自动控制设计(自动控制原理课程设计)

1、.自动控制原理课程设计MATLAB 仿真。通过本课程设计的实践，掌握自动控制理论工程设计的基本方法和工具。1内容i1C1C2Q 为稳态液体流量(m3 / sA输入水流量对稳态值的微小变化(m3 / s，i12Q AB流量对稳态值的微小变化(m3/sQ B输出水12流量对稳态值的微小变化(m3/sh A的液位稳态值(mh A11液面高度对其稳态值的微小变化(mh2 B(mh2 为液B(mR2 A，B液阻(m /(m3 / s。设u 为调节阀开度(m2。AB.Qi+Qih10+h1Ah20+h2B图1某生产过程示意图要求建立上述系统的数学模型；bode,乃示图，阶跃反应曲线BP，PI，PD，PID

2、对原系统进行极点配置，将极点配置在1j1j（极点可以不一样）A（此处可以不带极点配置；h2MATLAB对上述设计分别进行仿真。（提示：流量 Q=液位 h/液阻 R，液箱的液容为液箱的横断面积，液阻 R=液面差变化h /流量变化Q ）2双容液位对象的数学模型的建立及MATLAB仿真过程一、对系统数学建模.如图一所示，被控参数h2 的动态方程可由下面几个关系式导出：ABC1dh1 dtdh2dtR1 h1 / Q1R2 h2 /Q2Qi Ku u消去中间变量，可得：d 2hTT2 T dh2 Ku1 2dt212dt2式中， C1 , C2 两液槽的容量系数 , R2 两液槽的出水端阻力第一个容积

3、的时间常数T2 R2C2K Ku R2 _双容对象的放大系数其传递函数为：G(S) H2(S) KU(S)T T S 2 T )S 11 212二对模型特性进行分析，绘出 bode,奈氏图，阶跃反应曲线当输入为阶跃响应时的 Matlab 仿真：令 T1=T2=6；K=1G(S) H2(S) 11U(S)S2 S1(6S 单位阶跃响应的 MATLAB 程序：.num1=1;den1=36 12 1;G1=tf(num1,den1); figure(1);step(G1);xlabel(时间(sec);ylabel(输出响应);title(二阶系统单位阶跃响应); step(G1,100);运行结

4、果如下：阶跃反应曲线：图 1c;c(;=10s;s=45.5s; 最大超调量：(tp)=c()-c(/稳态误差分析：开环传递函数G(S) H2(S) 1，稳态误差 1 ；U(S)S2S1ssMATLAB2nyquist(1,conv(6 1,6 1)精品精品精品) 如 1- 气|io t !_B,I!nt,10纨p A口 乏 U 画I.8-()l je l D !a l Eil 巨“ Yqu| s:1 口 agl08D820202U1叶- 2U1-0-D 5-D a 1_a-o6-o斗a-o6-o斗a ls图 2在工程实践中， 一 般 希望正相角裕度 r 为 45 60 培益裕度 K g z1

5、0 即k卢3 。当系统为单位负反馈时的Bode 图：用MATLAB 绘制的奈氏图如下图 所示， 其程序如下：sys= tf(1,conv(6 1,6 1);mar 驴n(sys);figure figu1e 1-它刻Eil巳 且d t !.iew 护沁rt I o呻 旦 氐 p 立n d叩 如p口 乏 U 参 1 恃 Q a 灼 皂 D 且 I iiiBode D1ogrm。尘如8Ep Vm - f 吐f ro 总) ,m- -1a 。尘如8Ep V。弝屯815。弝屯815 10-210一1n10F r e心 noY (心I 之劝1 01,i12 I ,D.E;,D.2 , I9 IlO扣10

6、10叨60tO田9010_l（2）PI 控制：P=6，I=0.4，D=0；精品精品1 l1 l1II|o o0 60 6 “1DIIII:o1031)40氏氏劝SJ9010):o(3) PD 控制： P=9 , I=O, D=S;1 41 2l 0GI.,i I I0 4,0 2|。 。10lIJOjIl;o310:(4) PID 控制： P= S, I=0.3, D=4;四系统极点配置在1 i; 1- i几(S)K根据传递函数G(S)=U()22+(, +心1d22得微分方程 I21+ (T,心 h2飞）九K ,.lU2dt令九X2K+2x22K+2x22ll1l 2 _l-2-x12.x

7、.XuOK 十xl x2-22l TluOK 十xl x2-22l Tl-2l1-l2xxP日5极点配置：五设计一观测器，对液箱 A 的液位进行观测建立状态观测器：精品精品.根据传递函数G(S) H2(S) KU (S )T T S 2 T )S 11 212得微分方程 T Td 2h2 T dh2 Ku1 2dt212dt22令h2 1,2 x2,2 2得状态方程1 x22 1Tx T1 T2 x1TTKu1 21 1 2T 1 T x1 0 1 1 2u2 TTTTx2K1 2输出： y x11 2 全维观测器的建立：令G gg 2 01 g01A 1T T 1 11T T 2 g 12 g T1T2 2 2 12detIAdet 1T T2 g)112TT 1TT 2 g2T1T2T1T2期望特征式： 1 21 2f () ( a)( a) 2 2a a2(a）2对比 1 式和 2 式，得.T1 T2 g 2aTT21 21g a 得g 1 T T a 211 2g 2a T1 T22TT1 2G gg 2 所以全维状态观测器得方程是 (AGC)G(y)01T T (y) 0 u 12 ggK TTTT2 21 21 2.A溶液的液位建立数学模型R1=R2=1;c1=c2=1;u dh1dt dh2dtx1 h1 ; x2 h2 ; 101 u11x20 x2