控制系统仿真实验二报告

1、实验二 面向结构图的仿真四 思考题（1）在未考虑调节阀饱和特性时，讨论一下两个水箱液位的变化情况，工业上是否允许？讨论阀位的变化情况，工业上是否能实现？答：在一开始阀位大开，H1，H2液位上升迅速，很快就达到预期值。但显然不能在工业上实现。阀位有其本身的最大最小的限制，在仿真中出现的超过100%的情况在现实生活中不可能出现，因此这一部分对应的控制效果也是无效的。（2）与实验三相比，考虑调节阀饱和特性前后，响应有何不同？答：H1 H2的液位在考虑饱和特性之后，响应曲线比不考虑的时候略微平缓一些。第一部分 线性系统仿真一 实验目的1 掌握理解控制系统闭环仿真技术。2 掌握理解面向结构图的离散相似法

2、的原理和程序结构。3 掌握 MATLAB 中C2D 函数的用法，掌握双线性变换的原理。二 实验内容根据上面的各式，编写仿真程序，实现无扰动时给定值阶跃仿真实验1. 取K P = 1.78 ，T i = 85 s T = 10s，H2 S =H2set_ percent = 80, Q d = 0，tend = 700，进行仿真实验，绘制响应曲线。clcclear all A=2;ku=0.1/0.5;H10=1.5;H20=1.4;alpha12 = 0.25/sqrt(H10);alpha2 = 0.25/sqrt(H20);R12=2*sqrt(H10)/alpha12;R2=2*sqrt

3、(H20)/alpha2;H1SpanLo=0;H2SpanLo=0;H1SpanHi=2.52;H2SpanHi=2.52;Kp=1.78;Ti=85; R12*AR12 ad = 1/(A*R12);a1 = 1/(A*R12);a2 = 1/(A*R2);Kc=Kp/Ti;bc=Ti;Kd = 1/A;K1 = ku/A;K2 = 1/(A*R12); uc(1)=0;ud(1)=0;u1(1)=0;u2(1)=0;xc(1)=0;xd(1)=0;x1(1)=0;x2(1)=0;yd(1)=0;yc(1)=0;y1(1)=0;y2(1)=0; nCounter = 70;T=10;k=1

4、;deltaQd=0; H20_percent=(H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100;H2=80;tend = nCounter*T;for t=T:T:tend k=k+1; uc(k)= (H2 - (y2(k-1)+H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100)/100; ud(k)=deltaQd; u1(k)=yc(k-1); u2(k)=y1(k-1); xc(k) = xc(k-1) + Kc*T*uc(k-1); yc(k)=xc(k)+bc*Kc*uc(k); xd(k) = exp(-ad*T)*xd(k

5、-1) + Kd/ad*(1-exp(-ad*T)*ud(k);yd(k)=xd(k); x1(k) = exp(-a1*T)*x1(k-1) + K1/a1*(1-exp(-a1*T)*u1(k);y1(k)=x1(k); x2(k) = exp(-a2*T)*x2(k-1) + K2/a2*(1-exp(-a2*T)*u2(k);y2(k)=x2(k); endHlevel(:,1)=(y1+H10-H1SpanLo)/(H1SpanHi-H1SpanLo)*100;Hlevel(:,2)=(y2+H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100;yc=(yc+0

6、.5)*100;y2sp=H2*ones(size(y1);yv=yc; textPositionH1=max(Hlevel(:,1); textPositionH2=max(Hlevel(:,2); H2Steady=Hlevel(size(Hlevel(:,1),1),1)*ones(size(y1); xmax=max(0:T:tend); xmin=0; ymax=110; ymin=50; scrsz = get(0,ScreenSize); gca=figure(Position,5 10 scrsz(3)-10 scrsz(4)-90); %gca=figure(Position

7、,5 10 scrsz(3)/2 scrsz(4)/1.5) set(gca,Color,w); plot(0:T:tend,Hlevel(:,1),r,LineWidth,2) hold on plot(0:T:tend,Hlevel(:,2),b,LineWidth,2) hold on plot(0:T:tend,yv,k,LineWidth,2) hold on plot(0:T:tend,y2sp,g,LineWidth,2) hold on plot(0:T:tend,H2Steady,y,LineWidth,2) line(tend/2 tend/2+27,(ymax-ymin)

8、/2+ymin-(ymax-ymin)/10 (ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/10,Color,r,LineWidth,6) text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/10, 第一个水箱的液位H1,FontSize,16) line(tend/2 tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/6 (ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/6,Color,b,LineWidth,6) text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax

9、-ymin)/6, 第二个水箱的液位H2,FontSize,16) line(tend/2 tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/4.2 (ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/4.2,Color,g,LineWidth,6) text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/4.2, 第二个水箱的液位给定值,FontSize,16) line(tend/2 tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/3.2 (ymax-ymin)/2+ymin-(

10、ymax-ymin)/3.2,Color,k,LineWidth,6) text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/3.2,阀位变化情况,FontSize,16) axis(xmin xmax ymin ymax); text(tend/5,ymax+1.5, 实验二 不考虑阀位饱和特性时的控制效果,FontSize,22) grid2. 用 MATLAB 求出从输入到输出的传递函数，并将其用c2d 函数，利用双线性变换法转换为离散模型，再用dstep()函数求离散模型的阶跃响应，阶跃幅值为3。clcclear allA=2;ku=0.1/0.5

11、;H10=1.5;H20=1.4;alpha12 = 0.25/sqrt(H10);alpha2 = 0.25/sqrt(H20);R12=2*sqrt(H10)/alpha12;R2=2*sqrt(H20)/alpha2;H1SpanLo=0;H2SpanLo=0;H1SpanHi=2.52;H2SpanHi=2.52;Kp=1.78;Ti=85; R12*AR12 ad = 1/(A*R12);a1 = 1/(A*R12);a2 = 1/(A*R2);Kc=Kp/Ti;bc=Ti;Kd = 1/A;K1 = ku/A;K2 = 1/(A*R12);numc=Kc*bc,Kc;% 用 MAT

12、LAB 求出从输入到输出的传递函数，denc=1;num1=K1;den1=1,a1;num2=K2;den2=1,a2;gc=tf(numc,denc);g1=tf(num1,den1);g2=tf(num2,den2);Sysq=gc*g1*g2;SysG=feedback(Sysq,1);gg=c2d(SysG,10,tustin);% 用c2d 函数，利用双线性变换法转换为离散模型dstep(3*gg.num1,gg.den1);%用dstep()函数求离散模型的阶跃响应，阶跃幅值为3 结果三 实验报告实验完成后，要写出实验报告，内容包括：1实验步骤及说明；2实验所用的仿真程序清单，以

13、及程序结构的简单说明；第二部分 含有非线性环节的控制系统仿真一 实验目的4 掌握理解控制系统闭环仿真技术。5 掌握理解面向结构图的离散相似法的原理和程序结构。6 掌握理含有非线性环节的控制系统的仿真方法。二 实验内容根据上面的各式，编写仿真程序，实现无扰动时给定值阶跃仿真实验1. 取K P = 1.78 ，T i = 85 s T = 10s，H2 S =H2set_ percent = 80, Q d = 0，tend = 700，进行仿真实验，绘制响应曲线。clcclear all A=2;ku=0.1/0.5;H10=1.5;H20=1.4;alpha12 = 0.25/sqrt(H10

14、);alpha2 = 0.25/sqrt(H20);R12=2*sqrt(H10)/alpha12;R2=2*sqrt(H20)/alpha2;H1SpanLo=0;H2SpanLo=0;H1SpanHi=2.52;H2SpanHi=2.52; Kp=3.91/2.2;Ti=0.85*100;%Kp=3.21;%Ti=99999999999999; ad = 1/(A*R12);a1 = 1/(A*R12);a2 = 1/(A*R2);Kc=Kp/Ti;bc=Ti;Kd = 1/A;K1 = ku/A;K2 = 1/(A*R12); uc(1)=0;uv(1)=0;ud(1)=0;u1(1)=

15、0;u2(1)=0;xc(1)=0;xv(1)=0;xd(1)=0;x1(1)=0;x2(1)=0;yc(1)=0;yv(1)=0;yd(1)=0;y1(1)=0;y2(1)=0; nCounter = 70;T=10;k=1;deltaQd=0;c=0.5;H20_percent=(H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100;H2set_percent=80;tend = nCounter*T;for t=T:T:tend k=k+1; uc(k)= (H2set_percent - (y2(k-1)+H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2Spa

16、nLo)*100)/100; uv(k)=yc(k-1); ud(k)=deltaQd; if uv(k)c yv(k)=c; end if uv(k)-c yv(k)=0; end if uv(k)=-c yv(k)=uv(k); end u1(k)=yv(k); u2(k)=y1(k-1); xc(k) = xc(k-1) + Kc*T*uc(k-1); yc(k)=xc(k)+bc*Kc*uc(k); xd(k) = exp(-ad*T)*xd(k-1) + Kd/ad*(1-exp(-ad*T)*ud(k);yd(k)=xd(k); x1(k) = exp(-a1*T)*x1(k-1)

17、 + K1/a1*(1-exp(-a1*T)*u1(k);y1(k)=x1(k); x2(k) = exp(-a2*T)*x2(k-1) + K2/a2*(1-exp(-a2*T)*u2(k);y2(k)=x2(k);endHlevel(:,1)=(y1+H10-H1SpanLo)/(H1SpanHi-H1SpanLo)*100;Hlevel(:,2)=(y2+H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100;yv=(yv+0.5)*100;y2sp=H2set_percent*ones(size(y1); textPositionH1=max(Hlevel(:,1)

18、; textPositionH2=max(Hlevel(:,2); H2Steady=Hlevel(size(Hlevel(:,1),1),1)*ones(size(y1); xmax=max(0:T:tend); xmin=0; ymax=110; ymin=50; scrsz = get(0,ScreenSize); gca=figure(Position,5 10 scrsz(3)-10 scrsz(4)-90) %gca=figure(Position,5 10 scrsz(3)/2 scrsz(4)/1.5) set(gca,Color,w); plot(0:T:tend,Hleve

19、l(:,1),r,LineWidth,2) hold on plot(0:T:tend,Hlevel(:,2),b,LineWidth,2) hold on plot(0:T:tend,yv,k,LineWidth,2) hold on plot(0:T:tend,y2sp,g,LineWidth,2) hold on plot(0:T:tend,H2Steady,y,LineWidth,2) line(tend/2 tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/10 (ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/10,Color,r,LineWidth,6) text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/10, 第一个水箱的液位H1,FontSize,16) line(tend/2 tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-