控制系统仿真与 CAD 课程设计学院：物流工程学院专业：测控技术与仪器班级：测控 102 姓名：杨红霞学号：201010233037 指导教师：兰莹完成日期： 2013 年 7 月 4 日一、 目的和任务配合《控制系统仿真与CAD》课程的理论教学，通过课程设计教学环节，使学生掌握当前流行的演算式MATLAB语言的基本知识，学会运用MATLAB语言进行控制系统仿真和辅助设计的基本技能，有效地提高学生实验动手能力。一、基本要求：1、利用 MATLAB 提供的基本工具，灵活地编制和开发程序，开创新的应用；2、熟练地掌握各种模型之间的转换，系统的时域、频域分析及根轨迹绘制；3、熟练运用 SIMULINK对系统进行仿真；4、掌握 PID 控制器参数的设计。二、设计要求1、编制相应的程序，并绘制相应的曲线；2、对设计结果进行分析；3、撰写和打印设计报告（包括程序、结果分析、仿真结构框图、结果曲线）。三、设计课题设计一：二阶弹簧 — 阻尼系统的 PID 控制器设计及其参数整定考虑弹簧－阻尼系统如图1 所示，其被控对象为二阶环节，传递函数G(S)如下，参数为 M=1kg ，b=2N.s/m，k=25N/m ，F（S）=1。设计要求：（1） 控制器为P 控制器时，改变比例系数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。（2） 控制器为 PI 控制器时，改变积分时间常数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。 (例如当 kp=50 时，改变积分时间常数 ) （3） 设计 PID 控制器，选定合适的控制器参数，使闭环系统阶跃响应曲线的超调量 σ %<20%，过渡过程时间 Ts<2s, 并绘制相应曲线。图 1 弹簧－阻尼系统示意图弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为：FkxxbxM25211)()()(22sskbsMssFsXsG图 2 闭环控制系统结构图附：P 控制器的传递函数为：( )PPGsKPI 控制器的传递函数为：11( )PIPIGsKTsPID 控制器的传递函数为：11( )PIDPDIGsKTsTs( 一) 设计 P 控制器，改变比例系数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。以下为所做的设计以及运行结果，KP 取了不同的值，通过运用sim 函数进行仿真，并得出超调量MP，过渡过程时间Ts 的大小，通过分析所得出的结果，多次改变KP的大小直到符合题目的要求，使稳态误差等都达到要求。1、仿真运行程序for Kp=[200,400,800]t=[0:0.01:6];[t,x,y]=sim('yhx',6);hold onplot(t,y);N=length(t);yss=y(N); %yss：稳态值hold on[ymax,i]=max(y);mp=(ymax-yss)*100/yss,%计算超调量 mpi=N;while...
