动态系统建模仿真-实验报告

1、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：MATLAR2022a及simulink。3工作原理及实验要求原理图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，Gcs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应信号跟踪指令信号。实际的控制对象中包含D/A、功率放大器、电机、负载、位置传感器及测量装置等环节，

2、在本实验工程中，将各环节的 模型适当简化，得到广义被控对象为如下形式：Gp(1.1)Js2 Bs其中J为等效转动惯量，B为等效阻尼系数。图位置伺服系统方块图实验要求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拟。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实验内容及步骤位置伺服系统仿真1定义参数：系统仿真图为图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丄 。摩擦力矩Uf U J ,U为控制输出，

3、J为等效转Js Bs?动惯量，转速。非线性饱和器上下限非别为 10-10。2PD参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 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

4、、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控制器控制效果比拟 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43210-1-2-3-4-5图PD控制转速响应曲线跟踪10 12仿真时间(s)16 18 20fir-f1f11I1/1I丿1!1I1/ 1/际转速曲线 望转速曲线V. jr实 期PD控制转速跟踪曲线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

5、制器输入变量为偏差 E和偏差变量EC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通过模糊规那么编辑器设计模糊规那么，如图48利用面积质心法去模糊化编辑好模糊控制器FUZZY.fis丨导入MATLAB：作空间。图模糊规那么编辑器2模糊控制位置伺服系统,通过试凑法得出量化因子为60, 0.1,2图模糊控制位置伺服系统3仿真结果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，拟合效果非常好图仿真结果图43210-1-2-3-4-5101214161820仿真时间s11/1 ri17tJ 1 r1I/Tij/11J1r 1 jP匚1/11/1 .模糊控制转速曲线 输入曲线 / jf1模糊控制转速跟踪曲线图模糊控制转速跟踪曲线简单，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。 由于PD控制的精度有