运动控制系统仿真实验讲义

《运动控制系统仿真》实验讲义谢仕宏实验一、闭环控制系统及直流双闭环调速系统仿真一、实验学时:6 学时二、实验内容:1. 已知控制系统框图如图所示:图 1-1 单闭环系统框图 图中,被控对象,Gc(s)为 PID 控制器,试整定 PID 控制器参数,并建立控制系统 Simulink仿真模型。再对 PID 控制子系统进行封装,要求可通过封装后子系统得参数设置页面对Kp、Ti、Td 进行设置。2. 已知直流电机双闭环调速系统框图如图 1-2 所示。试设计电流调节器 ACR 与转速调节器 ASR 并进行 Simulink 建模仿真。图 1-2 直流双闭环调速系统框图三、实验过程:1、建模过程如下:(1)PID 控制器参数整顿根据 PID 参数得工程整定方法(Z-N 法),如下表所示, Kp==0、24,Ti==300,Td==75。表 1-1 Z-N 法整定 PID 参数控制器类型由阶跃响应整定由频域响应整定KpTiTdKpTiTdP无无无无PI无无PID(2)simulink 仿真模型建立 建立 simulink 仿真模型如下图 1-3 所示,并进行参数设置:图 1-3 PID 控制系统 Simulink 仿真模型图 1-3 中 ,step 模块“阶跃时间”改为 0,Transport Delay 模块得“时间延迟”设置为 150,仿真时间改为 1000s,如下图 1-4 所示:图 1-3 PID 控制参数设置运行仿真,得如下结果:图 1-5 PID 控制运行结果(3)PID 子系统得创建首先将参数 Gain、Gain1、Gain 三个模块得参数进行设置,如下图所示:图 1-6 PID 参数设置然后建立 PID 控制器子系统,如下图 1-7 所示:图 1-7 PID 子系统再对 PID 子系统进行封装,选中“Subsystem”后,单击鼠标右键,选择“Mask subsystem”,弹出封装编辑器,并进行相应参数设置,如下图 1-8、1-9 所示,图 1-8 PID 子系统封装文本显示图 1-9 PID 子系统封装参数设置在对图 1-9 所示封装变量设置完成后,封装后得 PID 子系统如下图 1-10 所示图 1-10 封装后 PID 控制仿真模型双击图 1-10 中得 PID 子系统,按图 1-11 作参数设置,即可完成 PID 参数设置。图 1-11 PID 控制器参数设置封装后运行仿真,结果如图 1-12 所示:图 1-12 封装后系统运行结果2、建模方法:图 1-2 中 r(t)为给定输入,采纳阶跃信号。Y(t)为系统输出,表示直流电机得转速。ASR 为转速调节器,由 PI 调节器组成。ACR 为电流调节器,也就是一个 PI 调节器。根据直流双闭环调速系统工程整定方法,进行 ASR 与 ACR 得参数整定时,首先断开转速环,整定电流调节器 ACR。然后接通...