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，K_s=44，C_e=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。