计算机控制技术课程设计报告.pdf

计算机控制技术是计算机科学与工程领域的一个重要分支，主要涉及如何使用计算机来设计、分析和实现控制系统。在“计算机控制技术课程设计”中，重点研究了PID（比例-积分-微分）控制算法，这是一种广泛应用的自动控制策略，用于调整系统以达到期望的性能。 PID控制器的工作原理在于结合了比例、积分和微分三个组件，以优化系统的响应。在本课程设计中，学生通过MATLAB的Simulink工具箱构建了一个控制系统模型，该模型代表了一阶惯性加纯滞后的系统，其传递函数为G(s) = K / (Ts + 1)，其中K、Ts分别是系统的增益和时间常数。 1. **PID控制算法研究**： - 学生通过试凑法调整比例系数Kp，观察系统响应，以获得快速响应和小超调。 - 接着，引入积分环节并整定积分系数Ki，以消除静差，同时保持良好的动态性能。 - 加入微分环节，调整微分系数Kd，以改善系统响应的稳定性，最终得到一组参数Kp=0.22, Kd=0.00035, Ki=1.4。 2. **扰动分析**： - 分析了系统在受到阶跃扰动和冲击扰动时的响应，观察系统的稳定性，并与无扰动情况对比。 - 发现即使小的扰动也会引起输出波动，而冲击扰动对系统的影响小于阶跃扰动。 3. **执行机构的非线性行为**： - 研究了执行机构的饱和非线性和死区非线性对控制效果的影响，如输出受限于特定范围或在一定区间内无输出。 4. **模型失配情况下的控制效果**： - 改变控制对象的参数，如K和Tf，观察PID控制器在模型参数变化时的控制性能，发现模型失配会导致控制效果显著下降。 在进行PID参数整定时，学生参考了PID调节参数与系统时间域性能指标间的关系，如上升时间、超调量、过渡过程时间和静态误差等。虽然这个表格提供了一个定性的指导，但实际整定过程中，参数间存在相互影响，需要综合考虑。 总结而言，该课程设计让学生深入理解了PID控制算法的原理和应用，锻炼了他们在控制系统设计中的编程技能，并通过模拟实际问题，如非线性执行器和模型失配，提高了他们解决复杂控制问题的能力。此外，它还强调了扰动对系统稳定性的影响，这对于实际工程应用具有重要意义。