运动控制系统综合课程设计

《控制系统综合》课设计指导老师：

年级专业

姓名学号 5

2013 年12 月27 日

题目及要求

设计题目：直流调速系统计算机仿真

设计内容（指标及参数）：

(1)静态精度(转差率Ｓ), 在电网电压波动±10%，负载变化±20%，频率变化±1HZ时，S<5%，电流和转速超调量σ?1000,振荡次数N<(2～3)，D>10～15；

(2) 电动机数据:额定电流136A，额定电压230V，功率30KW，额

定转速1460转/分，电势转速比

C=0.132,电枢电阻RΩ=0.5Ω,过载系数λ=1.5,

可控硅整流装置K S=40.

T=0.03s，m T=0.18s；

(3) 测速发电机，永磁式，额定数据为∶电压110V，电流0.045A，转速1900r/min，

P=23.1W,I=0.21A,n=1900r/min。

g g g

1前言 0

2系统的组成及工作原理 0

3转速调节器和电流调节器的参数设计 (1)

3.1静态计算 (1)

3.2动态计算 (1)

3.2.1电流调节器（内环）动态参数计算 (1)

3.2.2转速调节器（外环）动态参数计算 (4)

4系统仿真和分析 (6)

4.1系统仿真模型的搭建及仿真 (6)

4.2仿真调试分析 (7)

5结论 (7)

参考文献 (8)

1前言

直流调速系统是传统的调速系统，自19世纪80年代起至19世纪末以前，工业上传动所用电动机一直以直流电动机为唯一方式。它具有稳速精度高、调速比大、响应时间短等特点，宜于在广泛范围内平滑调速，故广泛应用于轧钢、机床、轻工、计算机、飞机传动机构等领域。

近年来，交流调速系统发展很快，被科学技术水平较高的西方国家所广泛采用，与直流调速相比，交流调速有本身固有的优点：结构简单、坚固耐用、经济可靠及小动态相应性能好等，还能实现高速拖动。但由于直流拖动系统在理论上和时间上都比较成熟，具有良好的起、制动性能，从反馈闭环控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以我们应该很好的掌握直流拖动控制系统。

但是直流调速系统的设计是一个庞大的系统工程。对于一个经过大量分析、计算、设计、安装等一系列工作的系统究竟能否一次性调试成功，这关系到已经投入的大量人力、财力、物力是否会浪费的问题。因此，一个直流调速系统在正式投入运行前，往往要进行仿真调试。利用Matlab/Simulink仿真工具有效地对直流调速系统进行参数调试，可以非常直观地观察电动机电流和转速响应情况进行静态和动态分析，是目前国际上广泛流行的工程仿真技术。本文利用Matlab仿真工具对直流调速系统进行仿真分析，通过仿真方法来调整理论设计所得的参数，找出系统调节器的最佳参数，仿真结果可以用来指导实际系统的设计。

2系统的组成及工作原理

转速、电流双闭环调速系统由速度调节器ASR、电流调节器ACR、电力电子控制单元GT、PWM可调电压单元V、电感器L、直流电机M和速度检测单元TG组成。其原理框图如图1所示，动态框图如图2所示。

图1 转速、电流双闭环调速系统原理框图

图2 转速、电流双闭环调速系统原理框图动态框图

其中，ASR 为转速调节器环节；ACR 为电流调节器环节；S

K S T s+1

为电力电子变换装

置所表示的惯性环节；11/R T +1，m R T s ，e

C 为直流电机环节；α为转速反馈系数；β为电流反馈系数。

工作原理如下（班华，李长有，2012）：电动机的转速由给定电压U n *决定，速度调节器ASR 的输入偏差电压为ΔU= U n *- U n ，转速调节器ASR 的输出电压U i *作为电流调节器ACR 的给定信号（其输出的限幅值U im *决定了电流调节器给定电压的最大值），电流调节器ACR 的输入偏差信号为ΔU= U i *- U i ，ACR 的输出电压U ct 作为电力电子触发电路GT 的控制电压（其输出的限幅值U ctm 决定了晶闸管整流输出电压的最大值），直接控制可调电压单元V 。改变控制电压U ct 就能改变触发器控制角α及整流输出电压U od ，相应地也就改变了电动机的转速，达到调速的目的。

3转速调节器和电流调节器的参数设计

3.1静态计算

根据调速范围和静差率的要求得到;

min

/33.7)05.01(1005

.01460)1(0r s D s n n =-?=-=

取测速反馈输出电压为10V , 则转速反馈系数：n u 10

α=

==0.007n 1460

，ASR 调节器饱和输出取12V ，系统输出最大电流为dm d I =2I ，则电流反馈系数： *i dm U 10

β===0.037I 2*136，

取0.05。 3.2动态计算

3.2.1电流调节器（内环）动态参数计算

（1）电流环结构的简化。由于电流的响应过程比转速响应过程快得多，因此假定在电流调节过程中，转速来不及变化，从而不考虑反电动势E 的影响，所以反电势的反馈支路相当于断开，再把反馈环节等效地移到环内。因为s T 和oi T 一般比1T 小得多，可作小惯性环节处理，故取Σs oi T =T +T 。其中简化条件满足扰动作用下的闭环传递函数：

1***

*2**1*2)

1*(**2*1**2)()(223322

2+++++++=?S T h S T h h

S T h h S T S K h T h S N S C

电流环结构图最后简化为如图3所示。

图3 电流环的动态结构简化图

（2）电流调节器的选择（高金源，夏洁，2007）。对于经常起制动的生产机械，希望电流环跟随性能好，起超调量越小越好。在这种情况下，应该选择典型 I 型系统设计电流环。如果生产机械工作环境的电网电压波动较大，希望电流环有较强的抗电网电压扰动能力。从这个观点出发，电流环应该采用典型 II 型系统设计电流环。另外，电流环中两个时间常数之比，也可决定选择方案。在这里选用典型I 型系统进行电流环的设计。

图3 表明电流调节 ACR 的调节对象是双惯性环节，为了把电流环校正成典型I 型系统，ACR 函数必须是PI 调节器形式。其传递函数为

i ACR i i τ*S+1

W (S)=K *

τ*S

为了消去控制对象的大惯性时间常数的极点，选择1T i =τ，

则电流环的动态结构图简

化为如图4所示。

图4 校正成典型I 型系统的电流环

其中，i s I i K *K β

K =

τ*R

，比较典型的二阶开环传递函数，得I s K =K ，Σi T =T 。（3）电流调节器参数选择（胡寿松，2003）。电流调节器参数是I K 和i τ。现在已选定i 1τ=T ，而i τ取决于所需的ci ω和动态性能指标。所以三相桥式整流电路平均失控时间：

s T =0.0017s ，电流滤波时间常数：oi T =0.002s 。

电流环小时间常数：0037

.0=+=∑oi s i T T T

ACR 时间常数：

==l i T τs 03.0

又因%5%<σ，取I Σi 0.50.5

K =

==135.1T 0.0037

ACR 的比例系数为：

013

.14005.05

.003.01.135=???==s i I

i K R K K βτ，1.135==I ci

K ω （4）实际电路的参数计算。根据以上的数据，计算模拟的电子电路实际电路的电器元件的参数如下

取：R 0=40K Ω，i i 0R =K R =1.213?20=24.26K Ω，取40K Ω；

F R C i

i μτ75.040000

.0==

，取F μ75.0；

F R T C oi oi μ2.040000

002

.0440=?==

，取F μ2.0。

则实际电路图如图5所示。其中：D 1,D 2,W 1,W 2构成限幅电路。

图5 电流环原理图

3.2.2转速调节器（外环）动态参数计算

（1）转速环的闭环传递函数。在设计转速环时，把设计好的电流环作为转速调节器的调节对象的一部分，所以电流环的传递函数为

1*)(1

))1*(*(1))1*(*()(1++=

+++=

∑∑∑I I i i I i I ic K S S K T S T S K S T S K S W

转速环的截止频率cn ω较低，因此电流闭环传递函数可降阶近似处理，即

ic1I 1

W (S)=

(1K )*S+1

，由于图5的输入信号为*i U β，在这里考虑设计成I Σi K *T =0.5，则

电流环等效闭环传递函数

1**21)(*+=

∑S T U S I i i d β

简化后的转速环动态结构图如图6所示。

图6 转速环的动态结构图

（2）转速环的简化即调节器的选择。

因为调速系统首先需要有较好的抗扰动性能，所以采用抗扰能力强的典型II 型系统设计转速调节器。要把转速环校正为典型 II 型系统，ASR 应该采用 PI 型，其传递函数为n ASR n

n τ*S+1

W (S)=K τ*S

，调速系统的开环传递函数为 )1*(*)

1*(*)1*(*****)1*(***)(22++=

++=

∑∑S T S S K S T S T C B S R a K S W n n N n m e n n n n τττ

式中，n N n e m

K *a*R

K =

τ*B*C *T 。

（3）确定时间常数：

电流环等效时间常数为Σi 2T =0.0074s ，转速滤波时间常数为取为on T =0.01s 转速环小时间常数Σn Σi on T =2T +T =0.0174s （4）转速调节器参数的选择

根据性能指标选取h=5， ASR 的超前时间常数

s hT n n 087.00174.05=?==∑τ

转速环开环增益4.3960174.02521

5212

2=??+=+=

∑n

N T h h K

ASR 的比例系数为：

.110174.05.0007.05218

.0132.005.062)1(=???????=+=

∑n m e n RT h T C h k αβ 转速截止频率

.34087.04.3961

=?===

n N N

cn K K τωω

（5）实际电路的参数计算。

根据以上的数据，计算模拟的电子电路实际电路的电器元件的参数如下：取R 0=20K Ω

n R =K n R 0=11.7×40=468, 取70K Ω， n

C =τn /

R =0.087/470=0.185μF, 取0.2μF ，

C on =4T on /R 0=4×0.01/40=1μF. 取1μF 。

实际原理图如图7所示。通过计算，最后得出系统动态框图，如图8所示。

图7 转速调节器原理图

图8 直流电动机双闭环调速系统的动态结构图

4系统仿真和分析

4.1系统仿真模型的搭建及仿真

由图8的直流电动机双闭环调速系统的动态结构图在Matlab/Simulink仿真平台上可搭建出仿真框图，如图9所示。当在电网电压波动±10%，负载变化±20%，频率变化±1HZ时，仿真结果如图10所示。

图9 直流电机双闭环调速系统的仿真系统框图

单片机运动控制系统设计(doc 15页)

安全性 □对信息系统安全性的威胁任一系统，不管它是手工的还是采用计算机的，都有其弱点。所以不但在信息系统这一级而且在计算中心这一级(如果适用，也包括远程设备)都要审定并提出安全性的问题。靠识别系统的弱点来减少侵犯安全性的危险，以及采取必要的预防措施来提供满意的安全水平，这是用户和信息服务管理部门可做得到的。管理部门应该特别努力地去发现那些由计算机罪犯对计算中心和信息系统的安全所造成的威胁。白领阶层的犯罪行为是客观存在的，而且存在于某些最不可能被发觉的地方。这是老练的罪犯所从事的需要专门技术的犯罪行为，而且这种犯罪行为之多比我们想象的还要普遍。多数公司所存在的犯罪行为是从来不会被发觉的。关于利用计算机进行犯罪的任何统计资料仅仅反映了那些公开报道的犯罪行为。系统开发审查、工作审查和应用审查都能用来使这种威胁减到最小。 □计算中心的安全性计算中心在下列方面存在弱点： 1.硬件。如果硬件失效，则系统也就失效。硬件出现一定的故障是无法避免的，但是预防性维护和提供物质上的安全预防措施，来防止未经批准人员使用机器可使这种硬件失效的威胁减到最小。 2.软件。软件能够被修改，因而可能损害公司的利益。严密地控制软件和软件资料将减少任何越权修改软件的可能性。但是，信息服务管理人员必须认识到由内部工作人员进行修改软件的可能性。银行的程序员可能通过修改程序，从自己的帐户中取款时漏记帐或者把别的帐户中的少量存款存到自己的帐户上，这已经是众所周知的了。其它行业里的另外一些大胆的程序员同样会挖空心思去作案。 3.文件和数据库。公司数据库是信息资源管理的原始材料。在某些情况下，这些文件和数据库可以说是公司的命根子。例如，有多少公司能经受得起丢失他们的收帐文件呢?大多数机构都具有后备措施，这些后备措施可以保证，如果正在工作的公司数据库被破坏，则能重新激活该数据库，使其继续工作。某些文件具有一定的价值并能出售。例如，政治运动的损助者名单被认为是有价值的，所以它可能被偷走，而且以后还能被出售。 4.数据通信。只要存在数据通信网络，就会对信息系统的安全性造成威胁。有知识的罪犯可能从远处接通系统，并为个人的利益使用该系统。偷用一个精心设计的系统不是件容易的事，但存在这种可能性。目前已发现许多罪犯利用数据通信设备的系统去作案。 5.人员。用户和信息服务管理人员同样要更加注意那些租用灵敏的信息系统工作的人。某个非常无能的人也能像一个本来不诚实的人一样破坏系统。 □信息系统的安全性信息系统的安全性可分为物质安全和逻辑安全。物质安全指的是硬件、设施、磁带、以及其它能够被利用、被盗窃或者可能被破坏的东西的安全。逻辑安全是嵌入在软件内部的。一旦有人使用系统，该软件只允许对系统进行特许存取和特许处理。物质安全是通过门上加锁、采用防火保险箱、出入标记、警报系统以及其它的普通安全设备就能达到的。而作为联机系统的逻辑安全主要靠“口令”和核准代码来实现的。终端用户可以使用全局口令，该口令允许利用几个信息系统及其相应的数据库；终端用户也可使用只利用一个子系统或部分数据库的口令。 □安全分析过程

【VIP专享】运动控制系统课程设计报告

《运动控制系统》课程设计报告时间 2014.10 _ 学院自动化 _ 专业班级自1103 _ 姓名曹俊博 __ 学号 41151093 指导教师潘月斗 ___ 成绩 _______

摘要本课程设计从直流电动机原理入手，建立V-M双闭环直流调速系统，设计双闭环直流调速系统的ACR和ASR结构，其中主回路采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，触发器采用KJ004触发电路，系统无静差；符合电流超调量σi≤5%；空载启动到额定转速超调量σn≤10%。并详细分析系统各部分原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。关键词：双闭环；直流调速；无静差；仿真 Abstract This course is designed from DC motor, establish the principles of V-M double closed loop DC speed control system design, the double closed loop dc speed control system and the structure, including ACR ASR the main loop thyristor three-phase bridge type all control the power supply and trigger the rectifier circuit KJ004 trigger circuit, the system without the static poor; Accord with current overshoots sigma I 5% or less; No-load start to the rated speed overshoot sigma n 10% or less. And detailed analysis of the system principle and the static and dynamic performance, and the system of simulink to various parameters set simulation. Key Words：double closed loop；DC speed control system；without the static poor；simulation

机电控制系统课程设计

JIANG SU UNIVERSITY 机电系统综合课程设计 ——模块化生产教学系统的PLC控制系统设计学院：机械学院班级：机械 (卓越14002) 姓名：张文飞学号： 3140301171 指导教师：毛卫平 2017年 6月

目录一： MPS系统的第4站PLC控制设计 (3) 1.1第四站组成及结构 (3) 1.2 气动回路图 (3) 1.3 PLC的I/O分配表，I/O接线图（1、3、6站电气线路图） (4) 1.4 顺序流程图&梯形图 (5) 1.5 触摸屏控制画面及说明，控制、信息软元件地址表 (10) 1.6 组态王控制画面及说明 (13) 二： MPS系统的两站联网PLC控制设计 (14) 2.1 PLC和PLC之间联网通信的顺序流程图（两站）&从站梯形图 (14) 2.2 通讯软元件地址表 (14) 三：调试过程中遇到的问题及解决方法 (18) 四：设计的收获和体会 (19) 五：参考文献 (20)

一：MPS系统的第4站PLC控制设计 1.1第四站组成及结构：由吸盘机械手、上下摆臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成，主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件安装到位。 1．吸盘机械手臂机构：机械手臂、皮带传动结构真空吸嘴组成。由上下摆臂装置带动其旋转完成吸取小工件到放小工件完成组装流程的过程。 2．上下摆臂结构：由摆臂缸（直线缸）摆臂机械装置组成。将气缸直线运动转化为手臂旋转运动。带动手臂完成组装流程。 3．仓料换位机构：由机构端头换仓缸带动仓位装置实现换位（蓝、黑工件切换）。 4．推料机构：由推料缸与机械部件载料平台组成。在手臂离开时将工件推出完成上料。 5．真空发生器：当手臂在工件上方时，真空发生器通气吸盘吸气。 5．I/O接口板：将桌面上的输入与输出信号通过电缆C1与PLC的I/O相连。 6．控制面板：完成设备启动上电等操作。（具体在按钮上有标签说明）。

控制系统仿真课程设计报告.

控制系统仿真课程设计（2011级）题目控制系统仿真课程设计学院自动化专业自动化班级学号学生姓名指导教师王永忠/刘伟峰完成日期2014年6月

控制系统仿真课程设计一 ———交流异步电机动态仿真一设计目的 1．了解交流异步电机的原理，组成及各主要单元部件的原理。 2. 设计交流异步电机动态结构系统； 3．掌握交流异步电机调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。二设计及Matlab 仿真过程异步电机工作在额定电压和额定频率下，仿真异步电机在空载启动和加载过程中的转速和电流变化过程。仿真电动机参数如下： 1.85, 2.658,0.2941,0.2898,0.2838s r s r m R R L H L H L H =Ω=Ω===， 20.1284Nm s ,2,380,50Hz p N N J n U V f =?===，此外，中间需要计算的参数如下： 21m s r L L L σ=-，r r r L T R =，22 2 s r r m t r R L R L R L +=，10N m TL =?。αβ坐标系状态方程：其中，状态变量：输入变量：电磁转矩： 2p m p s r s L r d ()d n L n i i T t JL J βααωψψβ=--r m r r s r r d 1d L i t T T ααβαψψωψ=--+r m r r s r r d 1d L i t T T ββαβψψωψ=-++22s s r r m m m s r r s s 2r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ααβαα σψωψ+=+-+22 s s r r m m m s r r s s 2 r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ββαββ σψωψ+=--+[ ] T r r s s X i i αβαβωψψ=[ ] T s s L U u u T αβ=()p m e s s s s r n L T i i L βααβ ψψ=-

电气综合控制系统课程设计

成都理工大学工程技术学院电气综合控制系统课程设计院系：自动化工程系专业：建筑电气与智能化班级：2013建电1班学号：姓名：同组成员：指导老师：

完成时间：2015年12月25日

目录概述 (1) 一、PLC的分类及特点 (1) 二、PLC的结构与工作原理 (1) 三、S7-200 PLC的硬件组成及指令系统 (2) 四、常用低压电器介绍 (3) 第一部分 (6) 课题一电动机带延时正反转控制实操模拟 (6) 课题二天塔之光控制模拟 (10) 课题三机械手控制模拟 (15) 第二部分 (20) 课题一电动机点动控制 (20) 课题二电动机自锁控制 (22) 课题三两台电动机顺序起、停控制 (24) 课题四三台电动机顺序起动控制 (26) 总结 (28)

概述一、PLC 的分类及特点可编程控制器简称PLC （Programmable Logic Controller ），在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee ）颁布的PLC 标准草案中对PLC 做了如下定义：PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 PLC 的分类：按产地分，可分为日系、欧美、韩台、大陆等；按点数分，可分为大型机、中型机及小型机等；按结构分，可分为整体式和模块式；按功能分，可分为低档、中档、高档三类。 PLC 的特点：1.可靠性高，抗干扰能力强2.配套齐全，功能完善，适用性强3.易学易用，深受工程技术人员欢迎3.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造4.体积小，重量轻，能耗低二、PLC 的结构与工作原理 PLC 的结构：PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。其组成框图如图1所示。图1 整体式PLC 的组成框图 PLC 的工作原理：PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC 运行时，CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。接触器电磁阀指示灯电源电源限位开关选择开关按钮

matlab控制系统仿真课程设计

课程设计报告题目PID控制器应用课程名称控制系统仿真院部名称机电工程学院专业班级学生姓名学号课程设计地点课程设计学时指导教师金陵科技学院教务处制成绩

一、课程设计应达到的目的应用所学的自动控制基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行控制系统的初步设计。应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。二、课程设计题目及要求 1．单回路控制系统的设计及仿真。 2．串级控制系统的设计及仿真。 3．反馈前馈控制系统的设计及仿真。 4．采用Smith 补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真。三、课程设计的内容与步骤 (1)．单回路控制系统的设计及仿真。（a）已知被控对象传函W(s) = 1 / (s2 +20s + 1)。（b）画出单回路控制系统的方框图。（c）用MatLab的Simulink画出该系统。

（d）选PID调节器的参数使系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应曲线。注明所用PID调节器公式。PID调节器公式Wc（s）=50(5s+1)/(3s+1) 给定值为单位阶跃响应幅值为3。有积分作用单回路控制系统

无积分作用单回路控制系统大比例作用单回路控制系统（e）修改调节器的参数，观察系统的稳定性或单位阶约响应曲线，理解控制器参数对系统的稳定性及控制性能的影响？答：由上图分别可以看出无积分作用和大比例积分作用下的系数响应曲线，这两个PID调节的响应曲线均不如前面的理想。增大比例系数将加快系统的响

运动控制系统课程设计报告

《运动控制系统》课程设计报告时间2014.10 _ 学院自动化 _ 专业班级自1103 _ 姓名曹俊博__ 学号指导教师潘月斗 ___ 成绩 _______

南理工控制系统综合课程设计-随机切换系统

随机切换系统的仿真

目录摘要 (3) 1 引言 (4) 1.1 切换系统概述 (4) 1.1.1 切换系统工程背景 (4) 1.1.2 切换系统研究现状 (4) 1.1.3 切换系统的特点 (4) 1.2 问题描述与准备 (5) 2 一般随机线性切换系统 (5) 2.1 切换系统模型 (5) 2.1.1 模型形式 (5) 2.1.2 反馈控制律 (6) 2.2 仿真实例 (7) 3 对随机切换系统性能的研究 (8) 3.1 线性切换系统的能控性和能观性 (8) 3.2 线性切换系统的稳定性 (9) 4 随机切换系统的有趣现象探索 (10) 4.1 切换函数的选取 (10) 4.1.1 切换函数依赖状态变量 (10) 4.1.2 切换函数为随机数 (11) 4.2 系统结构的选取 (12) 4.3 时延函数的选取 (12) 4.4 多个子系统切换探究 (13) 4.2.1 改变初值 (14) 4.2.2 改变切换函数 (15) 5 总结和展望 (16) 参考文献 (17)

摘要本文研究了随机切换控制系统的分析和仿真问题。首先介绍切换系统的发展背景、特点、研究内容、研究现状以及本文要讨论的问题；第二部分介绍随机切换系统的一般模型，用实例分析了切换系统的运动特性；第三部分简析了切换系统性能，并结合实例说明切换函数的存在对于稳定性的影响；第四部分通过改变系统参数、不同切换函数等情况，利用MATLAB/Simulink软件对系统进行仿真，给出了仿真程序、系统状态曲线，试图从各个系统状态曲线的不同现象的特点和系统性能中发现一些有趣的现象并进行分析；第五部分对全文作了总结并对随机切换系统进行展望。关键词：随机切换系统simulink仿真状态响应曲线分析有趣现象探索

控制系统仿真课程设计

控制系统仿真课程设计（2010级）题目控制系统仿真课程设计学院自动化专业自动化班级学号学生姓名指导教师王永忠/刘伟峰完成日期2013年7月

控制系统仿真课程设计（一） ——锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真1.1 设计目的本课程设计的目的是通过对锅炉水位控制系统的Matlab仿真，掌握过程控制系统设计及仿真的一般方法，深入了解反馈控制、前馈-反馈控制、前馈-串级控制系统的性能及优缺点，实验分析控制系统参数与系统调节性能之间的关系，掌握过程控制系统参数整定的方法。 1.2 设计原理锅炉汽包水位控制的操作变量是给水流量，目的是使汽包水位维持在给定的范围内。汽包液位过高会影响汽水分离效果，使蒸汽带水过多，若用此蒸汽推动汽轮机，会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。汽包液位过低，水循环就会被破坏，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，甚至爆炸。常见的锅炉汽水系统如图1-1所示，锅炉汽包水位受汽包中储水量及水位下汽包容积的影响，而水位下汽包容积与蒸汽负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。影响水位变化的因素主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量）和给水流量，锅炉汽包水位控制就是通过调节给水量，使得汽包水位在蒸汽负荷及给水流量变化的情况下能够达到稳定状态。图1-1 锅炉汽水系统图

在给水流量及蒸汽负荷发生变化时，锅炉汽包水位会发生相应的变化，其分别对应的传递函数如下所示：（1）汽包水位在给水流量作用下的动态特性汽包和给水可以看做单容无自衡对象，当给水增加时，一方面会使得汽包水位升高，另一方面由于给水温度比汽包内饱和水的温度低，又会使得汽包中气泡减少，导致水位降低，两方面的因素结合，在加上给水系统中省煤器等设备带来延迟，使得汽包水位的变化具有一定的滞后。因此，汽包水位在给水流量作用下，近似于一个积分环节和惯性环节相串联的无自衡系统，系统特性可以表示为 ()111()()(1)K H S G S W S s T s ==+ （1.1）（2）汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性在给水流量及炉膛热负荷不变的情况下，当蒸汽流量突然增加时，瞬间会导致汽包压力的降低，使得汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，将整个水位抬高；而当蒸汽流量突然减小时，汽包内压力会瞬间增加，使得水面下汽包的容积变小，出现水位先下降后上升的现象，上述现象称为“虚假水位”。虚假水位在大中型中高压锅炉中比较显著，会严重影响锅炉的安全运行。“虚假水位”现象属于反向特性，变化速度很快，变化幅值与蒸汽量扰动大小成正比，也与压力变化速度成正比，系统特性可以表示为 222()()()1f K K H s G s D s T s s ==-+ （1.2）常用的锅炉水位控制方法有：单冲量控制、双冲量控制及三冲量控制。单冲量方法仅是根据汽包水位来控制进水量，显然无法克服“虚假水位”的影响。而双冲量是将蒸汽流量作为前馈量用于汽包水位的调节，构成前馈-反馈符合控制系统，可以克服“虚假水位”影响。但双冲量控制系统要求调节阀具有好的线性特性，并且不能迅速消除给水压力等扰动的影响。为此，可将给水流量信号引入，构成三冲量调节系统，如图1-2所示。图中LC 表示水位控制器（主回路），FC 表示给水流量控制器（副回路），二者构成一个串级调节系统，在实现锅炉水位控制的同时，可以快速消除给水系统扰动影响；而蒸汽流量作为前馈量用于消除“虚假水位”的影响。

自动控制综合课程设计报告

题目：根据线性系统的频域分析法和串联校正方法的原理，编写MATLAB程序，要求针对被校正系统的特点以及校正目标，实现串联校正装置结构的选择以及相应参数的计算 1）在频域内进行系统设计，是一种间接设计方法，因为设计结果满足的是一些频域指标，而不是时域指标。然而，在频域内进行设计是一种简便的方法，在伯德图上虽不能严格地定量给出系统的动态性能。但却能方便地根据频域指标校正装置的参数。 2)频域设计的这种简便性，是由于开环系统的频率特性与闭环系统的时间响应有关。开环频域特性的低频段表征了闭环系统的稳态性能；中频段表征了闭环系统的动态性能；高频段表征了闭环系统的复杂性和噪声抑制性能。 3）因此，用频域法设计控制系统的实质，就是在系统中加入频率特性形状合适的校正装置，使开环系统频率特性形状变为所期望的形状：低频段增益充分大，以保证稳态误差要求；中频段对数幅频特性斜率一般为-20db/dec，并占据充分的频带，以保证具备适当的相角裕度；高频段增益尽快减小，以消弱噪声影响。 4）串联校正就是将校正装置G(s)与待校正系统在主调节回路里串联连接。控制环节的设计的实质就是，当系统的静态、动态性能指标偏离要求时，在系统的适当位置加入适宜的特殊机构，通过调节它们的参数，从而使系统的整体特性发生改变，最终达到符合要求的性能指标。

1 算法实现流程图

2 伯德图超前校正的设计 2.1 伯德图超前校正设计的方法 1）超前校正环节的两个转折频率应分别设在系统截止频率的两侧。因为超前校正环节相频特性曲线具有正相移，幅频特性曲线具有正斜率，所以校正后系统伯德图的低频段不变，而其截止频率和相角裕度比原系统的大，这说明校正后系统的快速性和稳定性得到提高。 2）然而，这两者是一对矛盾，不可能同时达到最大，总是顾此失彼。一般，我们在选用超前校正时，以提高截止频率为主要目的。 3）利用系统频率响应性能可以试凑地解决超前滞后类校正器的设计问题，但这样很耗时，有时还不能得出期望的结果。本次本人用基于校正后系统剪切频率和相位裕度设定的算法来设计超前校正。 2.2 超前校正设计的步骤 1）根据稳态误差要求，确定开环增益k 。 2）利用已确定的开环增益，计算待校正系统的相角裕度。调用伯德函数可以轻松求出。 3）根据幅值关系计算出α。由超前校正系统的伯德图可知，在最大相角处，幅值增益为10lg α由此可算出α。 4）计算零、极点z 、p 的值由 c m ωω=== 得p ω=、/z p α= 5）得出校正网络传递函数、并作校正后系统的伯德图，得相角裕度。 2.3 超前校正设计的程序 [mag,phase,w]=bode(sys0); m1=spline(w,mag,wc);

控制系统仿真课程设计

控制系统数字仿真课程设计 1．课程设计应达到的目的 1、通过Matlab仿真熟悉课程设计的基本流程； 2、掌握控制系统的数学建模及传递函数的构造； 3、掌握控制系统性能的根轨迹分析； 4、学会分析系统的性能指标； 2．课程设计题目及要求设计要求 1、进行系统总体设计，画出原理框图。（按给出的形式，自行构造数学模型，构造成1 个零点，三个极点的三阶系统，主导极点是一对共轭复根） G（s）=10(s+2)/(s+1)(s2+2s+6) 2、构造系统传递函数，利用MATLAB绘画系统的开环和闭环零极点图；(分别得到闭环和开环的零极点图)参考课本P149页例题4-30 clear; num = [10,20]; den =[1 3 8 6]; pzmap(num,den) 3、利用MATLAB绘画根轨迹图，分析系统随着根轨迹增益变化的性能。并估算超调量=16.3%时的K值（计算得到）。参考课本P149页例题4-31 clear num=[10,20]; den=[1 3 8 6]; sys=tf(num,den); rlocus(sys) hold on jjx(sys); s=jjx(sys); [k,Wcg]=imwk(sys)

set(findobj('marker','x'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); set(findobj('marker','o'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); function s=jjx(sys) sys=tf(sys); num=sys.num{1}; den=sys.den{1}; p=roots(den); z=roots(num); n=length(p); m=length(z); if n>m s=(sum(p)-sum(z))/(n-m) sd=[]; if nargout<1 for i=1:n-m sd=[sd,s] end sysa=zpk([],sd,1); hold on; [r,k]=rlocus(sysa); for i=1:n-m plot(real(r(i,:)),imag(r(i,:)),'k:'); end end else disp; s=[]; end function [k,wcg]=imwk(sys) sys=tf(sys) num=sys.num{1} den=sys.den{1}; asys=allmargin(sys); wcg=asys.GMFrequency; k=asys. GainMargin;

基于+PLC+的两轴运动控制系统设计

基于 PLC 的两轴运动控制系统设计学生姓名：张坤森学号：2014062038 指导教师;彭宽栋专业：机电一体化杭州科技职业技术学院摘要：以可编程控制器 PLC 作为运动控制系统的核心，步进电机作为运动控制系统的执行机构，设计了基于 PLC 的两轴运动控制系统；通过 PLC 高速脉冲口输出高速脉冲，实现了单轴运动或者两轴运动；采用触摸屏作为操作面板，建立了友好的人机交互界面。关键词：机械制造自动化； PLC；步进电机；运动控制 0 前言步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。步进电机开环控制结构简单，可靠性高，价格低。但当起动频率太高或者负载太大，步进电机极易失步。而步进电机闭环控制可以克服以上缺点，提高系统精度和稳定性。在闭环控制系统中，采用增量式编码器作为反馈装置。而 PLC 作为一种工业计算机，具有逻辑控制、步进控制、数据处理、存储功能、自诊断功能、通信联网等功能，而且具有较高的可靠性、较强的抗干扰性、较好的通用性等优点。所以，使用 PLC 控制步进电机，构建两轴运动控制系统，具有重要意义。 1 系统组成本文所实现的示教与再现功能系统组成框图如图1所示。采用西门

子 S 7-200系列的 C P U226 D C/D C /D CP L C作为主控制器。该 C P U具有 4个最高 20k H z的正交高速脉冲计数器 ,能够对输入的正交编码脉冲信号进行 4分频 [ 5] ; 2个最高 20k Hz 的高速脉冲输出 ;24个输入点和 16个输出点 ; 其布尔型指令执行时间只有 0. 22μ s [ 6] 。 2 系统总体设计该运动控制系统由触摸屏、 PLC、步进电机驱动器、步进电机、限位开关、急停开关、编码器等组成。操作者通过触摸屏端操作，向PLC 发出控制指令，PLC 根据控制指令和内部梯形图控制相应步进电机动作，步进电机将带动相应的进给轴动作，同时，PLC 将采集与步进电机相连的编码器产生的反馈信号，并将反馈信号返回给触摸屏，以完成整个系统的反馈环节。此外，外部限位开关用于限定运动系统的极限位置，急停开关用于发生突发状况时，立即停止机器，防止伤害或者损失扩大。系统总体设计框图如图 1

运动控制系统实验指导书分解

运动控制系统实验指导书赵黎明、王雁编广东海洋大学信息学院自动化系

直流调速实验一不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究一．实验目的 1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。 2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。 3．学习反馈控制系统的调试技术。二．预习要求 1．了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。 2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。三．实验线路及原理见图6-7。四．实验设备及仪表 1．MCL系列教学实验台主控制屏。 2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。 3．MCL—33(A)组件或MCL—53组件。 4．MEL-11挂箱 5．MEL—03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。 6．电机导轨及测速发电机、直流发电机M01（或电机导轨及测功机、MEL—13组件）。 7．直流电动机M03。 8．双踪示波器。五．注意事项 1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。 2．接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。 3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。 4．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。 5．电源开关闭合时，过流保护发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1

即可正常工作。 6．系统开环连接时，不允许突加给定信号U g起动电机。 7．起动电机时，需把MEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。 8．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。 9．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。六．实验内容 1．移相触发电路的调试（主电路未通电）（a）用示波器观察MCL—33（或MCL—53，以下同）的双脉冲观察孔，应有双脉冲，且间隔均匀，幅值相同；观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1V～2V 的双脉冲。（b）触发电路输出脉冲应在30°～90°范围内可调。可通过对偏移电压调节单位器及ASR输出电压的调整实现。例如：使ASR输出为0V，调节偏移电压，实现α=90°；再保持偏移电压不变，调节ASR的限幅电位器RP1，使α=30°。 2．求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性。 a．断开ASR的“3”至U ct的连接线，G（给定）直接加至U ct，且Ug调至零，直流电机励磁电源开关闭合。 b．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输出，使U uv、Uvw、Uwu=200V。注：如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同。 c．调节给定电压U g，使直流电机空载转速n0=1500转/分，调节测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻），在空载至额定负载的范围内测取7～8点，读取整流装置输出电压U d 3．带转速负反馈有静差工作的系统静特性 a．断开G（给定）和U ct的连接线，ASR的输出接至U ct，把ASR的“5”、“6”点短接。 b．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节U uv，U vw，U wu为200伏。 c．调节给定电压U g至2V，调整转速变换器RP电位器，使被测电动机空载转速n0=1500转/分，调节ASR的调节电容以及反馈电位器RP3，使电机稳定运行。调节测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻），在空载至额定负载范围内测取7～8

《自动控制系统》课程设计任务书1201.1202

《电力拖动自动控制系统》课程设计计划、任务与指导书一、课程设计的目的通过电力拖动自动控制系统的设计，了解一般交直流调速系统设计过程及设计要求，并巩固交直流调速系统课程的所学内容，初步具备设计电力拖动自动控制系统的能力。为今后从事相关技术工作打下必要的基础。二、课程设计的要求 1、熟悉交直流调速系统设计的一般设计原则，设计内容以及设计程序的要求。 2、掌握控制系统设计制图的基本规范，熟练掌握电气控制部分的新图标。 3、学会收集、分析、运用自动控制系统设计的有关资料和数据。 4、培养独立工作能力、创造能力及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。三、课程设计的内容完成某一给定课题任务，按给出的工艺要求、运用变频调速对系统进行控制。四、进度安排：共1.5周本课程设计时间共1.5周，进度安排如下： 1、设计准备，熟悉有关设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（1.5天） 2、分析控制要求、控制原理，设计控制方案。（1.5天） 3、绘制控制原理图、控制流程图、端子接线图。（2天） 4、编制程序、梯形图设计、程序调试说明。（1.5天） 5、整理图纸、写课程设计报告。（1.5天）五、课程设计报告内容完成下列课题的课程设计及报告（课题工艺要求由课程设计任务书提供） 1．退火炉温度控制系统 2．变频液位自动控制系统设计 3．变频流量自动控制系统设计 4．变频供水系统设计 5．变频调速恒张力控制系统设计 6．变频器在印染机械多电机同步调速系统中应用 7．线缆设备恒张力变频器控制设计 8．空气压缩机变频调速的设计六、参考书 1．陈伯时主编电力拖动自动控制系统(第二版), 机械工业出版社1992 2．陈伯时, 陈敏逊. 交流调速系统. 机械工业出版社1998 3．张燕宾著SPWM变频调速应用技术机械工业出版社1997 4．王兆义主编2《可编程控制器教程》主编 5．徐世许主编2《可编程控制器教程原理、应用、网络》主编 6．《工厂常用电气设备手册》（第2版）上、下册中国电力出版社

搬运机械手运动控制系统设计范本

搬运机械手运动控制系统设计

搬运机械手运动控制系统设计第一部分：题目设计要求。一、搬运机械手功能示意图二、基本要求与参数本作业要求完成一种二指机械手的运动控制系统设计。该机械手采用二指夹持结构，如图1所示，机械手实现对工件的夹持、搬运、放置等操作。以夹持圆柱体为例，要求设计运动控制系统及控制流程。机械手经过升降、左右回转、前后伸缩、夹紧及松开等动作完成工件从位置A 到B 的搬运工作，具体操作顺序：逆时针回转(机械手的初始位置在A 与B 之间)—>下降—>夹紧—>上升—>顺时针回转—>下降—>松开—>上升，机械手的工作臂都设有限位开关SQ i 。 A B 工SQ 1 SQ 2 SQ 3 SQ 4 SQ 5 SQ 6 夹松

设计参数：（1）抓重:10Kg （2）最大工作半径：1500mm （3）运动参数：伸缩行程：0-1200mm；伸缩速度：80mm/s；升降行程：0-500mm；升降速度：50mm/s 回转范围：0-1800 控制器要求：（1）在PLC、单片机、PC微机或者DSP中任选其一；（2）具备回原点、手动单步操作及自动连续操作等基本功能。三、工作量（1）驱动及传动方案的设计及部件的选择；（2）二指夹持机构的设计及计算；（3）总体控制方案及控制流程的设计；（4）设计说明书一份。四、设计内容及说明（1）机械手工作臂及机身驱动部件的选择及设计，需设计出具体的驱动及传动方案，画出方案原理框图。（2）末端夹持机构设计，该结构需保证抓取精度高，重复定

位精度和运动稳定性好，并有足够的抓取能力。设计应包括确定夹持方案、计算夹持范围、计算夹紧力及驱动力，完成夹持机构设计图。（3）控制系统设计，包括确定控制方案、核心功能部件的选择、主要功能模块的实现原理、绘制控制流程框图。第二部分：设计过程搬运机械手运动控制系统设计

运动控制系统综合课程设计

《控制系统综合》课设计指导老师：年级专业姓名学号 5 4 9 6 2013 年12 月27 日

题目及要求设计题目：直流调速系统计算机仿真设计内容（指标及参数）： (1)静态精度(转差率Ｓ), 在电网电压波动±10%，负载变化±20%，频率变化±1HZ时，S<5%，电流和转速超调量σ?1000,振荡次数N<(2～3)，D>10～15； (2) 电动机数据:额定电流136A，额定电压230V，功率30KW，额定转速1460转/分，电势转速比 C=0.132,电枢电阻RΩ=0.5Ω,过载系数λ=1.5, e 可控硅整流装置K S=40. T=0.03s，m T=0.18s； L (3) 测速发电机，永磁式，额定数据为∶电压110V，电流0.045A，转速1900r/min， P=23.1W,I=0.21A,n=1900r/min。 g g g

目录 1前言 0 2系统的组成及工作原理 0 3转速调节器和电流调节器的参数设计 (1) 3.1静态计算 (1) 3.2动态计算 (1) 3.2.1电流调节器（内环）动态参数计算 (1) 3.2.2转速调节器（外环）动态参数计算 (4) 4系统仿真和分析 (6) 4.1系统仿真模型的搭建及仿真 (6) 4.2仿真调试分析 (7) 5结论 (7) 参考文献 (8)

1前言直流调速系统是传统的调速系统，自19世纪80年代起至19世纪末以前，工业上传动所用电动机一直以直流电动机为唯一方式。它具有稳速精度高、调速比大、响应时间短等特点，宜于在广泛范围内平滑调速，故广泛应用于轧钢、机床、轻工、计算机、飞机传动机构等领域。近年来，交流调速系统发展很快，被科学技术水平较高的西方国家所广泛采用，与直流调速相比，交流调速有本身固有的优点：结构简单、坚固耐用、经济可靠及小动态相应性能好等，还能实现高速拖动。但由于直流拖动系统在理论上和时间上都比较成熟，具有良好的起、制动性能，从反馈闭环控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以我们应该很好的掌握直流拖动控制系统。但是直流调速系统的设计是一个庞大的系统工程。对于一个经过大量分析、计算、设计、安装等一系列工作的系统究竟能否一次性调试成功，这关系到已经投入的大量人力、财力、物力是否会浪费的问题。因此，一个直流调速系统在正式投入运行前，往往要进行仿真调试。利用Matlab/Simulink仿真工具有效地对直流调速系统进行参数调试，可以非常直观地观察电动机电流和转速响应情况进行静态和动态分析，是目前国际上广泛流行的工程仿真技术。本文利用Matlab仿真工具对直流调速系统进行仿真分析，通过仿真方法来调整理论设计所得的参数，找出系统调节器的最佳参数，仿真结果可以用来指导实际系统的设计。 2系统的组成及工作原理转速、电流双闭环调速系统由速度调节器ASR、电流调节器ACR、电力电子控制单元GT、PWM可调电压单元V、电感器L、直流电机M和速度检测单元TG组成。其原理框图如图1所示，动态框图如图2所示。图1 转速、电流双闭环调速系统原理框图

自动控制系统课程设计说明书

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文）课程名称：自动控制理论课程设计设计题目：直线一级倒立摆控制器设计院系：电气学院电气工程系班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2016.6.6-2016.6.19 手机号码：哈尔滨工业大学教务处

直线一级倒立摆控制器设计摘要：采用牛顿—欧拉方法建立了直线一级倒立摆系统的数学模型。采用MATLAB 分析了系统开环时倒立摆的不稳定性，运用根轨迹法设计了控制器，增加了系统的零极点以保证系统稳定。采用固高科技所提供的控制器程序在MATLAB中进行仿真分析，将电脑与倒立摆连接进行实时控制。在MATLAB中分析了系统的动态响应与稳态指标，检验了自动控制理论的正确性和实用性。 0.引言摆是进行控制理论研究的典型实验平台，可以分为倒立摆和顺摆。许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来，通过倒立摆系统实验来验证我们所学的控制理论和算法，非常的直观、简便，在轻松的实验中对所学课程加深了理解。由于倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。本次课程设计中以一阶倒立摆为被控对象，了解了用古典控制理论设计控制器(如PID控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计方法，掌握MATLAB仿真软件的使用方法及控制系统的调试方法。 1.系统建模一级倒立摆系统结构示意图和系统框图如下。其基本的工作过程是光电码盘1采集伺服小车的速度、位移信号并反馈给伺服和运动控制卡，光电码盘2采集摆杆的角度、角速度信号并反馈给运动控制卡，计算机从运动控制卡中读取实时数据，确定控制决策(小车运动方向、移动速度、加速度等)，并由运动控制卡来实现该控制决策，产生相应的控制量，使电机转动，通过皮带带动小车运动从而保持摆杆平衡。

控制系统综合课程设计—切换系统的仿真

目录题目：切换系统的仿真 (2) 摘要 (3) 1 引言 (4) 2 一般控制系统 (4) 2．1 控制器的设计 (4) 2．2 仿真实例 (5) 2．3 改变参数对系统性能的影响 (6) 2.3.1 时滞环节对系统性能的影响 (7) 2.3.2 切换函数对系统性能的影响 (8) 2．4 状态观测器的设计 (10) 2.4.1 仿真实例 (10) 3 非线性系统 (12) 3．1 非线性切换系统的稳定性 (12) 3．2 改变参数对非线性系统性能的影响 (16) 3.2.1 时滞环节对系统性能的影响 (16) 3.2.2 切换函数对系统性能的影响 (17) 3．3 非线性系统的控制器设计 (18) 3.3.1 仿真实例 (18) 4 结论 (21) 参考文献 (23)

题目：切换系统的仿真问题描述：利用Matlab 软件仿真如下随机切换系统 1、一般控制系统：)())(()()(t u D t t x B t x A t x σσσστ+-+= 其中x 为状态，u 为控制。 2、非线性系统：)))((())(()()(t d t x g W t x g B t x A t x -++=σσσ 要求：（1）给出仿真程序，系统的状态曲线；（2）改变参数，探索控制算法的设计及其性能。

课程设计报告摘要

1 引言切换系统是一个由一个系列的连续或离散的子系统以及协调这些子系统之间起切换的规则组成的混合系统。关于切换系统最重要的研究是关于其稳定性能的研究，切换系统的稳定性具有三个基本问题：对于任意切换序列系统的稳定性；对给定的某类切换序列系统的稳定性；构造使系统能够稳定的切换序列，即镇定问题。切换系统的稳定性有一个显著的特点是，其子系统的稳定性不等于整个系统的稳定性，即可能存在这样的情形，切换系统的每个子系统的是稳定的，但是在按照规则进行切换时，会导致整个系统不稳定，与此相对，也可能存在这样的情形，尽管每个子系统是不稳定的，但是可以通过某种切换规则使整个系统稳定。切换系统是非线性系统，即使每个子系统都是线性定常系统。 2 一般控制系统给定一般线性切换系统模型如下： )())(()()(t u D t t x B t x A t x σσσστ+-+= （1）其中，i A 、i B 、i D 分别是第i 个子系统的适当维数的矩阵，x ∈n R 、u ∈r R 分别为系统的状态和控制输入，σ：[0，+∞] → k ={1,2，…，m }是切换函数[1]，τ(t )是一个延时环节。本文研究的是一个基于二维状态变量共两个切换模式的线性切换系统。 2．1 控制器的设计切换系统是一个由一个系列的连续或离散的子系统以及协调这些子系统之间起切换的规则组成的混合系统。切换系统的稳定性是切换系统分析研究的重点问题。对于切换系统稳定性方面的研究，目前使用最广泛的一种方法是李雅普诺夫函数法。其主要思想为：对于切换系统，如果所含各子系统存在统一李雅普诺夫函数，那么系统对于任意的切换规则都是稳定的[2]。徐启程[1]等人通过构造Lyapunov 函数，设计出鲁棒状态反馈控制器u =i K x ，确保闭环系统在任意切换策略下是随机渐进稳定性。对系统（1）设状态反馈控制律为：u =i K x ，则???=+-+=)()())(()()(t x K u t u D t t x B t x A t x σσσσστ ，通过状态反馈形成的闭环系统如下： ))(()()()(t t x B t x K D A t x τσσσσ-++= ，)0()(0x t x = （2）