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cad实验报告三
昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告
(——学年第学期)
课程名称:
开课实验室:
年月日
年级、专业、班
学号
姓名
成绩
实验项目名称
实验三控制系统校正及PID控制器设计
指导教师
教师评语
该同学是否熟悉实验内容:
A.熟悉□B.比较熟悉□C.不熟悉□
该同学的实验能力:
A.强□B.中等□C.差□
该同学的实验是否达到要求:
A.达到□B.基本达到□C.未达到□
实验报告是否规范:
A.规范□B.基本规范□C.不规范□
实验过程是否详细记录:
A.详细□B.一般□C.没有□
注:
5个A为优,5个B为中,介于二者间为良,5个C为不及格,3个B以上为及格。
教师签名:
年月日
实验三控制系统校正及PID控制器设计
一、实验目的
控制系统校正(频率法);
PID控制器设计。
二、实验内容
1.设一单位负反馈控制系统,如果控制对象的传递函数为:
试设计一个串联超前校正装置。
要求:
相角裕度≥45。
;当系统的输入信号是单位斜坡信号时,稳态误差ess≤0.04;取C=1μF时,确定该串联超前校正装置的元件数据;绘制出校正后系统和未校正系统的bode图及其闭环系统的单位阶跃响应曲线,并进行对比。
校正前:
>>num=8000;den=conv([1,0],conv([1,4],[1,80]));
G=tf(num,den);margin(G)
校正后:
>>num=8000;den=conv([1,0],conv([1,4],[1,80]));
G=tf(num,den);,margin(G)
gamma_cas=57;delta=14
gamma_1=gamma_cas+delta;
w=0.01:
0.01:
1000;
[mag,phase]=bode(G,w);
n=find(180+phase-(gamma_1)<=0.1);
wgamma_1=n
(1)/100;
[mag,phase]=bode(G,wgamma_1);
rr=-20*log10(mag);beta=10^(rr/20);
w2=wgamma_1/10;w1=beta*w2;
numc=[1/w2,1];denc=[1/w1,1];
Gc=tf(numc,denc)
GcG=Gc*G
bode(G,GcG),figure
(2),margin(GcG),beta
sys=feedback(Gc*G,1)
figure(3),step(sys)
delta=
14
Transferfunction:
7.692s+1
-----------
140.7s+1
Transferfunction:
6.154e004s+8000
------------------------------------------------
140.7s^4+1.182e004s^3+4.51e004s^2+320s
beta=
0.0547
Transferfunction:
6.154e004s+8000
-------------------------------------------------------------
140.7s^4+1.182e004s^3+4.51e004s^2+6.186e004s+8
2.设一单位负反馈控制系统,其控制对象的传递函数为:
试设计一个串联滞后校正装置。
要求:
超调量≤12%;当系统的输入信号是单位斜坡信号时,稳态误差ess≤0.04;取C=100μF时,确定该串联滞后校正装置的元件数据;绘制出校正后系统和未校正系统的bode图及其闭环系统的单位阶跃响应曲线,并进行对比。
>>G=tf(num,den);,margin(G)
gamma_cas=57;delta=9
gamma_1=gamma_cas+delta;
w=0.01:
0.01:
1000;
[mag,phase]=bode(G,w);
n=find(180+phase-(gamma_1)<=0.1);
wgamma_1=n
(1)/100;
[mag,phase]=bode(G,wgamma_1);
rr=-20*log10(mag);beta=10^(rr/20);
w2=wgamma_1/10;w1=beta*w2;
numc=[1/w2,1];denc=[1/w1,1];
Gc=tf(numc,denc)
GcG=Gc*G
bode(G,GcG),figure
(2),margin(GcG),beta
sys=feedback(Gc*G,1)
figure(3),step(sys)
delta=
9
Transferfunction:
5.952s+1
-----------
81.65s+1
Transferfunction:
4.762e004s+8000
--------------------------------------------
81.65s^4+6859s^3+2.621e004s^2+320s
beta=
0.0729
Transferfunction:
4.762e004s+8000
---------------------------------------------------------
81.65s^4+6859s^3+2.621e004s^2+4.794e004s+8000
3.设一单位负反馈控制系统,其控制对象的传递函数为:
试设计一个串联超前—滞后校正装置。
要求:
相角裕度≥45。
;当系统的是输入信号是单位斜坡信号时,稳态误差ess≤0.04;要求校正后的系统和未校正的系统在高频段的bode图曲线的形状要基本一致;绘制出校正后系统和未校正系统的bode图及其闭环系统的单位阶跃响应曲线,并进行对比。
>>num=110;den=conv([1,0],[1,4]);
G=tf(num,den);
figure
(1),margin(G);
num=113;den=conv([1,0],[1,4]);
G=tf(num,den);
[h,gamma,wg,wc]=margin(G);h=20*log10(h);
w=0.001:
0.001:
100;
[mag,phase]=bode(G,w);
disp('未校正系统的参数:
h,wc,γ');
[h,wc,gamma],
gamma1=45;delta=11
phim=gamma1-gamma+delta;
alpha=(1+sin(phim*pi/180))/(1-sin(phim*pi/180));
magdb=20*log10(mag);
n=find(magdb+10*log10(alpha)<=0.0001);
wc=n
(1);wcc=wc/1000;
w3=wcc/sqrt(alpha);w4=sqrt(alpha)*wcc;
numc1=[1/w3,1];denc1=[1/w4,1];
Gc1=tf(numc1,denc1);
w1=wcc/10;w2=w1/alpha;
numc2=[1/w1,1];denc2=[1/w2,1];
Gc2=tf(numc2,denc2);
Gc12=Gc1*Gc2;
GcG=Gc12*G;
[Gmc,Pmc,wcgc,wcpc]=margin(GcG);
GmcdB=20*log10(Gmc);
disp('超前校正部分的传递函数'),Gc1,
disp('滞后校正部分的传递函数'),Gc2,
disp('串联超前-滞后校正网络的传递函数'),Gc12,
disp('校正后系统的开环传递函数'),GcG,
disp('校正后系统的性能参数:
h,wc,γ及α值'),[GmcdB,wcpc,Pmc,alpha],
figure
(2),bode(G,GcG)
sys=feedback(Gc12*G,1)
figure(3),step(sys)
未校正系统的参数:
h,wc,γ
ans=
Inf10.260621.2978
delta=
11
超前校正部分的传递函数
Transferfunction:
0.1324s+1
-------------
0.03634s+1
滞后校正部分的传递函数
Transferfunction:
0.6936s+1
------------
2.527s+1
串联超前-滞后校正网络的传递函数
Transferfunction:
0.09184s^2+0.826s+1
-------------------------
0.09184s^2+2.564s+1
校正后系统的开环传递函数
Transferfunction:
10.38s^2+93.34s+113
-----------------------------------------
0.09184s^4+2.931s^3+11.25s^2+4s
校正后系统的性能参数:
h,wc,γ及α值
ans=
Inf5.644550.18683.6437
Transferfunction:
10.38s^2+93.34s+113
---------------------------------------------------
0.09184s^4+2.931s^3+21.63s^2+97.34s+113
4.设有一单位负反馈控制系统,其控制对象的传递函数为:
试用Ziegler-Nichols整定法设计一个PID控制器(确定KP、Ti、Td的值),要求单位阶跃响应中的超调量σ%≤25%。
如果有必要就对参数KP、Ti、Td进行精细调整,并绘制出系统的单位阶跃响应曲线。
要求在实验过程中认真仔细,反复地调整参数,不断地尝试,尤其对参数KP、Ti、Td进行精细调整,以满足系统的要求。
同时采用COHEN--COON整定方法对其进行PID参数的整定,最后比较这两种方法。
三、实验要求
1.预习
利用所学知识,编写实验内容中1到4的相应程序,并写在预习报告上。
2.上机实验
上机调试完成实验内容1到4,记录实验结果,并与预习报告相比较。
3.撰写实验报告
四,实验心得
本次实验我觉得比较难,我做了很长时间才做出来。
同时再次觉得了软件的强大,以后一定要好好学习这款软件,我相信它在以后的学习工作中给我很大的帮助。
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- cad 实验 报告