动态系统建模仿真-实验报告

1、动态系统建模仿真实验报告1实验目的(1) 了解位置伺服系统的组成及工作原理;(2) 了解不同控制策略对系统性能的影响。2实验设备(1)硬件：PC机。(2)工具软件：操作系统： Windows7;软件工具：MATLAR2014a及simulink 。3工作原理及实验要求3.1 实验原理图3.1是一个以直流电机为驱动元件的位置伺服系统的方块图，Gc (s)为控制器，Uf为与作用于转动轴上的摩擦力矩相对应的电压值。对于位置伺服控制系统，控制器的输出并不是直接驱动电机，而是经过D/A转换及功率放大后驱动电机带动负载运动。控制的目标，是使由位置传感器及 测量装置给出位置反馈信号跟踪指令信号。实际的控制对

2、象中包含 D/A、功率放大器、电机、负载、位置传感器及测量装置等环节，在本实验项目中，将各环节的模型适当简化，得到广义被控对象为如下形式:Gp1Js2 Bs(1.1)其中J为等效转动惯量，B为等效阻尼系数。图3.1位置伺服系统方块图3.2 实验要求(1)采用PID控制器对系统进行仿真，求出负载转角的响应曲线。要求考虑摩 擦力矩、控制器输出饱和等非线性因素的影响。(2)采用模糊控制算法对系统进行仿真，求出求出负载转角的响应曲线，并与PID控制的响应曲线进行比较。仿真时要求考虑摩擦力矩、控制器输出饱 和等非线性因素的影响。4实验内容及步骤4.1PD控制位置伺服系统仿真(1)定义参数：系统仿真图为图

3、4.1，信号发生器选择幅值为5频率1的正弦信号，在本次实验中Gp 二一，参数J取0.05 ,参数B取0.5。摩擦力 Js Bs?矩Uf u J ,u为控制输出，J为等效转动惯量，转速。非线性饱和器上下限非别为10-10。(2) PD#数整定本次仿真采用试凑法确定PID控制器参数，试凑法就是根据控制器各参数对系统性能的影响程度，边观察系统的运行，边修改参数，直到满意为止。 一般情况下，增大比例系数KP会加快系统的响应速度，有利于减少静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡使稳定性变差。减小积分系数 KI将减少积分作用，有利于减少超调使系统稳定，但系统消除静差的速度慢。增加微分系数

4、KD有利于加快系统的响应，是超调减少，稳定性增加，但对干扰的抑制能力会减弱。在试凑时，一般可根据以上参数对控制过程的影响趋势，对参数实行先比例、后积分、再微分的步骤进行整定。本次实验中比例系数 Kp取35,Kv取9.(3)仿真结果Simulink仿真结果如图4.2 ,将仿真图导入 matlab工作空间，在命令窗口作出仿真结果图，如图4.3。通过仿真图可以看出PD空制器控制效果比 较明显，实际转速能较好的的跟踪输入曲线，但是跟踪时间有滞后。图4.3 PD控制转速响应曲线仿真时间(s )图4.4 PD控制转速响应曲线跟踪4.2模糊控制位置伺服系统仿真(1)模糊控制器设计根据系统需要确定模糊控制器输

5、入变量为偏差 E和偏差变量EG输出 变量为U。E和U的论域为-10 ,10, EC的论域为-1 , 1,隶属度函数均 为高斯函数，设计分别如图4.5 , 4.6,4.7 。图4.5输入变量E图4.6输入变量EC图4.7输出变量U通过模糊规则编辑器设计模糊规则，如图 4.8.利用面积质心法去模糊化编辑好模本W空制器(FUZZY.fis )导入MATLAB：作空间图4.8模糊规则编辑器(2)模糊控制位置伺服系统该节对象参数与上节参数一致，利用 simulink画出仿真图，如图4.9,通 过试凑法得出量化因子为60, 0.1,2 。ToWirWa-PCIU7 一图4.9模糊控制位置伺服系统(3)仿真

6、结果Simulink仿真结果如图 4.10, matlab仿真结果如图4.11 ,从图4.11中可看出模糊控制转速曲线几乎与输入曲线一致，拟合效果非常好。图4.10simulin 仿真结果图f1l/11f1/t JI1:f/Ji1 r J1 rI111IJ11f111_Jr 11f / II1fJ1.vL模糊控制转速曲线 输入曲线模糊控制转速跟踪曲线43210-1-2-3-4-5 02468101214161820仿真时间（s）图4.11模糊控制转速跟踪曲线5.实验结果分析本实验主要实现对位置控制问题，首先使用常规的PD控制，PD空制算法简单，可靠性高，容易实现，有效的解决由于负载等外部干扰带来的扰动误差。由