matlab计算机仿真实验四.docx
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matlab计算机仿真实验四
实验四基于Simulink控制系统仿真与综合设计
一.实验目的
1)熟悉Simulink的工作环境及其功能模块库;
2)掌握Simulink的系统建模和仿真方法;
3)掌握Simulink仿真数据的输出方法与数据处理;
4)掌握利用Simulink进行控制系统的时域仿真分析与综合设计方法;
5)掌握利用Simulink对控制系统的时域与频域性能指标分析方法。
二.实验内容
图4.1为单位负反馈系统。
分别求出当输入信号为阶跃函数信号
、斜坡函数信号
和抛物线函数信号
时,系统输出响应
及误差信号
曲线。
若要求系统动态性能指标满足如下条件:
a)动态过程响应时间
;b)动态过程响应上升时间
;c)系统最大超调量
。
按图4.2所示系统设计PID调节器参数。
图4.1单位反馈控制系统框图
图4.2综合设计控制系统框图
三.实验步骤
3.1无PID调节器
在Simulink仿真环境中,打开simulink库,找出相应的单元部件模型,并拖至打开的模型窗口中,构造自己需要的仿真模型。
输入为阶跃信号:
输入图像:
输出图像:
误差图像:
输入为斜坡信号:
输入图像:
输出图像:
误差图像:
输入为抛物线信号:
输入图像:
输出图像:
误差图像:
3.2有PID调节器
在Simulink仿真环境中,打开simulink库,找出相应的单元部件模型,并拖至打开的模型窗口中,构造自己需要的仿真模型。
输入为阶跃信号:
经过SignalConstraint优化后:
得到PID参量:
kp=1.1850,ki=-0.0195.kd=0.2885
优化后输入图像为:
输出图像:
误差图像:
四.数据处理及性能指标分析
无PID控制系统的性能指标
输入信号形式
系统性能指标
上升时间
/s
峰值时间
/s
超调量
%
调节时间
/s
振荡次数
稳态误差
阶跃信号
0.49
0.957
61
6.84
3
0
斜坡信号
X
X
X
7.4
3
0.1
抛物线信号
X
X
X
X
X
PID控制系统的性能指标
输入信号形式
系统性能指标
上升时间
/s
峰值时间
/s
超调量
%
调节时间
/s
振荡次数
稳态误差
阶跃信号
0.623
1.04
9.6%
1.419
1
0
五.实验结果分析
相同的阶跃信号作为输入,通过观察有无PID时的系统输出图像,以及对比它们的系统性能指标,可以发现PID控制系统可以产生更短的上升时间、峰值时间、调节时间,和更小的超调量、振荡次数。
从而获得很好的整定效果。
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- matlab 计算机仿真 实验