已知直流电机数学模型w'(t)+w(t)=200u(t), (1)单位阶跃响应时,放大倍数和调整时间分别为多少? (2)设计比例控制系统,使电机实际速度Wa(t)在0.5秒内达到期望值Wr的95%以上。 在matlab中进行建模,设计比例控制系统,进行仿真。
时间: 2024-10-25 20:12:48 浏览: 35
这是一个典型的二阶动态系统模型,描述了直流电机的速度变化情况。其中 \( w(t) \) 表示电机的速度,\( w'(t) \) 是速度的变化率(加速度),\( u(t) \) 是输入电压信号(假设为单位阶跃函数,即当 \( t > 0 \) 时 \( u(t) = 1 \),其他时间为0)。
(1) 单位阶跃响应分析:
- 放大倍数(衰减比)通常指的是无输入(\( u(t) = 0 \))时,系统自然响应分量与阶跃响应之间的比率。由于 \( w'(t) + w(t) = 0 \)(无输入时),系统是一个稳定的二阶系统,其特征根为一对共轭复数,所以放大倍数(也叫超调量)一般小于1,表示系统能够完全衰减掉初始状态下的波动。
- 调整时间(settling time)是指从阶跃输入开始到系统稳定误差低于某个阈值(如5%)所需的时间。对于这个模型,我们需要解微分方程找到具体数值,不过它取决于系统的阻尼系数、自然频率等因素。
(2) 设计比例控制器:
为了在0.5秒内让电机速度达到期望值的95%,我们可以设定一个比例控制器 \( K_p \) 和积分项(由于系统是二阶,无需积分)。控制器可以写作:
\[ u_c(t) = K_p ( Wr - Wa(t)) \]
然后在MATLAB中,可以使用`ode45`等工具求解带控制的微分方程组:
```matlab
function dydt = motor_model(t,y,u,Kp)
w = y(1);
dw = y(2);
dydt = [dw; -Kp*(Wr - w)]; % 控制律加上原模型
end
% 初始条件
y0 = [0; 0]; % 初始速度和加速度
tspan = [0 0.5]; % 仿真时间范围
Wr = 0.5; % 期望速度
Kp = 1; % 理想的比例系数(需要调整以满足95%目标)
% 解决带控制的微分方程
[t, y] = ode45(@motor_model, tspan, y0, struct('Input', Wr)); % 输入期望速度
Wa = y(:,1); % 实际速度曲线
```
你需要调整 `Kp` 的值,可能需要通过试验法或PID控制器设计算法来找到合适的增益,使得在0.5秒内速度达到期望值的95%。
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