倒立擺課程設(shè)計--倒立擺系統(tǒng)的控制器設(shè)計-資料下載頁
2025-01-16 10:10本頁面
【正文】 ，幅值裕量Gm=20dB，均符合設(shè)計要求。 下對系統(tǒng)進行仿真啟動simulink開始進行仿真，得到的仿真圖如下 圖55 頻域校正仿真圖運行后打開scope，可以看到下圖 圖56 scope中的內(nèi)容 從上圖我們可以分析出，加入超前矯正裝置之后，系統(tǒng)變得穩(wěn)定了，雖然從前面的bode圖我們可以看出，系統(tǒng)完全滿足了設(shè)計要求，但是，仿真后的結(jié)果并不是十分理想，系統(tǒng)的超調(diào)量大約為23%,并不是十分優(yōu)秀。 綜上所述，我們得出了頻域法校正的結(jié)果6 PID控制器的設(shè)計 PID控制器簡介PID 控制器是一個在工業(yè)控制應(yīng)用中常見的反饋回路部件。這個控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個參考值進行比較，然后把這個差別用于計算新的輸入值，這個新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達到或者保持在參考值。和其他簡單的控制運算不同，PID控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來調(diào)整輸入值，這樣可以使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定?？梢酝ㄟ^數(shù)學(xué)的方法證明，在其他控制方法導(dǎo)致系統(tǒng)有穩(wěn)定誤差或過程反復(fù)的情況下，一個PID反饋回路卻可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。 控制器設(shè)計要求開環(huán)傳遞函數(shù)：設(shè)計或調(diào)整PID控制器參數(shù)，使得校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)滿足：最大超調(diào)量：調(diào)整時間： PID控制器仿真打開matlab/sumilink，設(shè)計仿真圖如下： 61 仿真圖之后開始仿真，PID控制器的參數(shù)調(diào)整很大程度上基于經(jīng)驗，由于沒有任何參考，所以第一次實驗時我們將參數(shù)設(shè)定為PID分別設(shè)定為200、10,10，觀察結(jié)果。從scope1，我們觀察到的結(jié)果如下 ： 62 首次仿真結(jié)果從這次仿真的結(jié)果我們可以看出，雖然仿真后達到要求，但是超調(diào)量超過了30%，不符合要求，我們需要增大和，在進行嘗試， 63 第二次仿真結(jié)果上圖的結(jié)果，對應(yīng)的PID值為200,180,16，從圖上的結(jié)果我們可以看出，調(diào)節(jié)時間符合要求，但是超調(diào)量依然不理想，并且穩(wěn)態(tài)誤差并沒有完全消除，所以必須繼續(xù)調(diào)整和調(diào)整超調(diào)量，并且在適當(dāng)?shù)臅r候，也要改動使穩(wěn)態(tài)誤差不至于過大，且不會使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，這樣的設(shè)計結(jié)果才能滿足要求。經(jīng)過多次的反復(fù)嘗試，我們終于得到了最終的實驗結(jié)果：=200，=250，=20Scope中的圖像如下： 64 scope最終結(jié)果從最終結(jié)果獲得的圖像來看，超調(diào)量得到了一定的改善，但是調(diào)節(jié)時間有了一定的增加，從這樣的實驗結(jié)果我們可以更加深刻的理解到：各種性能指標(biāo)之是間相互制約的關(guān)系，改善了某個性能指標(biāo)后，其他的性能指標(biāo)必然會變差，不存在完美的系統(tǒng)。綜上所述，我們經(jīng)過多次反復(fù)調(diào)試所獲得的結(jié)果：=200、=250、=20是可以滿足設(shè)計要求的。 7總結(jié)及心得體會 本次的課程設(shè)計結(jié)束了，通過這次課程設(shè)計我學(xué)會了很多有用的東西，現(xiàn)在對我這兩周以來的工作進行一次總結(jié)。1) 首先，通過分析，我發(fā)現(xiàn)直線一級倒立擺本身是不穩(wěn)定的系統(tǒng)，但通過數(shù)學(xué)建摸分析可以建立起小車加速度與擺桿角度間的傳遞函數(shù)，然后應(yīng)用控制理論的方法，借助Matlab和Simulink軟件，可以分析出系統(tǒng)的特性以及調(diào)節(jié)方向。通過查閱各種書籍資料，我發(fā)現(xiàn)為實現(xiàn)直線一級倒立擺的校正，大致有三種方式，分別是根軌跡法，頻率法外以及PID調(diào)節(jié)法。這次的課程設(shè)計，我嘗試著使用這三種方法校正原來的系統(tǒng)，均取得了比較滿意的效果。本次的課程設(shè)計不光鍛煉了我課下查閱資料的能力，也使我將理論與實踐結(jié)合的能力有了一定的提升?？偟膩碚f，通過這次課程設(shè)計，我的個人綜合能力獲得了很大的提高。2) 本次課程設(shè)計中學(xué)到的東西：運用根軌跡法進行校正時，我明白了，雖然校正過的系統(tǒng)與未校正相比，性能會有一定的改善，但這并不意味著校正后的系統(tǒng)就一定會滿足設(shè)計時的預(yù)期指標(biāo)，有些時候，靈活的運用自己學(xué)過的知識，在必要的時候?qū)刂破鬟M行一些簡單的參數(shù)調(diào)節(jié)往往會取得令人滿意的效果。運用頻域法校正時，我了解到，雖然系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)非常優(yōu)秀，但是這個系統(tǒng)的動態(tài)性能仍然不一定出色，想要完全了解一個系統(tǒng)，就要從多個角度對這個系統(tǒng)進行分析。在用PID調(diào)節(jié)法進行校正的時候，我深刻的體會到，各種性能指標(biāo)之間是相互制約的，如果某一個性能指標(biāo)變好的話，必然會有其他的性能指標(biāo)相應(yīng)的變差，不存在各種性能指標(biāo)都非常完美的系統(tǒng)。3) 自動控制原理這門課程對于自動化的學(xué)生來說是一門非常重要的課程，現(xiàn)在的社會有越來越多的場合開始使用自動化，很多裝置以及系統(tǒng)都需要用自動控制原理中的方法來進行控制，以達到所需的效果。課程設(shè)計是實現(xiàn)目標(biāo)的前提，是理論與實驗的綜合，也能夠使我們更好的了解書本知識以及相關(guān)的軟件操作并提高自己的動手能力。如果說，書本的內(nèi)容是枯燥乏味的，那么這次課程設(shè)計無疑讓我們有個機會親身體驗了將理論運用到實踐中的困難以及解決問題后的喜悅。4) 課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，在兩周時間內(nèi)，我付出了很多，也收獲了很多，感謝一直幫助我們的各位指導(dǎo)老師，我一定會好好珍惜這份經(jīng)歷，吸取經(jīng)驗和教訓(xùn)。在將來能夠更好得去學(xué)習(xí)理論知識，學(xué)習(xí)運用能力。 參考文獻[1] 涂植英，:重慶大學(xué)出版社,2005[2] :科學(xué)出版社,2001[3] Katsuhiko :電子工業(yè)出版社,2003[4] ,2005[5] 固高科技有限公司. 倒立擺與自動控制原理實驗,2005[6] 叢爽，：電子工業(yè)出版社，2006[7] 百度文庫 ，倒立擺控制系統(tǒng) 23
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