机采用PID控制。3.3利用MATLAB的Simulink仿真工具设计速度和电流数字调节器由于题目存在两个调节器需要设计，而主环的调节器需要用到副环的调节器才能算出，所以需要先计算副环的调节器。利用预期的闭环特性来设计串级控制系统的副环调节器 根据采样仿真效果取T=1s 编写如下程序： clear; Ts=1 num1=1 den1=5 1 G1=tf(num1,den1) num2=1 den2=1 1 G2=tf(num2,den2) G=G1*G2 Gz=c2d(G,Ts,zoh) Ts = 1 num1 = 1 den1 =5 1 Transfer function: 1 - 5 s + 1 num2 = 1 den2 =1 1 Transfer function: 1 - s + 1 Transfer function: 1 - 5 s2 + 6 s + 1 Transfer function: 0.06856 z + 0.04603 - z2 - 1.187 z + 0.3012 Sampling time: 1闭环脉冲传递函数：副调节器为：根据副控系统的性能指标要求确定，如无特殊要求，取： n为 的分子或分母有理多项式的最高次幂。整理得调节器为由于对于副环来说过于复杂，在老师的指导下，副环选择P调节经过仿真当K=0.35时仿真效果最好：利用临界扩充比例带法：1.选择合适的采样周期。由于采用异步采样时，应该选择 或 ，即：采样周期相差3倍以上，避免主控回路和副控回路之间产生相互干扰和共振。由于副回路T=1s,所以主环采用T1=4s2. 将数字控制器的积分和微分控制取消，只保留比例控制。给定输入阶跃变化时，逐渐加大比例作用KP，直到系统出现等幅振荡，记录临界振荡增益Kc及系统的临界振荡周期Tc。逐步改变主环的比例部分得到等幅震荡：在图上选点得到Tc=22s,Kc=14.33.根据下表：扩充临界比例带法：根据Kc、Tc和控制度，查表求PID参数。选择控制度：控制度：表征数字控制的效果相当于模拟控制效果的程度。定义为数字调节器和模拟调所对应的过渡过程的误差平方积分之比。 实际应用中并不需要计算出两个误差的平方积分，控制度仅表示控制效果的物理概念。例如，当控制度为1.05时，就是指数字调节器与模拟调节器效果基本相同；控制度为2.0时，是指数字调节器比模拟控制效果差1倍。在此选择控制度为1.20算出：T=Tc*0.043=0.946sKp=Kc*0.47=6.721Ti=Tc*0.47=10.34Td=Tc*0.16=3.52根据模拟PID控制器的算法为写成传递函数形式为式中 比例系数； 积分时间常数；微分时间常数；图5字PID系统框图应用后向差分变换的方法，将代入上式，推导出位置式数字PID控制器 其中选择的P为：6.7选择的I为：选择的D为： 仿真结果：由于超调过大根据试凑法：最后选择：选择的P为：2选择的I为：选择的D为：根据题目要求加干扰后：由图知，加给定干扰后系统能够及时消除干扰，符合题目要求。3.4、利用MATLAB的Simulink工具分析所采用的控制方法与其他控制方法相比较的优点。3.4.1、Simulink的两个主要功能：Simu（仿真）和Link（连接）通过利用鼠标在模型窗口上绘制所需要的控制系统模型，使用simulink提供的功能对系统进行仿真和分析3.4.2、使用simulink的优点：针对控制系统较为复杂的特点，不使用专用建模软件或仅依靠编程的办法，很难准确的描述并将一个控制系统的复杂模型输入计算机。3.4.3、Simulink的模型化图形输入：它提供了许多按照功能分类的基本系统模块，用户仅需要了解模块的功能、输入和输出，不需要考虑模块内部的实现过程。将基本模块通过连接构成所需的系统模型。四、课程设计心得1、通过本次课设加深了对计算机控制这门课程的理解，将理论知识转化为实际应用，将所学知识应用到系统设计当中。2、对PID控制器的使用场合、设计、改进有了进一步了解。3、通过对各种PID进行比较