課程作業——一級倒立擺建模與控制方法優化

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****1、擺杆角度和小車所受外作用力的傳遞函數:

在這裏插入圖片描述
*通過matlab仿真得到其根軌跡如圖5-1:*

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*圖5-1 校正前的根軌跡*

*由根軌跡判斷出,該系統不穩定*

*通過根軌跡圖選取臨界穩定的值,通過限定K的範圍(詳細實現可見《Matlab與控制系統仿真實踐》P223),選取臨界穩定參數,如圖5-2*
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*圖5-2 選取臨界穩定參數*

*得出臨界穩定參數,如圖5-3*

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*圖5-3 臨界穩定參數*

*然後得出臨界穩定參數乘上傳遞函數,得到等幅震盪曲線,如圖5-4*

*圖5-4 等幅震盪曲線*

****得出的波形近似於等幅震盪曲線,可以求出P’,通過數據的Time算出在這裏插入圖片描述

*就可以算出PID的各個參數Kp,Ti,Td的值,通過PID控制得出反饋函數的階躍響應,如圖5-5

*圖5-5 校正後的階躍響應曲線*

*經過PID控制校正後的根軌跡,如圖5-6:*

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*圖5-6 校正後的根軌跡*

*得出的根軌跡發現傳遞函數在PID控制範圍內,可達到系統穩定的效果。(後期可以進行進一步的PID參數優化)*

*2、擺杆角度和小車加速度之間的傳遞函數:*

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*得出根軌跡,如圖5-7:*

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*圖5-7 根軌跡*

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*由根軌跡圖得知,系統是不穩定的。通過根軌跡選取適合的臨界穩定參數(這裏選擇試臨界穩定參數法),限制K爲一定範圍,尋找得出等幅震盪的曲線,通過試數法,確認K的值爲50時,系統可達到近似等幅震盪,如圖5-8:*

*圖5-8 等幅震盪曲線*

****通過等幅震盪得出****[

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*圖5-9 校正後的階躍響應曲線*

*經過PID控制後的的根軌跡,如圖5-10:*

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*圖5-10 校正後的根軌跡*

*得出的根軌跡發現傳遞函數在PID控制範圍內,可達到系統穩定的效果。*

*3、擺杆角度和小車位移的傳遞函數:*
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*此傳遞函數算不出等幅震盪臨界比例值,無法使用等幅震盪的方法求此係統的穩定時的階躍曲線,所以我們藉助simulink仿真工具協助我們校正和求解傳遞函數穩定的數值。*

*沒校正時仿真圖5-11:*

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*圖5-11 原傳遞函數仿真圖*

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*圖5-12 沒校正的階躍響應曲線*

*會發現此傳遞函數仿真不通過,然後設置仿真時間爲2.5,如圖5-13*

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*圖5-13 仿真時間設置*

*通過加入simulink中的signal constraint模塊可以優化未校正的傳遞函數。得到如圖5-14*

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*圖5-14 signal constraint優化PID參數*

*可以暫時得到經過PID控制的階躍曲線,因爲此係統還是無法鎮定的。所以採用串接的方式來校正該傳遞函數,通過多次檢驗發現,串接傳遞函數爲****[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-NoPcHZJC-1592192008933)(file:///C:\Users\29545\AppData\Local\Temp\ksohtml1272\wps24.jpg)]****的時候(仿真時間改回原來的10),可以使系統達到鎮定的效果,仿真圖,如圖5-15:*
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*圖5-15 串級控制仿真圖*

*仿真結果,如下圖5-16:*

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5-16 階躍響應仿真曲線****

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