具有纯滞后的一阶惯性环节的multisim仿真

中央民族大学信息工程学院

计算机控制技术综合设计实验报告

学生姓名： 学 号：

指导教师：

实验地点：

实验名称： 加热炉系统温度控制器设计

1

目录

一、设计题目及要求....................................................................................................................... 3 二、设计方案与结构图 ................................................................................................................... 3

1、计算机控制系统结构图 ..................................................................................................... 3 2、硬件结构图 ........................................................

中央民族大学信息工程学院

计算机控制技术综合设计实验报告

学生姓名： 学 号：

指导教师：

实验地点：

实验名称： 加热炉系统温度控制器设计

1

目录

一、设计题目及要求....................................................................................................................... 3 二、设计方案与结构图 ................................................................................................................... 3

1、计算机控制系统结构图 ..................................................................................................... 3 2、硬件结构图 ........................................................

实验五 一阶RC电路的过渡过程实验

一、实验目的

1、研究RC串联电路的过渡过程。

2、研究元件参数的改变对电路过渡过程的影响。 二、实验原理

电路在一定条件下有一定的稳定状态，当条件改变，就要过渡到新的稳定状态。从一种稳定状态转到另一种新的稳定状态往往不能跃变，而是需要一定的过渡过程（时间）的，这个物理过程就称为电路的过渡过程。电路的过渡过程往往为时短暂，所以电路在过渡过程中的工作状态成为暂态，因而过渡过程又称为暂态过程。

1、RC电路的零状态响应（电容C充电）

在图5-1 (a)所示RC串联电路，开关S在未合上之前电容元件未充电，在t = 0时将开关S合上，电路既与一恒定电压为U的电源接通，对电容元件开始充电。此时电路的响应叫零状态响应，也就是电容充电的过程。

(a) (b)

图5-1 RC电路的零状态响应电路及u C、u R、i 随时间变化曲线

根据基尔霍夫电压定律，列出t ? 0时电路的微分方程为

(注：i?电容元件两端电压为

dudq,q?CUc，故i?Cc) dtdt

其随时间的变化曲线如图5－1 (b) 所示。电压u

成都理工大学工程技术学院 基于一阶倒立摆的matlab仿真实验

实验人员: -------

-------

学 号：-------- ---------

实验日期：20150618

摘要

本文主要研究的是一级倒立摆的控制问题，并对其参数进行了优化。倒立摆是典型的快速、多变量、非线性、强耦合、自然不稳定系统。由于在实际中有很多这样的系统，因此对它的研究在理论上和方法论上均有深远的意义。本文首先简单的介绍了一下倒立摆以及倒立摆的控制方法，并对其参数优化算法做了分类介绍。然后，介绍了本文选用的优化参数的状态空间极点的配置和PID控制。接着建立了一级倒立摆的数学模型，并求出其状态空间描述。本文着重讲述的是利用状态空间中极点配置实现方法。最后，用Simulink对系统进行了仿真，得出在实际控制中是两种比较好的控制方法。

Abstract

This paper mainly studies the level of the inverted pendulum control problem, and its parameters are optimized.Inverted pendul

实验8 具有纯滞后系统的大林控制系统

一、实验目的

1．了解算法的基本原理；

2．掌握用于具有纯滞后对象的制算法及其在控制系统中的应用。 二、实验设备

1．THBCC-1型 信号与系统?控制理论及计算机控制技术实验平台 2．THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16和USB电缆线各1根) ) 三、实验内容

1．具有纯滞后一阶惯性环节大林算法的实现。 2．具有纯滞后二阶惯性环节大林算法的实现。 四、实验原理

在生产过程中，大多数工业对象具有较大的纯滞后时间，对象的纯滞后时间?对控制系统的控制性能极为不利，它使系统的稳定性降低，过渡过程特性变坏。当对象的纯滞后时间

?与对象的惯性时间常数之时，采用常规的比例积分微分（PID）控制，很难获得良好的控

制性能。长期以来，人们对纯滞后对象的控制作了大量的研究，比较有代表性的方法有大林算法和纯滞后补偿预估)控制。

本实验以大林算法为依据进行研究，大林算法综合目标不是最少拍响应，而是一个具有纯滞后时间的一阶滞后响应。它的等效闭环传递函数为

要求的等效环节的时间常数，T为采样周期。

对零阶保持器法离散化，可求得系统的闭环传递函数： 五、实验步骤

1、实验接线

1.1根据图8-1，连接一个惯性环节的模拟

(1) 程序中，滤波函数Lpf()和LpfLInMs()的数学原理如下： 滤波时间为tf，计算周期为tc（即?t?tc） 低通滤波一阶惯性环节传递函数G(s)?1 tfs?1则y(s)?G(s)?x(s)?x(s)

tfs?1y(s)?s?tf?y(s)?x(s)

反拉式变换，得到：

dyx(t)?y(t)? …………(1) dttf由前向欧拉法(两相邻离散点之间的间隔较小时，用一阶差商取代一阶导数)，可知：

dyyk?1?ykyk?1?yk?? …………(2) dt?ttc联立(1)(2)，得到

x?yyk?1?yk? tftctc(x?y) tf因此：yk?1?yk?若不用滤波时间tf表示，而用滤波截至频率?c表示 则可以表示为yk?1?yk?tc??c(x?y)

?c与tf的关系为：?c?1/tf

(2) 程序中，一阶惯性滤波函数LpfI()的数学原理如下： 计算周期为tc，滤波截至频率?c，计算周期为tc（即?t?tc）

1一阶惯性滤波传递函数G(s)?tftfs?1??c1??cs?11 s??c按照(1)的推导过程，易推出：yk?1?yk?tc?(x??c

一阶电路过渡过程的仿真实验报告

实验名称：一阶电路过渡过程的仿真实验 实验者：王子申 同组同学：李万业 杨锦鹏 专业及班级：14电气工程及其自动化二班

一、实验目的：

1、进一步熟悉Multisim仿真环境。 2、掌握瞬态分析的使用方法。 3、理解过渡过程的含义。

二、实验设备：

1、PC机 一台 2、Multisim仿真软件 一套

三、实验原理：

电路在一定条件下有一定的稳定状态，当条件改变，就要过渡到新的稳定状态。从一种稳定状态转到另一种新的稳定状态往往不能跃变，而是需要一定的过渡过程（时间）的，这个物理过程就称为电路的过渡过程。电路的过渡过程往往为时短暂，所以电路在过渡过程中的工作状态成为暂态，因而过渡过程又称为暂态过程。

1、RC电路的零状态响应（电容C充电）

在图5-1 (a)所示RC串联电路，开关S在未合上之前电容元件未充电，在t = 0时将开关S合上，电路既与一恒定电压为U的电源接通，对电容元件开始充电。此时电路的响应叫零状态响应，也就是电容充电的过程。

实验2 一阶电路的过渡过程 实验2.1 电容器的充电和放电

一、实验目的

1.充电时电容器两端电压的变化为时间函数，画出充电电压曲线图。 2.放电时电容器两端电压的变化为时间函数，画出放电电压曲线图。 3.电容器充电电流的变化为时间函数，画出充电电流曲线图。 4.电容器放电电流的变化为时间函数，画出放电电流的曲线图。 5.测量RC电路的时间常数并比较测量值与计算值。 6.研究R和C的变化对RC电路时间常数的影响。 二、实验器材

双踪示波器 1台 信号发生器 1台 0.1μF和0.2μF电容 各1个 1KΩ和2KΩ电阻 各1个 三、实验步骤

1.在电子平台上建立如图2-1所示的实验电路，信号发生器和示波器的设置可照图进行。示波器屏幕上的红色曲线是信号发生器输出的方波。信号发生器的输出电压在+5V与0之间摆动，模拟直流电压源输出+5V电压与短路。当输出电压为+5V时电容器将通过电阻R充电。当电压为0对地短路时，电容器将通过电阻R放电。

一阶电路和二阶电路的动态响应

一、实验目的

1、掌握一阶电路的动态响应特性测试方法

2、掌握Multisim软件中函数发生器、示波器和波特图仪的使用方法 3、深刻理解和掌握零输入响应、零状态响应及完全响应 4、深刻理解欠阻尼、临界、过阻尼的意义

5、研究电路元件参数对二阶电路动态响应的影响

6、掌握Multisim软件中的Transient Analysis等仿真分析方法 二、实验原理

1、一阶电路的动态响应

电路的全响应：uc(t)=U0e-t/RC+Us(1-e-t/RC) (t>=0) （1）零输入响应 uc(t)=U0e-t/RC (t>=0)

输出波形单调下降。当t=τ=RC时， uc(τ)=U0/e=0.368U0，τ成为该电路的时间常数。 （2）零状态响应 uc(t)=Us(1-e-t/RC)u(t)

电容电压由零逐渐上升到Us，电路时间常数τ=RC决定上升的快慢。 2、用二阶微分方程描述的动态电路称为二阶电路。图所示的线性RLC串联电路是一个典型的二阶电路。 定义：衰减系数（阻尼系数）??R 2LLC自由振荡角频率（固有频率）?0?1 （1）零输入响应

动态电路在没有外施激励时，由动态元件的初始储能引起的响应，称为零输入

一阶电路动态过程的时域分析

1、典型一阶电路

一阶电路仅包含一个动态元件，若将动态元件分离出来，则由戴维南或诺顿定理可得到如下两种典型一阶电路：

典型一阶RC电路

典型一阶RL电路

注意：图中N是线性含源单口网络。 2、一阶电路的电路方程及其一般形式 ? 一阶RC电路：

①关于uC的电路方程：RCduC?uC?uS

dt②关于iC的电路方程：RCdiC?iC?CduS

dtdt③关于uR的电路方程：RCduR?uR?RCduS dtdt? 一阶RL电路

①关于iL的电路方程：LdiL?iL?1uS

RdtR②关于uL的电路方程：LduL?uL?LduS RdtRdt③关于uR的电路方程：LduR?uR?uS Rdt? 一阶电路方程的一般形式

从上可知，一阶电路的电路方程都是一阶常系数微分方程。并且，若记电路的激励为x(t)，响应为y(t)，则一阶电路方程一般形如：

dy(t)??y(t)?x(t) dt式中，? 因具有时间的单位而称为一阶电路的时间常数(time constant)。并且，对于一阶RC电路，

库??安秒??秒 ?欧?????RC???欧??法???欧?????伏????伏?????对于一阶