引入PI控制器消除控制系统干扰

1、本文由【中文word文档库】 搜集整理。中文word文档库免费提供海量教学资料、行业资料、范文模板、应用文书、考试学习和社会经济等word文档实验一Matlab仿真软件的应用一、目的与任务Matlab是电子信息工程专业课程体系中基础的实验课程。主要目标是训练学生最基本的实验技能，通过实验，加强学生的感性认识，从而巩固和加深课堂教学内容，提高学生实际工作技能，培养科学作风，学习MATLAB下的SIMULINK仿真软件，培养学生对动态系统进行建模的分析 、解决问题的能力。二、本课程实验内容及具体要求1、系统设计过程1.根据对系统提出的技术要求,确定控制系统的总体方案,即确定系统的构成并选用和计算系

2、统各组成部件的主要特性(如执行机构、测量部件等) 。2.在系统方案及各组成部件已知的条件下,通过理论分析或实验方法,建立系统不变部分的数学模型,并依条件进行必要简化.3. 进行系统的静态设计,主要是确定系统的静态放大系数并进行合理分配.4.在静态设计的基础上,进行动态设计,一般应从检查系统的稳定性开始,进而选择系统的校正方案及参数.5. 进行数学仿真研究,并进一步修改和调整校正网络参数或形式,在数学仿真研究时,除了研究线性模型时的系统特性外,还应考虑系统中可能有的非线性特性,研究它们对系统性能的影响. 数学仿真可利用MATLAB软件实现。6. 确定校正网络的工程实现方法.超前校正装置具有相位超

3、前和幅值扩张的特性,能提供微分控制功能,主要改善系统的动态性能,滞后校正装置具有相位滞后和幅值压缩的特性, 能提供积分控制功能, 主要改善系统的稳态性能,也可用于改善系统的平稳性,但响应的速度受到影响. 滞后-超前校正兼具有滞后校正和超前校正的特性,可全面改善系统的性能.对于校正元件:由于运算放大器性能高(高输入阻抗,输出阻抗低, 高增益等),参数调整方便,价格便宜,故串联校正几乎全部采用有源校正装置.2、MATLAB简介MATLAB 语言是当今国际上科学界 (尤其是自动控制领域) 最具影响力、也是最有活力的软件。它起源于矩阵运算，并已经发展成一种高度集成的计算机语言。它提供了强大的科学运算、

4、灵活的程序设计流程、高质量的图形可视化与界面设计、便捷的与其他程序和语言接口的功能。MATLAB 语言在各国高校与研究单位起着重大的作用MATLAB 产品家族是美国 MathWorks公司开发的用于概念设计,算法开发,建模仿真,实时实现的理想的集成环境。由于其完整的专业体系和先进的设计开发思路，使得 MATLAB 在多种领域都有广阔的应用空间，特别是在 MATLAB 的主要应用方向 科学计算、建模仿真以及信息工程系统的设计开发上已经成为行业内的首选设计工具，全球现有超过五十万的企业用户和上千万的个人用户，广泛的分布在航空航天，金融财务，机械化工，电信，教育等各个行业。   

5、           在MATLAB产品家族中，MATLAB工具箱是整个体系的基座，它是一个语言编程型（M语言）开发平台，提供了体系中其他工具所需要的集成环境（比如M语言的解释器）。同时由于MATLAB对矩阵和线性代数的支持使得工具箱本身也具有强大的数学计算能力。 MATLAB产品体系的演化历程中最重要的一个体系变更是引入了Simulink，用来对动态系统建模仿真。其框图化的设计方式和良好的交互性，对工程人员本身计算机操作与编程的熟练程度的要求降到了最低，工程人员可以把更多的精力放到理论和技术的

6、创新上去。 针对控制逻辑的开发，协议栈的仿真等要求，MathWorks公司在Simulink平台上还提供了用于描述复杂事件驱动系统的逻辑行为的建模仿真工具 Stateflow，通过Stateflow，用户可以用图形化的方式描述事件驱动系统的逻辑行为，并无缝的结合到Simulink的动态系统仿真中。在这样一个产品体系中，可以看到，由于MATLAB及其丰富的Toolbox资源的支持，使得用户可以方便的进行具有开创性的建模与算法开发工作，并通过MATLAB强大的图形和可视化能力反映算法的性能和指标。所得到的算法则可以在Simulink环境中以模块化的方式实现，通过全系统建模，进行全系统的动态仿真以得

7、到算法在系统中的动态验证。从 MATLAB 的产品体系可以看到，应用 MATLAB 作为统一的集成开发平台结合第三方软硬件工具，可以实现从算法开发到系统仿真优化再到硬件实现的完整过程。这一平台在工业领域的典型应用有： 1、  控制器及控制对象的设计开发 快速控制原型及硬件在回路仿真（比如结合 dSPACE硬件仿真机系统）2、信号处理系统的设计开发 全系统仿真及快速原型验证（比如结合 TIDSP ） 3、通信系统设计开发 Bit True 和 Cycle True 的算法验证（比如结合 RadioLab3G和Candence）4、机电液一体化设计开发 全系统联合仿真（比如结合

8、 Easy5和 Adams）总之， MathWorks致力于为工程师，科研工作者提供最好的语言，最好的工具和环境，扩大工程师的视野，提高生产率，增进学习能力，进行开创性的研究工作。今天， MATLAB 已经成为广大科研人员的最值得信赖的助手和朋友。三、实验目的学习的目的是把它作为一种手段,分析研究一个控制系统的特性,看它能否满足系统要求;同时,用来解决控制系统调试和使用中出现的问题,另一重要的目的是用它来帮助设计一个满足用户需要的控制系统。本设计性实验-“引入PI控制器消除控制系统干扰”的实验内容涉及自动控制原理基础课程及MATLAB下的SIMULINK仿真软件等相关课程知识。对控制系统传递函

9、数结构图给出了较详细的理论解释，在干扰的作用下，系统输出会产生变化，为消除干扰对其影响，引入PI控制器，调节动态参数，通过仿真软件实现对干扰消除的直观显示。通过本设计性实验使学生达到使用SIMULINK仿真软件应用。1、 熟悉SIMULINK的操作环境2、 熟悉构建系统模型的方法数学3、 掌握SIMULINK中子系统模块的建立与封装技术4、 对系统给出的数学模型能转化为系统仿真模型并进行仿真分析。四、实验内容及步骤构建如图所示含有干扰作用的系统模型提示：a仿真前对参数进行设置，然后选择SIMULINK菜单中的Parameters命令来设置仿真参数（选仿真终止时间为3S），再选择SIMULINK

10、菜单中的Start命令即可开始仿真。 b.注意封装子系统 （1）选中所有模块。选择Edit命令下的Select All 菜单项可以选中所有的模块。 （2）建立子系统。选择Edit命令下的Create Subsystem菜单项,则可以由选定的模块和连接关系构造出子系统（3）封装子系统。选择子系统模块，再选择Edit命令下的Mask Subsystem菜单项,将打开一个对话框，单击该对话框中的Intialization标签，打开相应的选项卡，在该选项卡中输入各个变量的提示Prompt和变量名Variable。（4）子系统参数初始化。建立该子系统后，双击该图标，将打开一个对话框，在该对话框中填写默认参数，然后将该子系统存盘备用。五、实验报告要求学生在规定时间内得到预定效果。首先，学生能自学与指定设计题目有关的资料。其次，学生针对实验课题提出的任务和要求，进行设计和构建结构图，最后写出总结报告。对于设计中出现的普遍问题教师要进行讲授，在实验效果和学生成绩的评定方面着重审视其对实验思路和方法的分析体会上，学生的实验报告根据实验项目内容可简可繁，要求在实验报告中写出过程中碰到什么疑难和故障,又是怎样发现并采取什么措施解决的，还有什么不足之处，对此自己有什么见解。通过这一环节增加实