基于MATLAB_SIMULINK的自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)

《基于MATLAB_SIMULINK的自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、2005年第6期總第131基于MATLAB/SIMULINK的自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)57基于MATLAB/SIMULINK的自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)丁鋒(天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院,300111)[摘要]針對自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很大程度上還依賴于實(shí)際系統(tǒng)的反復(fù)實(shí)驗(yàn)、調(diào)整的普遍現(xiàn)象,結(jié)合具體的設(shè)計(jì)實(shí)例,介紹了利用較先進(jìn)的MATLAB軟件中的SIMULINK仿真工具來實(shí)現(xiàn)對自動(dòng)控制系統(tǒng)建模、分析與設(shè)計(jì)、仿真的方法。它能夠直觀、快速地分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、和穩(wěn)態(tài)性能。并且能夠靈活的改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù),通過快速、直觀的仿真達(dá)到系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞自動(dòng)控制系統(tǒng)MATLABSIMULINK

2、仿真實(shí)驗(yàn)1引言自動(dòng)控制理論主要是通過對各種控制系統(tǒng)建模,整理后可得傳遞函數(shù):進(jìn)而分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能、魯棒性。以及對各種控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與校正的一門科學(xué)。它的實(shí)驗(yàn)一般采用自控系統(tǒng)模擬機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)。MATLAB是目前忽略粘性摩擦,轉(zhuǎn)矩平衡方程式為:國際上公認(rèn)的最優(yōu)秀的數(shù)值計(jì)算和仿真軟件,其主要特點(diǎn)有:式中T=CmId為額定勵(lì)磁下的電磁轉(zhuǎn)矩;TL=CmId是2(1)它是一種解釋性語言,語言中的基本元素是矩包括電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩;GD為電力拖動(dòng)陣,它提供了各種矩陣的運(yùn)算和操作,并且具有符號系統(tǒng)部分折算到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量;Cm=T/Id=30/計(jì)算、數(shù)學(xué)和

3、文字統(tǒng)一處理、離線、和在線計(jì)算功能;π·Ce為電動(dòng)機(jī)額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩電流比;把T、TL代(2)具有較強(qiáng)的繪圖功能,計(jì)算結(jié)果和編程可視化;入上式并整理得:(3)具有很強(qiáng)的開放性,針對不同的應(yīng)用學(xué)科,在MATLAB之上,推出了三十多個(gè)應(yīng)用的工具箱?；贛ATLAB/SIMULINK的自控系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)為電力拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)。在零初始條件與傳統(tǒng)的自控系統(tǒng)模擬機(jī)實(shí)驗(yàn)相比,具有以下特點(diǎn):下對上式進(jìn)行拉氏變換得:①建模及模型轉(zhuǎn)換方便;②系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)改變靈活;③圖象顯示直觀、快速、準(zhǔn)確;④系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)更快速、便捷、結(jié)果更準(zhǔn)確。下面僅以兩例對其在實(shí)驗(yàn)將(1)式(2)式的輸入

4、與輸出量連接起來并考慮中的應(yīng)用作一簡介。到則可得到額定勵(lì)磁下的直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。2SIMULINK下直流電機(jī)模型的實(shí)現(xiàn)2.2SIMULINK下電機(jī)仿真模型的建立電機(jī)是自動(dòng)控制系統(tǒng)中較為常見的控制對象,對將電機(jī)系統(tǒng)基本參數(shù)設(shè)置Ue=220V;Ie=55A;ne=2控制系統(tǒng)仿真結(jié)果的正確與否起著至關(guān)重要的作用,1450r/min;L=0.015H;R=0.5&;Ce=0.132;CD=在此以直流電機(jī)為例介紹其在SIMULINK下仿真模22.45;Cm=30/π·Ce。型的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型及給定參數(shù)即可在SIMULINK2.1電機(jī)的數(shù)學(xué)模型下建立如圖1所示的電機(jī)

5、仿真模型。額定勵(lì)磁下直流電機(jī)電樞回路電壓的平衡方程式為:(1)式中:TL=L/R為電機(jī)電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù),E=Cen為額定勵(lì)磁下電機(jī)的反電動(dòng)勢,在零初始條件下對上式進(jìn)行拉氏變換得圖1直流電機(jī)仿真模型www.tjyj.comwww.tjyjqk.comtjyj@tjyj.com—!微機(jī)應(yīng)用與自動(dòng)化"—tjyjzz@tjyj.com5758TIANJINMETALLURGY2005年第6期總第131期2.3電機(jī)仿真模型正確性的驗(yàn)證圖中的被控對象是直流電動(dòng)機(jī)模型的封裝子系電機(jī)的額定電壓為,當(dāng)給定加上的階躍電壓,電統(tǒng)。設(shè)定恰當(dāng)?shù)腒p、Ki、Kd在階躍輸入、及階躍擾動(dòng)作機(jī)

6、的轉(zhuǎn)速應(yīng)為1500r/min左右。仿真運(yùn)行可得結(jié)果如用下仿真運(yùn)行該系統(tǒng),通過示波器觀察系統(tǒng)的輸出及圖2所示?？芍撾姍C(jī)模型是正確的。調(diào)節(jié)過程如圖5所示。圖2直流電機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線3常規(guī)PID控制系統(tǒng)的研究常規(guī)PID控制在生產(chǎn)中是一種比較普遍的控制方法,在冶金,機(jī)械,化工等行業(yè)中獲得廣泛的應(yīng)用。圖5PID控制轉(zhuǎn)速特性曲線常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理圖如圖3所示。系統(tǒng)由常規(guī)PID控制器和被控制對象組成。圖3常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理圖此例的被控對象即為上例中的直流電動(dòng)機(jī)。它根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)構(gòu)成控制偏差e(t),將偏差的比例(P),積分(I)和微分(D)通過線性

7、組合構(gòu)成控制量,對被控制對象進(jìn)行控制,故稱PID控制器。其控制規(guī)律為圖6原系統(tǒng)轉(zhuǎn)速特性曲線或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)形式。和原來不用任何控制器作用系統(tǒng)的輸出特性圖6進(jìn)行比較,PID控制系統(tǒng)的跟隨性能、調(diào)整時(shí)間、穩(wěn)態(tài)式中:Kp—比例系數(shù),TL—積分時(shí)間常數(shù),Td—微誤差等動(dòng)、靜態(tài)指標(biāo)均好于前者。另外在Simulink仿[3]分時(shí)間常數(shù)。在SUMLINK環(huán)境下可建立PID控制模真環(huán)境中,可以方便的修改系統(tǒng)的參數(shù),觀察系統(tǒng)在型如圖4所示。不同的參數(shù)(本例中Kp、Ki、或Kd)作用下系統(tǒng)的響應(yīng)曲線,為系統(tǒng)實(shí)際參數(shù)的設(shè)置提供可靠的依據(jù),以達(dá)到尋優(yōu)的最佳效果。圖7所示的為當(dāng)選擇不同的K