单闭环控制系统仿真实验
作者(Author):田望同
(单位:江南大学-物联网工程学院, 地址:江苏无锡滨湖区蠡湖大道1800号,邮编:214122)
摘要:本实验针对单闭环控制系统,在空载和负载两种情况下,比例和积分性能。以软件仿真的形式,得到仿真曲线。
关键词:单闭环、空载、负载、仿真
Simulation experiment of single closed-loop control system
Abstractive:The experiment use single closed-loop control system,consider the system is no-loading and loading,when the system works in proportion case and integration case,to use software simulate and get simulation curve.
Key words:single closed-loop,no-load,load,simulate
引言(Introduction):在当今社会,科技飞速发展,生活和工作的各个部分,都向着自动化发展,电机拖动自动控制系统是实现自动化的基础成分之一。那么直流电机在空载和负载时,处于比例控制器和积分控制器的控制之下时,性能如何。本实验将从此展开。
意义(Significance):
模糊理论在直流电机调速中的应用--《烟草科技》1994年02期;
无刷直流电机调速系统中的电子换向器--《电机与控制应用》20##年03期;
双馈调速异步电机在风力发电中的应用--《上海大中型电机》20##年01期;
变频调速异步电动机的转差率--《西南交通大学学报》20##年01期;
无刷双馈调速电机的参数计算--《电工电能新技术》20##年03期;
变频调速电机的自动测控装置--《机床电器》20##年04期;
中板四辊轧机主电机调速系统动态性能分析--《江苏冶金》1999年06期;
基于MATLAB的电机调速系统的设计--《河海大学常州分校学报》20##年02期;
以上文献可以看出,有关电机的调速和控制,一直以来,都是一个重要的研究主题,在生活的各个方面,都有电机的存在,都需要控制。
实验内容:
1. 实验原理:
通过simulink仿真,测试单闭环控制系统的性能。
参数选取为:α=0.01158V·min/r,R=1.0Ω,Ks=44,Ce=0.1925 V·min/r,GD2=10N·m2。
回路总电感:
现在:
则:
取:L=17mH=0.017H
则时间常数如下:
点此时间常数:
机电时间常数:
对于三相桥式整流电路,晶闸管装置的滞后时间常数为:
2.系统结构:
空载
带负载
3.仿真结果:
空载比例
空载积分
负载比例
负载积分
4.结论:
通过仿真结果可以看到,加了负载之后转速会下降,但由于是闭环系统,负反馈可以使转速尽快恢复。显然,比例控制器会产生超调,而换成积分控制器之后,超调消失,仿真曲线平滑过渡。所以,积分控制器可以有效地消除偏差。
参考文献:
1. 陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统(第三版).机械工业出版社.
2. 许建国.电机与拖动基础(第二版).高等教育出版社.
3. 潘丰,徐颖秦.自动控制原理. 机械工业出版社.
第二篇:《机械工程控制基础》Matlab仿真实验报告单(实验三)
红河学院工学院实验报告单
《机械工程控制基础》Matlab仿真实验报告单
课程名称:《机械工程控制基础》实验
姓名:
日期:
成绩:
年级专业:20##级机械工程
学号:
实验场地:任美福楼222
实验三:二阶线性系统时域性能指标的Matlab仿真实验
一、实验内容。
1、二阶线性系统单位阶跃响应的时域性能指标。
2、二阶线性系统,当时,单位阶跃响应的Matlab仿真。
3、二阶线性系统,当时,单位阶跃响应的Matlab仿真。
二、实验目的。
1、熟悉Matlab操作;
2、常握Matlab中二阶线性系统的时域性能指标的求法。
3、常握Matlab中二阶线性系统无阻屁固有频率不变,阻尼比变化时对单位阶跃响应的影响,以及阻尼比不变时,无阻尼固有频率变化时对单位阶跃响应的影响。
三、相关Matlab仿真程序与仿真图形。
四、根据实验结果,讨论:(1)当二阶线性系统无阻尼固有频率不变时,阻尼比对调节时间的影响;(2)当二阶线性系统阻尼比不变时,无阻尼固有频率对调节时间的影响;
附件:
程序1
二阶线性系统单位阶跃响应的时域性能指标。
clear
num=[8];
den=[1 4 8];
disp('二阶系统传递函数') %运行结果显示“二阶系统传递函数”这样的字样。disp是一命令。
Gs=tf(num,den)
disp('无阻尼固有频率与阻尼比')
[Wn Xita ]=damp(Gs) %damp是一个命令,用于求取传递函数的无阻尼固有频率、阻尼比、极点。Wn是一变量符号,表示无阻尼固有频率,Xita一变量符号,表示阻尼比。
Wn=Wn(1) %取无阻尼固有频率。
Xita= Xita(1) %取阻尼比
disp('二阶系统性能指标如下')
tr=(pi-atan(sqrt(1-Xita^2)/ Xita))/Wn/sqrt(1-Xita^2) %上升时间
tp=pi/Wn/sqrt(1-Xita^2) %峰值时间
ts= 3.5/Xita/Wn %调整时间
Mp= exp(-pi*Xita/sqrt(1-Xita^2))*100 %最大超调量
程序2
二阶线性系统,当时,单位阶跃响应的Matlab仿真。
线性系统写为
clear
clc
num=1;
Wn=8;
xita1=0.1;den1=[1/Wn^2 2*xita1/Wn 1]; % xita1=0.1时,闭环传递函数分母多项式系数
xita2=0.2;den2=[1/Wn^2 2*xita2/Wn 1]; % xita1=0.2时,闭环传递函数分母多项式系数
xita3=0.4;den3=[1/Wn^2 2*xita3/Wn 1];
xita4=0.7;den4=[1/Wn^2 2*xita4/Wn 1];
xita5=1.0;den5=[1/Wn^2 2*xita5/Wn 1];
xita6=2.0;den6=[1/Wn^2 2*xita6/Wn 1];
t=0:0.05:4;
[y1 x t]=step(num,den1,t); %step是单位阶跃命令,等号前面的[ ]是用来把单位阶跃响应的输入时间和对应的输出值返回成数值矩阵。step前面加了等号,不能直接绘单位阶跃响应图。
[y2 x t]=step(num,den2,t);
[y3 x t]=step(num,den3,t);
[y4 x t]=step(num,den4,t);
[y5 x t]=step(num,den5,t);
[y6 x t]=step(num,den6,t);
figure(1) %生成图框,准备画图
plot(t,y1,'b',t,y2,'r--',t,y3,'k+',t,y4,'g:',t,y5,'m-.',t,y6,'b*'); %plot是绘图命令,把前面生成的响应数值绘成图。单引号里边的字母表示图形的颜色,符号表示的线型。默认颜色是黑色,默认的线型是实线。
xlabel('t(s)'),ylabel('y(t)');
title('阻尼比 xita=0.1, 0.2, 0.4, 0.7, 1.0, 2.0')
legend('xita1=0.1','xita2=0.2','xita3=0.4','xita4=0.7','xita5=1','xita6=2') %图形的线型、颜色附加说明。
程序3
二阶线性系统,当时,单位阶跃响应的Matlab仿真。
线性系统写为
clear
clc
num=1;
xita=0.6; %阻屁比xita=0.6
Wn1=1;den1=[1/Wn1^2 2*xita/Wn1 1]; % Wn1=1时,闭环传递函数分母多项式系数
Wn2=1.5;den2=[1/Wn2^2 2*xita/Wn2 1]; % Wn2=1.5时,闭环传递函数分母多项式系数
Wn3=2.5;den3=[1/Wn3^2 2*xita/Wn3 1];
Wn4=4;den4=[1/Wn4^2 2*xita/Wn4 1];
Wn5=6;den5=[1/Wn5^2 2*xita/Wn5 1];
Wn6=12;den6=[1/Wn6^2 2*xita/Wn6 1];
t=0:0.05:6;
[y1 x t]=step(num,den1,t); %step是单位阶跃命令,等号前面的[ ]是用来把单位阶跃响应的输入时间和对应的输出值返回成数值矩阵。step前面加了等号,不能直接绘单位阶跃响应图。
[y2 x t]=step(num,den2,t);
[y3 x t]=step(num,den3,t);
[y4 x t]=step(num,den4,t);
[y5 x t]=step(num,den5,t);
[y6 x t]=step(num,den6,t);
figure(1) %生成图框,准备画图
plot(t,y1,'b-..',t,y2,'r--',t,y3,'k +',t,y4,'g:',t,y5,'m-.',t,y6,'b'); %plot是绘图命令,把前面生成的响应数值绘成图。单引号里边的字母表示图形的颜色,符号表示的线型。默认颜色是黑色,默认的线型是实线。
xlabel('t(s)'),ylabel('y(t)');
title('固有频率 Wn=1, 1.5, 2.5, 4, 6, 12')
legend('Wn1=1','Wn2=1.5','Wn3=2.5','Wn4=4','Wn5=6','Wn6=12') %图形的线型、颜色附加说明。