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控制系統(tǒng)仿真范文第1篇

線性最優(yōu)控制理論線性最優(yōu)勵(lì)磁控制器仿真

0引言

在線性最優(yōu)控制理論中應(yīng)用同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制的設(shè)計(jì)已引起了廣泛重視，它突破了古典控制理論單輸入、單輸出控制的局限，實(shí)現(xiàn)了全狀態(tài)量反饋的最優(yōu)勵(lì)磁控制。線性最優(yōu)勵(lì)磁控制器( LOEC)可以使遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)的靜穩(wěn)定極限大為提高，同時(shí)改善了系統(tǒng)遭受小擾動(dòng)時(shí)的阻尼特性。

1線性最優(yōu)控制理論基礎(chǔ)

1.1線性最優(yōu)控制原理

線性最優(yōu)控制理論是現(xiàn)代控制理論中一個(gè)發(fā)展比較完善、應(yīng)用較為廣泛的重要分支，其研究的中心問(wèn)題是選擇最優(yōu)控制規(guī)律，以使得控制系統(tǒng)在特定指標(biāo)條件下的性能為最優(yōu)。

2線性最優(yōu)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

比較精確的同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是七階帕克(Park)模型，其中定子繞組二階、阻尼繞組二階、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程二階、轉(zhuǎn)子繞組一階。由于定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的時(shí)間常數(shù)相對(duì)轉(zhuǎn)子繞組的減小，其動(dòng)態(tài)過(guò)程衰減速度較快，在適時(shí)控制中可以忽略。為了容易實(shí)現(xiàn)并滿足實(shí)時(shí)控制的要求，建立線性最優(yōu)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型時(shí)通常進(jìn)行如下簡(jiǎn)化：

(1)忽略同步發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)過(guò)程；

(2)忽略同步發(fā)電機(jī)定子回路及輸電線路的電阻；

(3)不計(jì)轉(zhuǎn)速變化對(duì)電磁過(guò)程的影響，近似用恒定阻尼系數(shù)D來(lái)反映機(jī)械阻尼轉(zhuǎn)矩的影響。簡(jiǎn)化后，同步發(fā)電機(jī)可用三階狀態(tài)方程來(lái)描述。如果采用勵(lì)磁機(jī)則需要再增加一階方程，對(duì)于快速勵(lì)磁系統(tǒng)，則采用三階發(fā)電機(jī)狀態(tài)方程即可。下面，將以單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)為例設(shè)計(jì)其全狀態(tài)量反饋的最優(yōu)控制器。

3線性最優(yōu)勵(lì)磁控制器的設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果分析

A和B是由網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和運(yùn)行點(diǎn)所確定的系數(shù)矩陣。實(shí)際程序中選擇教材175頁(yè)例題所用數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，仿真運(yùn)行結(jié)果是：系統(tǒng)是穩(wěn)定的，且是完全可控、完全可觀的。

仿真所得曲線如下：

從仿真結(jié)果可以看出,對(duì)于一般的擾動(dòng),最優(yōu)勵(lì)磁控制具備了良好的電壓性能,并且表現(xiàn)了良好的動(dòng)態(tài)特性。同時(shí)值得指出的是,線性最優(yōu)勵(lì)磁控制具有全狀態(tài)量反饋,能夠保證系統(tǒng)在過(guò)渡過(guò)程中各狀態(tài)量對(duì)其穩(wěn)態(tài)值的誤差平方的積分最小,所以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的參數(shù)攝動(dòng)不敏感,其控制效果不受振蕩頻率的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧強(qiáng),王仲鴻,韓英鐸.輸電系統(tǒng)最優(yōu)控制[M].北京:科學(xué)出版社, 1987.

控制系統(tǒng)仿真范文第2篇

關(guān)鍵詞：PLC；仿真控制系統(tǒng)；以太網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TP2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)2095-6363（2017）04-0072-02

運(yùn)載火箭系統(tǒng)中，地面測(cè)試發(fā)射控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱測(cè)發(fā)控系統(tǒng)）用于完成對(duì)運(yùn)載火箭各分系統(tǒng)測(cè)試、總檢查、射前檢查和發(fā)射控制任務(wù)，直接關(guān)系到最終發(fā)射任務(wù)的成敗，考核測(cè)發(fā)控系統(tǒng)的可靠性顯得尤為重要，這就需要一套模擬箭上設(shè)備的仿真控制系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)測(cè)發(fā)控系統(tǒng)的考核測(cè)試。近年來(lái)，運(yùn)載火箭發(fā)射任務(wù)密度越來(lái)越高，原有的仿真控制系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足系統(tǒng)測(cè)試短進(jìn)度、高效率的要求。高集成度、高智能化是當(dāng)前仿真控制系統(tǒng)最為重要的系統(tǒng)性能指標(biāo)。本文將介紹PLC技術(shù)在仿真控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1.系統(tǒng)組成及功能

1.1系統(tǒng)組成

PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，它必須能夠在各種不同的工業(yè)環(huán)境中正常工作。對(duì)工作環(huán)境的要求較低，抗外部干擾能力強(qiáng)，平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTBF）長(zhǎng)是PLC在各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用的重要原因之一。

仿真控制系統(tǒng)由信號(hào)調(diào)理單元、PLC和工業(yè)計(jì)算機(jī)組成。信號(hào)調(diào)理單元由繼電器控制板和時(shí)序信號(hào)板組成，是仿真控制系統(tǒng)與地面測(cè)發(fā)控系統(tǒng)的接口環(huán)節(jié)，一方面將地面測(cè)發(fā)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換成與PLC接口相匹配的信號(hào)，另一方面將PLC的輸出信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換成與箭地接口相一致的信號(hào)供測(cè)發(fā)控系統(tǒng)測(cè)量。PLC通過(guò)以太網(wǎng)與工業(yè)計(jì)算機(jī)（即上位機(jī)）連接，用戶可通過(guò)上位機(jī)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)視PLC的運(yùn)行狀態(tài)。

1.2系統(tǒng)功能

仿真控制系統(tǒng)主要模擬火箭的供配電系統(tǒng)和時(shí)序指令系統(tǒng)，供配電仿真系統(tǒng)模擬火箭供配電邏輯，考核驗(yàn)證地面測(cè)發(fā)控系統(tǒng)對(duì)箭的供配電功能。時(shí)序仿真系統(tǒng)模擬火箭時(shí)序指令，考核驗(yàn)證地面測(cè)發(fā)控系統(tǒng)的時(shí)序指令測(cè)試功能。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1供配電仿真硬件設(shè)計(jì)

由繼電器隔離電路完成供配電指令信號(hào)與PLC輸入模塊的隔離，確保仿真系統(tǒng)PLC與地面測(cè)發(fā)控系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，保證系統(tǒng)工作的可靠性。PLC輸出模塊驅(qū)動(dòng)繼電器控制電路，輸出相應(yīng)的配電指示信號(hào)。

2.2時(shí)序仿真硬件設(shè)計(jì)

時(shí)序仿真系統(tǒng)通過(guò)繼電器隔離電路接收觸發(fā)信號(hào)，該觸發(fā)信號(hào)為時(shí)序系統(tǒng)的時(shí)間零點(diǎn)，PLC從零點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，在規(guī)定的時(shí)刻輸出脈沖信號(hào)，并經(jīng)時(shí)序信號(hào)電路轉(zhuǎn)換成與系統(tǒng)信號(hào)相匹配的信號(hào)。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

仿真系統(tǒng)軟件分為PLC軟件和上位機(jī)軟件，上位機(jī)與PLC之間采用以太網(wǎng)的UDP通訊協(xié)議。UDP通訊協(xié)議是基于網(wǎng)絡(luò)OSI模型的傳輸層的，UDP協(xié)議又稱用戶數(shù)據(jù)幀協(xié)議，是用于計(jì)算機(jī)/工作站、網(wǎng)絡(luò)鏈接的PLC之間數(shù)據(jù)傳輸，其特點(diǎn)是可以進(jìn)行高速傳輸，但不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴７抡嫦到y(tǒng)PLC則使用了UDP通訊協(xié)議高速傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，保證了上位機(jī)對(duì)PLC的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

仿真系統(tǒng)PLC將當(dāng)前的工作狀態(tài)通過(guò)UDP方式發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)軟件接收UDP數(shù)據(jù)包，并將數(shù)據(jù)包的信息顯示在軟件面板上，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控PLC的目的；同時(shí)上位C也可以通過(guò)以太網(wǎng)通訊向PLC發(fā)送控制指令，PLC接收到控制指令后執(zhí)行相應(yīng)的輸出操作。

4.系統(tǒng)擴(kuò)展應(yīng)用

該系統(tǒng)還可以通過(guò)以太網(wǎng)光端機(jī)連接到遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與監(jiān)視，即使不在現(xiàn)場(chǎng)也可以實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)。

控制系統(tǒng)仿真范文第3篇

一、消防閥門生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的組成及原理

1.生產(chǎn)線系統(tǒng)的組成

自動(dòng)消防閥門的生產(chǎn)是以閥門體自動(dòng)生產(chǎn)，輔助其他構(gòu)成零件階段生產(chǎn)的生產(chǎn)模式，閥門體自動(dòng)生產(chǎn)是核心。自動(dòng)線是利用PLC把各部分的動(dòng)作按要求協(xié)調(diào)起來(lái)，形成自動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程，核心是機(jī)械動(dòng)作和自動(dòng)控制有機(jī)結(jié)合；利用交流伺服電動(dòng)機(jī)形成閉環(huán)控制。

送料裝置由機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)單元和控制單元三部分組成。機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由開卷機(jī)、送料機(jī)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成；控制系統(tǒng)由PLC、觸摸屏(HMI)、交流伺服系統(tǒng)和沖擊汽缸等組成；開卷機(jī)把鋼卷展開，通過(guò)送料機(jī)把展開的鋼板校平后送到下一道工序，進(jìn)行去角、切口、沖孔、下料四個(gè)工步，再由輸送裝置送到下一道工序進(jìn)行翻邊、折彎、最后鉚接成型。生產(chǎn)線由PLC進(jìn)行集中控制，使各設(shè)備（如開卷機(jī)、校平機(jī)、沖擊汽缸等）協(xié)調(diào)運(yùn)行；利用觸摸屏(HMI)的良好人機(jī)界面，對(duì)PLC中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、記錄，并控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。

2.各工位自動(dòng)控制原理

以沖孔工位為例說(shuō)明，其他工位（沖三角工位、沖一字口工位、切斷／裁邊工位）自動(dòng)控制原理基本一樣。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖樣，決定各個(gè)沖孔動(dòng)作距電氣零點(diǎn)的距離，在HMI上設(shè)定實(shí)際伺服電動(dòng)機(jī)的脈沖數(shù)，在本次伺服電動(dòng)機(jī)定位完成后，即沖孔位置已經(jīng)達(dá)到?jīng)_頭下時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)延時(shí)停止，PLC使電磁閥通電，沖擊汽缸以高速推動(dòng)沖頭，沖出一個(gè)孔。在沖擊汽缸到達(dá)最高速后（沖孔完成后），位置開關(guān)動(dòng)作，PLC使電磁閥斷電，汽缸回位，完成一個(gè)工位的控制，這樣汽缸的減速行程和反彈行程減為0，提高了沖孔質(zhì)量。

二、閥門生產(chǎn)線的硬件設(shè)計(jì)

閥門生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的控制任務(wù)為：根據(jù)轉(zhuǎn)速信號(hào)，驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)在給定轉(zhuǎn)速下可靠運(yùn)行，通過(guò)傳感器對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的監(jiān)測(cè)，確保伺服電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行，并應(yīng)具備良好的人機(jī)界面。為了滿足上述要求，采用可編程序控制器作為控制器，在閥門生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中，需要48個(gè)輸入點(diǎn)，40個(gè)輸出點(diǎn)，控制一個(gè)交流伺服電動(dòng)機(jī)；根據(jù)要求的

I／O點(diǎn)數(shù)再加上20%～30%的備用量，確定PLC點(diǎn)數(shù)；根據(jù)以上要求，選用三菱電動(dòng)機(jī)的三菱FX2N-48MR可編程序控制器，其配置主要包括CPU模塊、數(shù)字量輸入模塊(DI)、數(shù)字量輸出模塊(DO)、模擬量輸入模塊(AI)、模擬量輸出模塊(AO)以及電源模塊。觸摸屏主要用于PLC的監(jiān)視與控制，可以通過(guò)其顯示屏，以形象的文字、指示燈、動(dòng)畫、曲線等形式監(jiān)視PLC內(nèi)部寄存器或繼電器的數(shù)值及狀態(tài)。與此同時(shí)，也可以通過(guò)輸入單元（如觸摸屏、鍵盤等）向PLC寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，從而使操作人員能夠自如地控制機(jī)器設(shè)備。根據(jù)上述要求，本控制系統(tǒng)采用了SIEMES公司的SIMATICTP170B觸摸屏；人機(jī)設(shè)備和下位機(jī)的通信是通過(guò)PC／MPI適配器和RS232電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

三、Simulink仿真

設(shè)計(jì)工作完成以后，可以利用計(jì)算機(jī)把數(shù)學(xué)模型在各種信號(hào)及擾動(dòng)作用下的響應(yīng)進(jìn)行測(cè)試分析，確定所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能是否符合要求，并且加以修正使其進(jìn)一步完善，以尋求達(dá)到最佳的控制效果。 Simulink是MathWorks公司于1990年推出的產(chǎn)品，主要用于在Matlab下建立系統(tǒng)框圖和仿真環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模、仿真與分析。

1.控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的確定

數(shù)學(xué)模型主要的表現(xiàn)形式是系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，目前主要的幾種傳遞函數(shù)有以下幾種：

有延遲的一階慣性環(huán)節(jié)：

(1)

有延遲的二階慣性環(huán)節(jié)：

(2)

有延遲的n階慣性環(huán)節(jié)：

(3)

對(duì)于一般的工業(yè)控制系統(tǒng)，并不要求非常精確的被控對(duì)象模型，因此在滿足精度要求的情況下，常采用低階傳遞函數(shù)來(lái)擬合被控對(duì)象。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文選用一階的傳遞函數(shù)。由交流伺服電動(dòng)機(jī)的參數(shù)可知傳遞函數(shù)為

PID控制是工程實(shí)踐中應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律，它將偏差的比例、積分和微分通過(guò)線性組合來(lái)構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。

PID控制規(guī)律為：

(4)

式中：u(t)為控制器的輸出；e(t)為偏差，是控制器的輸入；Kp為比例系數(shù)，無(wú)量綱；Ti為積分時(shí)間常數(shù)；Td為微分時(shí)間常數(shù)。

寫成傳遞函數(shù)的形式為:

(5)

PID控制器各環(huán)節(jié)中的比例環(huán)節(jié)，成比例反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦出現(xiàn)，控制器立刻產(chǎn)生作用，以減小偏差。積分環(huán)節(jié)用于消除靜差，積分作用的強(qiáng)弱主要取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。微分環(huán)節(jié)反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)，并能在偏差變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)整時(shí)間。

2.仿真結(jié)果

將實(shí)際參數(shù)代入伺服電動(dòng)機(jī)模型中，用Simulink對(duì)速度系統(tǒng)進(jìn)行仿真的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的仿真結(jié)構(gòu)圖

對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模型進(jìn)行了仿真，仿真采用Simulink提供的ode45算法，采樣頻率為1000Hz。施加幅值為1r／min的階躍信號(hào)，得到系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，如圖2所示。圖中曲線1為未施加PID控制的響應(yīng)曲線，曲線2為施加PID控制的響應(yīng)曲線，P取為3。

圖2所示的是控制系統(tǒng)在PID控制器作用下的單位階躍響應(yīng)，仿真結(jié)果表明，未施加PID控制的響應(yīng)曲線，調(diào)整時(shí)間1.3s(Δ=0.05)。采用PID控制，顯示出好的單位階躍響應(yīng)，上升時(shí)間0.45s，調(diào)整時(shí)間0.75s(Δ=0.05），有更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。

正常生產(chǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)速度為1500r／min，啟動(dòng)時(shí)速度變化如圖3所示，從圖3可以看出，速度變化趨勢(shì)呈線性化，滿足生產(chǎn)要求。生速時(shí)間小于6s，有更高的穩(wěn)定性，誤差小于0.01s。

圖2階躍響應(yīng)曲線圖

圖3實(shí)測(cè)速度趨勢(shì)圖

但由于參數(shù)誤差以及忽略了一些非線性因素的影響，仿真結(jié)果和實(shí)際系統(tǒng)相比較還是有一些微小的差別的，但從整體看來(lái)所建立的模型的響應(yīng)特性和實(shí)際系統(tǒng)的響應(yīng)特性十分接近。

控制系統(tǒng)仿真范文第4篇

一、汽車駕駛控制系統(tǒng)建模

汽車駕駛控制系統(tǒng)是典型的反饋控制系統(tǒng)，是整個(gè)汽車的核心部分。其主要目的就是對(duì)汽車行駛的速度進(jìn)行合理控制，系統(tǒng)的主要工作原理是：速度操縱機(jī)構(gòu)的位置改變，用以設(shè)置汽車行駛的速度；測(cè)量汽車的當(dāng)前速度，并求取它與指定速度的差值；由速度差值信號(hào)驅(qū)動(dòng)汽車產(chǎn)生相應(yīng)的牽引力，并由此牽引力改變汽車的速度直到其速度穩(wěn)定在指定的速度為止。

1.系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

（1）速度操縱機(jī)構(gòu)的位置變換器。位置變換器是汽車駕駛控制系統(tǒng)的輸入部分，目的是將速度操縱機(jī)構(gòu)的位置轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的速度，它們的數(shù)學(xué)關(guān)系如下：

v=ax+b,x∈[0,1]

其中，c為速度操縱機(jī)構(gòu)的位置，v為與之相應(yīng)的速度，a,b為常數(shù)。

（2）行駛控制器。行駛控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，其功能是根據(jù)汽車當(dāng)前速度與指定速度的差值，產(chǎn)生相應(yīng)的牽引力。行駛控制器為一典型的PID控制器，其數(shù)學(xué)表述為：

積分環(huán)節(jié)：x(n)=x(n-1)+u(n)

微分環(huán)節(jié)：d(n)=u(n)-u(n-1)

系統(tǒng)輸出：y(n)Pu(n)+Ix(n)+Dd(n)

其中，u(n)為系統(tǒng)的輸入，相當(dāng)于汽車當(dāng)前速度與指定速度的差值；y(n)為系統(tǒng)的輸出，相當(dāng)于汽車的牽引力； x(n)為系統(tǒng)中的狀態(tài)。P、I、D為PID控制器的比例、積分與微分控制參數(shù)。

（3）汽車動(dòng)力機(jī)構(gòu)。汽車動(dòng)力機(jī)構(gòu)是行駛控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其功能是在牽引力的作用下改變汽車速度，使其達(dá)到指定的速度。牽引力與速度之間的數(shù)學(xué)表述為：

F=mv?+bv

其中，F(xiàn)為汽車的牽引力，m為汽車的質(zhì)量，v為汽車速度，b為阻力因子。

2.系統(tǒng)仿真模型

按照上述的汽車駕駛控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在MATLAB中分別建立汽車位置變換器、行駛控制器、汽車動(dòng)力機(jī)構(gòu)的Simulink仿真子模型；然后，建立整個(gè)汽車駕駛控制系統(tǒng)的仿真模型。

二、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與仿真分析

1.參數(shù)設(shè)置

在建立系統(tǒng)仿真模型后，就可按照系統(tǒng)的要求，設(shè)置系統(tǒng)的模塊參數(shù)和仿真參數(shù)如下：

（1）速度操縱機(jī)構(gòu)的位置變速器。Slider Gain模塊作用是對(duì)位置變速器的輸入信號(hào)x的范圍進(jìn)行限制，其參數(shù)最小值設(shè)為0、最大值設(shè)為1，初始值設(shè)為0.55；Gain模塊，增益取值設(shè)為50；Constant1模塊，常數(shù)取值設(shè)為45。

（2）汽車動(dòng)力機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)模型。Gain模塊取值為1/m，設(shè)為1/1000；Gain1模塊取值為b/m，設(shè)為20/1000；Integrator積分模塊是用來(lái)汽車動(dòng)力機(jī)構(gòu)，初始狀態(tài)設(shè)為0，即汽車初速度值為0。

（3）行駛控制器子系統(tǒng)模型。Delay模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)行駛控制器（即PID控制器），初始狀態(tài)設(shè)為0，采樣時(shí)間設(shè)為0.02s。

系統(tǒng)仿真時(shí)間范圍設(shè)置為從0到500s，選擇變步長(zhǎng)連續(xù)求解器，系統(tǒng)其他模塊及仿真參數(shù)均使用MATLAB默認(rèn)取值。

2.系統(tǒng)定量仿真及分析

建立汽車駕駛控制系統(tǒng)的目的就是使汽車的速度在較短的時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)地達(dá)到指定的速度。根據(jù)上述建立的仿真模型及參數(shù)設(shè)置，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定量仿真分析。使用兩組不同的PID控制參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定量仿真。從仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)汽車駕駛控制參數(shù)P=1、I=0.01、D=0時(shí)，汽車的速度并非直接達(dá)到指定速度，而是經(jīng)過(guò)一個(gè)振蕩衰減過(guò)程，最后逐漸過(guò)渡到指定速度；從參數(shù)P=5、I=0.005、D=2時(shí)的仿真結(jié)果可以看出，適當(dāng)增加控制器的P、D值，減小I值可以改善系統(tǒng)的性能。

3.系統(tǒng)定性仿真分析

行駛控制器是汽車駕駛控制系統(tǒng)中最重要的部分，行駛控制器是一個(gè)典型的PID反饋控制器。從系統(tǒng)定量仿真及分析得知，增加控制器的P、D值，減小I值可以改善系統(tǒng)的性能。筆者下面通過(guò)對(duì)PID值定性研究，分析對(duì)系統(tǒng)性能的動(dòng)態(tài)影響。

為動(dòng)態(tài)研究比例環(huán)節(jié)P值對(duì)系統(tǒng)性能的影響，編寫MATLAB函數(shù)Vary_P.m如下：（此處I、D值固定，I=0.01，D=0）

for p=0:5:25 %設(shè)置比例環(huán)節(jié)p的不同取值；

[t,x,y]=sim(‘bus_driving_system’)%對(duì)系統(tǒng)仿真

subplot(3.2,p/5+1) %繪制系統(tǒng)仿真結(jié)果

plot(t,y)

ylabel([‘P=’,num2str(p)])

end

在MATLAB命令窗口下執(zhí)行函數(shù)Vary_P.m將得到仿真結(jié)果，從中可以看出：對(duì)于取值較大的比例調(diào)節(jié)器P，汽車速度的過(guò)渡時(shí)間較小，且變化平穩(wěn)（仿真結(jié)果曲線無(wú)振蕩且光滑）。由此可以得出，增加比例調(diào)節(jié)器的取值，可以有效改善汽車駕駛控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

同理，為動(dòng)態(tài)研究微分環(huán)節(jié)D值對(duì)系統(tǒng)性能的影響，編寫MATLAB函數(shù)Vary_D.m如下：（此處P、I值固定，I=0.01，P=1）

for d=0:5:25 %設(shè)置微分環(huán)節(jié)D的不同取值

[t,x,y]=sim(‘bus_driving_system’)%對(duì)系統(tǒng)仿真

subplot(3.2,d/5+1) %繪制系統(tǒng)仿真結(jié)果

plot(t,y)

ylabel([‘D=’,num2str(d)])

end

在MATLAB命令窗口下執(zhí)行函數(shù)Vary_D.m將得到仿真結(jié)果。從中可以看出，隨著微分比例環(huán)節(jié)D值的變化，汽車的速度都要經(jīng)歷一個(gè)振蕩衰減過(guò)程才能逐漸過(guò)渡到指定的速度。由此可以得出，增加微分調(diào)節(jié)器的取值，對(duì)改善汽車駕駛控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響不大。

同理，為動(dòng)態(tài)研究積分環(huán)節(jié)I值對(duì)系統(tǒng)性能的影響，編寫MATLAB函數(shù)Vary_I.m如下：（此處P、D值固定，D=0，P=1）

m=0 %控制所有圖繪制在一個(gè)窗口

for i=0.005:0.005:0.3 %設(shè)置積分環(huán)節(jié)D的不同取值

[t,x,y]=sim(‘bus_driving_system’) %對(duì)系統(tǒng)仿真

subplot(3,2,m/5+1) %繪制系統(tǒng)仿真結(jié)果

plot(t,y)

ylabel([‘I=’,num2str(i)] )

m=m+5

end

在MATLAB命令窗口下執(zhí)行函數(shù)Vary_I.m將得到仿真結(jié)果。從中可以看出，隨著微分比例環(huán)節(jié)I值的增大，汽車的速度要經(jīng)歷一個(gè)比較大的振蕩衰減過(guò)程才能逐漸過(guò)渡到指定的速度。由此可以得出，減小積分調(diào)節(jié)器的取值能有效改善汽車駕駛控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響。

控制系統(tǒng)仿真范文第5篇

關(guān)鍵詞：電梯控制系統(tǒng) PLC技術(shù) 設(shè)計(jì)與仿真

中圖分類號(hào)：TU85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）03（b）-0058-03

電梯控制系統(tǒng)的發(fā)展伴隨著現(xiàn)階段我國(guó)高層建筑的普及式發(fā)展而來(lái)，對(duì)于電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也在不斷優(yōu)化、完善，實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代。最初對(duì)于電梯系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的是繼電器組成的順序控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)中暴露的諸如高故障率等問(wèn)題也促使控制系統(tǒng)的繼續(xù)完善優(yōu)化；微機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展建立在繼電器控制系統(tǒng)之上，雖然在智能控制方面有較強(qiáng)大的功能，但也存在抗干擾性差，系統(tǒng)設(shè)計(jì)較復(fù)雜等問(wèn)題，限制了微機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用的廣泛性。90年代以來(lái)，可編程序控制器（PLC）作為一種基于順序邏輯控制的需要逐漸發(fā)展起來(lái)，逐漸廣泛應(yīng)用于現(xiàn)階段的電梯控制系統(tǒng)中?，F(xiàn)在PLC技術(shù)的使用極大地方便了電梯系統(tǒng)的安全運(yùn)行。PLC技術(shù)結(jié)合變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代電梯的使用中發(fā)揮了重要的作用。

1 PLC應(yīng)用于電梯控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與功能實(shí)現(xiàn)

1.1 PLC技術(shù)概述

可編程控制器PLC（Programmable Logic Controller），是結(jié)合了現(xiàn)在的多種計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和微處理技術(shù)發(fā)展出來(lái)的一種可以進(jìn)行編輯的邏輯控制器。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)成包括電源、中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、功能模塊以及通信模塊，進(jìn)行內(nèi)部程序的存儲(chǔ)，邏輯運(yùn)算的執(zhí)行，順序控制，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并且會(huì)利用數(shù)字或者是模擬進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的交換進(jìn)而控制各類機(jī)械的生產(chǎn)和過(guò)程。PLC控制系統(tǒng)以其運(yùn)行可靠性高，安裝維護(hù)便捷，抗干擾能力強(qiáng)以及設(shè)計(jì)和調(diào)試周期較短等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。

1.2 PLC在電梯控制系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)

（1）將PLC技術(shù)引入電梯控制系統(tǒng)應(yīng)用中，可以實(shí)現(xiàn)電梯系統(tǒng)的自控程度及精度，提升控制系統(tǒng)的抗干擾能力及可靠性。

（2）由于系統(tǒng)去掉了選層器及大部分繼電器，使得控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及外部線路進(jìn)一步簡(jiǎn)化，體積變小。

（3）PLC的功能是很強(qiáng)大的，對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)PLC都可以滿足其要求，可以根據(jù)需求很自由地增加或者改變各種功能。

（4）PLC可進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警顯示，提高運(yùn)行安全性，安裝維護(hù)便捷，易于檢修且更改控制方案時(shí)不需改動(dòng)硬件接線。

（5）適用于群控調(diào)配和管理，一定程度上可以提高電梯運(yùn)行效率，在此基礎(chǔ)之上所運(yùn)行的電梯裝置有著更為安全、方便及舒適的特點(diǎn)。

1.3 功能要求

基于PLC的電梯控制系統(tǒng)的功能要求主要包括以下幾方面。

（1）應(yīng)用電動(dòng)機(jī)部分去完成電梯的升降功能，并且在相應(yīng)的樓層里安裝可以進(jìn)行上下操作的按鈕開關(guān)。

（2）電梯可以及時(shí)地做出相應(yīng)的動(dòng)作。當(dāng)電梯在運(yùn)行的過(guò)程中有乘客在某一樓層按下了上行或者下行按鈕的時(shí)候，控制系統(tǒng)要保證電梯在延時(shí)的情況下可以正常地打開電梯門。除此之外，在電梯完成了上一個(gè)指令以后在沒(méi)有任何樓層輸入上行或者下行的指令時(shí)要保證電梯及時(shí)地完成梯門的自動(dòng)關(guān)閉動(dòng)作。

（3）在電梯的運(yùn)行過(guò)程中不可避免地會(huì)在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)接受到很多不同的信號(hào)，此時(shí)控制系統(tǒng)要自動(dòng)地做出相應(yīng)的處理進(jìn)而保證電梯的正常運(yùn)行，確保每個(gè)動(dòng)作都是有效的。

1.4 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的節(jié)能原理

想要實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速是有一定的條件的，它是要以變頻器為基礎(chǔ)并由變頻器給交流電動(dòng)機(jī)提供電量進(jìn)而形成開環(huán)或者閉環(huán)的系統(tǒng)。為了謹(jǐn)防在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)什么突發(fā)的情況，需要在各種設(shè)計(jì)機(jī)械分配動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的時(shí)候都要留出一定的富余量。要盡量避免電機(jī)在滿負(fù)荷下工作除非特殊情況下有特殊的要求，在滿負(fù)荷下會(huì)產(chǎn)生多余的力矩進(jìn)而加大功率的消耗給電能造成了很大的損失，除此之外在電壓很高的情況下還會(huì)有可能降低電機(jī)的運(yùn)行速度，所以要盡可能地使電機(jī)在恒壓下工作，與此同時(shí)還節(jié)省了電能。

2 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)是很復(fù)雜的，它結(jié)合了當(dāng)今先進(jìn)技術(shù)，是機(jī)械和電氣結(jié)合的結(jié)果。如今的電梯控制系統(tǒng)主要有3種方式：繼電器-接觸器控制、PLC控制、計(jì)算機(jī)控制。在早些的時(shí)候多采用的是第一種，但是由于其具有很多的缺點(diǎn)而被最終淘汰，比如發(fā)生故障的頻率很高并且維修起來(lái)很困難且運(yùn)行不穩(wěn)定等。計(jì)算機(jī)控制功能很強(qiáng)大但是由于其設(shè)計(jì)系統(tǒng)很復(fù)雜所以其自身的抵抗干擾的能力很差，一旦發(fā)生故障維修起來(lái)比較麻煩，除此之外，其設(shè)計(jì)系統(tǒng)的費(fèi)用也是很高的，這種系統(tǒng)一般用于智能化很高的系統(tǒng)之中。

但是隨著PLC技術(shù)的不斷成熟，其在我們的生活中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。PLC控制系統(tǒng)具有很多的優(yōu)點(diǎn)，其性能是很穩(wěn)定的，結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單便于維護(hù)和維修，其編程和修改也很方便，并且運(yùn)用于電梯控制系統(tǒng)中可以滿足電梯系統(tǒng)的要求，所以逐漸地取代了老式的電梯控制系統(tǒng)。

電梯控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，我們選取了3層作為實(shí)例。電動(dòng)機(jī)是電梯系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源。為了使電梯能夠承受更大的重量，我們?cè)阡摻z繩的另一端加裝了配重而另一點(diǎn)端是橋廂，配重會(huì)根據(jù)電梯的重量發(fā)生相應(yīng)的變化。