1、自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)本課程設(shè)計(jì)的目的重視于自動(dòng)控制基根源理與設(shè)計(jì)方法的綜合實(shí)質(zhì)應(yīng)用。主要內(nèi)容包括：古典自動(dòng)控制理論（PID）設(shè)計(jì)、現(xiàn)代控制理論狀態(tài)察看器的設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制MATLAB仿真。經(jīng)過(guò)本課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐，掌握自動(dòng)控制理論工程設(shè)計(jì)的基本方法和工具。內(nèi)容某生產(chǎn)過(guò)程設(shè)備如圖1所示，由液容為C1和C2的兩個(gè)液箱組成，圖中Q為穩(wěn)態(tài)液體流量(m3/s)，Qi為液箱A輸入水流量對(duì)穩(wěn)態(tài)值的渺小變化(m3/s)，Q1為液箱A到液箱B流量對(duì)穩(wěn)態(tài)值的渺小變化(m3/s)，Q2為液箱B輸出水流量對(duì)穩(wěn)態(tài)值的渺小變化(m3/)，h1為液箱A的液位穩(wěn)態(tài)值(m)，h1為液箱As液面高度對(duì)其穩(wěn)態(tài)值的渺小變化(m)，h2為液

2、箱B的液位穩(wěn)態(tài)值(m)，h2為液箱B液面高度對(duì)其穩(wěn)態(tài)值的渺小變化(m)，分別為，兩液槽的出水管液R1,R2AB阻(m/(m3/s)。設(shè)u為調(diào)治閥開(kāi)度(m2)。已知液箱A液位不可以直接測(cè)量但可觀，液箱B液位可直接測(cè)量。Qi+Qih10+h1AQ10+Q1h20+h2BQ20+Q2圖1某生產(chǎn)過(guò)程表示圖要求建立上述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；對(duì)模型特點(diǎn)進(jìn)行解析，時(shí)域指標(biāo)計(jì)算，繪出bode,乃示圖，階躍反響曲線對(duì)B容器的液位分別設(shè)計(jì)：P，PI，PD，PID控制器進(jìn)行控制；對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行極點(diǎn)配置，將極點(diǎn)配置在1j和1j；（極點(diǎn)可以不一樣樣）設(shè)計(jì)一察看器，對(duì)液箱A的液位進(jìn)行察看（此處可以不帶極點(diǎn)配置）；若是要實(shí)現(xiàn)液位h

3、2的控制，可采用什么方法，怎么更加有效試之。用MATLAB對(duì)上述設(shè)計(jì)分別進(jìn)行仿真。（提示：流量Q=液位h/液阻R，液箱的液容為液箱的橫斷面積，液阻R=液面差變化h/流量變化Q。）2雙容液位對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的建立及MATLAB仿真過(guò)程一、對(duì)系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模如圖一所示，被控參數(shù)h2的動(dòng)向方程可由下面幾個(gè)關(guān)系式導(dǎo)出：液箱A：QiQ1dh1C1dt液箱B：Q1Q2dh2C2dtR1h1/Q1R2h2/Q2QiKuu消去中間變量，可得：T1T2d2h2(T1T2)dh2h2Kudt2dt式中，C1,C2兩液槽的容量系數(shù)R1,R2兩液槽的出水端阻力T1R1C1第一個(gè)容積的時(shí)間常數(shù)T2R2C2第二個(gè)容積的時(shí)間常數(shù)

4、KuR2_雙容對(duì)象的放大系數(shù)其傳達(dá)函數(shù)為：H2(S)KG(S)(T1T2)S1U(S)T1T2S2二對(duì)模型特點(diǎn)進(jìn)行解析，繪出bode,奈氏圖，階躍反響曲線當(dāng)輸入為階躍響應(yīng)時(shí)的Matlab仿真：令T1=T2=6；K=1H2(S)11G(S)36S212S1(6S1)2U(S)單位階躍響應(yīng)的MATLAB程序：num1=1;den1=36121;G1=tf(num1,den1);figure(1);step(G1);xlabel(時(shí)間(sec);ylabel(輸出響應(yīng));title(二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng));step(G1,100);運(yùn)行結(jié)果以下：階躍反響曲線：圖1c()=1;c(tp)=1;tp=;

5、td=10s;ts=;最大超調(diào)量：(tp)=c(tp)-c()/c()*100%=0%穩(wěn)態(tài)誤差解析：H2(S)1，穩(wěn)態(tài)誤差ess1；開(kāi)環(huán)傳達(dá)函數(shù)G(S)212S1U(S)36S用MATLAB繪制的奈氏圖以以下圖2所示，其程序以下：nyquist(1,conv(61,61)圖2在工程實(shí)踐中，一般希望正相角裕度r為45o60o,增益裕度Kg10dB,即Kg3。當(dāng)系統(tǒng)為單位負(fù)反響時(shí)的ode圖：用MATLAB繪制的奈氏圖以以下圖3所示，其程序以下：sys=tf(1,conv(61,61);margin(sys);figure圖3三：對(duì)B容器的液位分別設(shè)計(jì)：P，PI，PD，PID控制器進(jìn)行控制PID控制

6、的原理和特點(diǎn)(1)P控制：取P=9;I=0;D=0;2）PI控制：P=6，I=，D=0；3）PD控制：P=9，I=0，D=5；4）PID控制：P=5，I=，D=4；四系統(tǒng)極點(diǎn)配置在-1+j;-1-jH2(S)K依照傳達(dá)函數(shù)G(S)T1T2S2(T1T2)S1U(S)得微分方程T1T2d2h2(T1dh2h2Kudt2T2)dt令h2x1,h2x2,h2x2得狀態(tài)方程x1x2x21x1T1T2x2KuT1T2T1T2即：x101x101T1T2ux2T1T2T1T2x2K輸出：yx1極點(diǎn)配置：令K=1;T1=T2=2;x1x2x2x12x2u即：x101x10ux20.251x21用MATLAB

7、確定狀態(tài)反響矩陣K，使得系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)配置在（-1+j,-1-j）,程序如下：A=01;-1;B=0;1;P=-1+j;-1-j;K=place(A,B,P)運(yùn)行結(jié)果為K=仿真：仿真圖五設(shè)計(jì)一察看器，對(duì)液箱A的液位進(jìn)行察看建立狀態(tài)察看器：依照傳達(dá)函數(shù)G(S)H2(S)KU(S)T1T2S2(T1T2)S1得微分方程T1T2d2h2(T1T2)dh2h2Kudt2dt令h2x1,h2x2,h2x2得狀態(tài)方程x1x2x21x1T1T2x2KuT1T2T1T2即：x101x101T1T2ux2T1T2T1T2x2K輸出：yx1全維察看器的建立：令Gg1，得g201g101g1AGC1T1T2011T1

8、T2g2g2TT2TT2TT2TT21111g11(T1T21g1detIAGCdet1T1T2g22g2)1TT2TT2TT2TT21111希望特點(diǎn)式：f()(a)(a)22aa2為設(shè)定值）2(a比較1式和2式，得T1T2g22aT1T21g1a2T1T2得g11T1T2a2g2T1T22aT1T2Gg1g2所以全維狀態(tài)察看器得方程是&?(AbuxGC)xG(y)01g1g101T1T2?(y)xgug2KTT12TT122本實(shí)驗(yàn)中，需察看的狀態(tài)為水箱A溶液的液位h1，建立數(shù)學(xué)模型R1=R2=1;c1=c2=1;uh1dh1dth1h2dh2dtx1h1;x2h2;?10 x11x1?11x2ux20y10 x1x2x1y11x2令狀態(tài)察看器的極點(diǎn)為（-6-j,-6+j）設(shè)計(jì)此給定系統(tǒng)狀態(tài)察看器的MATLAB程序以下A=-10;1-1;B=10;C=11;A1=A;B1=C;C1=B;P=-6-j-6+j;K=acker(A1,B1,P);G=K運(yùn)行結(jié)果為G=26-16仿真：仿真圖：六、若是要實(shí)現(xiàn)液位h2的控制，可采用什么方法，怎么更加有效試從前饋反響控制方法這種調(diào)治系統(tǒng)中要直接測(cè)量攪亂量的變化，液位h2作為反響量，流量Q作為前饋量，可以戰(zhàn)勝流量Q攪亂量的誤差，同時(shí)可以加快控制的速度，使調(diào)治更加及時(shí)有效。內(nèi)容總結(jié)（1）自動(dòng)