实验三 控制系统的时域设计

实验三控制系统的时域设计实验题目2.3.6已知控制系统的结构图如指导书图2-3-30所示，其中，为控制器，试完成以下仿真实验。将设计为一个比例控制器，其比例放大系数由1到11，每次增加2，在同一张图上绘制不同时的单位阶跃响应图形。并分析比例控制器对该系统的性能影响。将设计为一个PI控制器，其比例放大系数=1，为0.5到04.5，每次增加0.8，在同一张图上绘制不同时的单位阶跃响应图形。分析控制器对该系统的性能影响。将设计为一个PID控制器，其比例放大系数分析控制器对该系统的性能影响。2.3.2已知控制系统的结构图如指导书图2-3-31所示，完成下列仿真设计。利用衰减振荡法，获取P，PI，PID的整定方案，做性能分析，并求出系统的性能指标，即上升时间、最大超调量σ％和调整时间。二、实验目的通过MATLAB实验仿真了解和体会P、PI、PID控制系统的的作用。学习PID控制器的参数整定方法，设计控制器使得控制系统性能达到最优。实验过程与结果题2.3.6：程序代码：g=tf(4,conv([14.251],[0.011]));kp=[1,3,5,7,9,11];fori=1:length(kp)ggc=feedback(kp(i)*g,1);step(ggc)holdon;gridon;end执行结果如图1：图1比例控制作用分析分析：比例作用增大时，闭环系统稳态误差减小，响应速度加快，但响应的振荡加剧。程序代码：g=tf(4,conv([14.251],[0.011]));kp=1;ti=[0.5,1.3,2.1,2.9,3.7,4.5];fori=1:length(ti)gc=tf(kp*[1,1/ti(i)],[10]);ggc=feedback(gc*g,1);step(ggc)holdon;gridon;end执行结果如图2：图2积分控制性能分析分析：比例积分可使得系统由有差系统变为无差系统。当ti增大时，系统的超调量减小，波动周减小，但上升时间变长。程序代码：g=tf(4,conv([14.251],[0.011]));kp=4;ti=4;td=[00.10.20.3];fori=1:length(td)gc=tf(kp*[td(i)*titi1],[ti0]);ggc=feedback(gc*g,1);step(ggc)holdon;gridon;endlegend('td=0','td=0.1','td=0.2','td=0.3')执行结果如图3：图3加入微分作用后的性能分析分析：增大微分时间有利于减小超调量，缩短系统过渡过程时间。题2.3.2（3）：获取P控制的整定方案：用simulink搭建控制系统模型，令积分环节和微分环节模块不发生作用。仿真时间取25s。系统模型图如图4：图4用simulink搭建控制系统模型，积分和微分不作用单独调整比例参数kp，从1开始逐次增大，当kp=3时，衰减振荡响应的衰减比为4：1。调试过程中响应曲线如图5、6、7、8。图5kp=1时的响应曲线图6kp=2时的响应曲线图7kp=2.5时的响应曲线图8kp=3时的响应曲线，衰减比4：13、记录此时k1=kp=3,振荡周期Ts=3.05。获取PI控制的整定方案：令kp=1/(1.2(1/k1))=2.5，Ti=0.5Ts=1.525，即Ki=1/Ti=0.656。响应曲线图如图9。图9PI控制响应曲线获取PID控制的整定方案：令kp=1/(0.8(1/k1))=3.75，Ti=0.3Ts=0.915，即Ki=1/Ti=1.093，Td=0.1Ts=0.305。响应曲线如图10。图10PID控制参数初步整定响应曲线调整参数，取kp=3，Ti=0.5，Td=0.05，kd=12。控制系统结构图如图11，整定结果如图12。图11PID控制系统结构图图12PID整定结果求出系统的性能指标上升时间tr=0.8s，最大超调量σ%=10%，调整时间ts=2s。实验心得通过MATLAB仿真实验了解和体会了P、PI、PID控制系统的的作用。学习了PID