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matlab 课程设计任务书 2 作者：日期：个人收集整理 勿做商业用途 3 内蒙古科技大学课程设计任务书 课程名称 控制系统仿真 设计题目 单神经元 PID 控制系统仿真 指导教师 梁丽 时间 2011。10。102011.10。14 一、教学要求 1、学会收集和查阅资料，学会针对指定控制系统建立数学模型的方法；2、学会使用 Matlab/Simulink 建模和仿真的方法；3、掌握控制器的设计方法，以及控制器参数整定和优化的方法.二、设计资料及参数 1、受控对象由差分方程给出 y（k)=0。368y（k-1）+0.26y(k-2）+0。10u(k-1）+0.632u（k-2）且采样周期为 T=0。001s，2、考虑基于单个神经元的PID控制器对之进行控制，其中输入端)2k()1k(2)k()k()1k()k()k()k()k(321eeexeexex 使用改进的 Hebb 学习算法，三个权值的更新规则如下：)1k()k()k()k()k()(k()k()1k()k()k()k()(k()k()1k()k()k()k()(k()k()1k()k()k(/)k()k()1k()k(3322113131eeeeeueeeueeeuexKuuDPIiiiii e k 对象 1zx1 x2 x3 u+-+yout ri单神经元自适应 PID个人收集整理 勿做商业用途 4 式中:)k(i为对应于输入)k(ix的加权值；i为学习速率系数；K 为神经元的可调比例系数;)k(u为控制器输出；)k(e为系统误差。三、设计要求及成果 1、分析系统，得到系统的数学模型；2、设计 PID 控制器对此系统进行控制并调节 P、I、D 三个参数达到最好的控制效果；3、编写 S-函数并进行封装,实现基于单个神经元的 PID 控制器；4、给定一方波信号，利用该控制器对系统进行仿真，与传统 PID 控制进行比较；5、完成 5000 字左右的课程设计报告(包括设计原理、设计过程及结果分析几部分），要求给出设计的 S-函数、模型图和仿真曲线图。四、进度安排 1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（一天）2、Matlab/Simulink建模（一天）3、控制系统设计与优化（两天）4、编写课程设计说明书（一天)五、评分标准 1）工作态度(占 10%）；2）基本技能的掌握程度（占 20%）；3）方案的设计是否可行和优化(40）；4)课程设计技术设计书编写水平(占 30）.分为优、良、中、合格、不合格五个等级.六、建议参考资料 1、李国勇，控制系统数字仿真与 CADM,北京:电子工业出版社,2003,9 月 2、薛定宇，控制系统仿真与计算机辅助设计M，北京：机械工业出版社，2005，1 月 3、徐丽娜，神经网络控制M,哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1998，11 4、刘金琨，先进 PID 控制及其 MATLAB 仿真M，北京：电子工业出版社，2003，8 个人收集整理 勿做商业用途 5 内蒙古科技大学课程设计任务书 课程名称 控制系统仿真 设计题目 汽车运动控制系统 指导教师 梁丽 时间 2011.10.102011.10。14 一、教学要求 1、学会收集和查阅资料，学会针对指定控制系统建立数学模型的方法;2、学会使用 Matlab/Simulink 建模和仿真的方法；3、掌握控制器的设计方法,以及控制器参数整定和优化的方法。二、设计资料及参数 为了方便系统数学模型的建立和转换，我们设定该系统中汽车车轮的转动惯量可以忽略不计，并且假定汽车受到的摩擦阻力大小与汽车的运动速度成正比，摩擦阻力的方向与汽车运动的方向相反，这样，可将上图所示的汽车运动控制系统简化为一个简单的质量阻尼系统.根据牛顿运动定律，质量阻尼系统的动态数学模型可表示为：汽车质量 m=1000kg，比例系数 b=50 Ns/m，汽车的驱动力 u=500 N.设计要求该汽车运动控制系统的性能指标为：上升时间：5s;最大超调量：10；稳态误差：2。三、设计要求及成果 1、分析系统,得到系统的数学模型；2、求取系统的动态响应曲线；3、设计 PID 控制器;4、求取满足设计要求的 PID 参数，并分析结果;4、完成 5000 字左右的课程设计报告（包括设计原理、设计过程及结果分析几部分），写清楚模糊控制器的设计过程,给出设计的模型图和仿真曲线图.ubvmvv vyubvvm个人收集整理 勿做商业用途 6 四、进度安排 1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（一天）2、Matlab/Simulink建模（一天)3、控制系统设计与优化(两天）4、编写课程设计说明书（一天)五、评分标准 1）工作态度(占 10）；2）基本技能的掌握程度（占 20%）；3）方案的设计是否可行和优化(40%）；4）课程设计技术设计书编写水平（占 30）.分为优、良、中、合格、不合格五个等级。六、建议参考资料 1、李国勇。控制系统数字仿真与 CADM，北京：电子工业出版社,2003,9 2、王丹力，MATLAB 控制系统设计仿真应用 M，北京：中国电力出版社,2007，9 3、薛定宇.控制系统计算机辅助设计MATLAB 语言及应用M.北京：清华大学出版社，1996 4、闻新、周露、李东江等。MATLAB 模糊逻辑工具箱的分析与应用M。北京：科学出版社，2001 5、易继锴.智能控制技术M。北京:北京工业大学出版社，2003，4 个人收集整理 勿做商业用途 7 内蒙古科技大学课程设计任务书 课程名称 控制系统仿真 设计题目 直流脉宽调速系统仿真研究 指导教师 梁丽 时间 2011。10。102011.10。14 一、教学要求 1、学会收集和查阅资料，学会针对指定控制系统建立数学模型的方法;2、学会使用 Matlab/Simulink 建模和仿真的方法；3、掌握控制器的设计方法,以及控制器参数整定和优化的方法。二、设计资料及参数 为了对调速系统进行稳定性和动态品质等动态分析,必须首先建立系统的微分方程式，即描述系统动态物理规律的数学模型 额定励磁下他励直流电动机等效电路如上图所示在设计时，功率驱动器为线性放大器，放大倍数取5o，直流电动机参数为：R=0512，L=0015，Ue=220V，Ie=53A，ne=1460map，Ce=0132，GD2=2245 N，测速发电机的放大倍数Kd=51460(Vrmp），控制器为PID调节器 调速系统采用直流脉宽调速系统，它的主电路是采用电力电子器件构成的脉宽调制式放大器也称为脉宽调制变换器，即PWM变换器 因为PWM调速是通过调整电力晶体管的开通与关断时间来对电机进行调速的，所以有以下公式：Ud=Ton*U/T，Ton为晶体管饱和导通时间，T为一个开关周期的时间，通过调节Ton的大小就可以调节平均电压，也就可以改变电机的两端电压进行调速晶体管需要一个控制方波进行控制,这个方波由脉宽调制器产生,它是由一个运算放大器和二个输入信号组成的电压比较器其中运算放大器必需工作在开环状态稍有一点输入就可以使运算放大器饱和，以便把连续的电压变成脉冲压Simulink中由于没有电压比较器，所以用些非线性函数来模拟其的产生。个人收集整理 勿做商业用途 8 三、设计要求及成果 1、分析系统，得到系统的数学模型并利用matlab/simulink工具箱封装电机模型；2、设计脉宽调制器并封装；3、设计 PID 控制器,调节 P、I、D 三个参数要求稳态指标：转速无静差；动态指标：电流超调量i5；空载起动到额定转速的转速超调量n10；4、完成 5000 字左右的课程设计报告(包括设计原理、设计过程及结果分析几部分），要求给出设计的模型图和仿真曲线图。四、进度安排 1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（一天)2、Matlab/Simulink 建模（两天）3、控制系统设计与优化（一天）4、编写课程设计说明书(一天）五、评分标准 1)工作态度（占 10%）;2）基本技能的掌握程度（占 20%）；3）方案的设计是否可行和优化(40%）；4）课程设计技术设计书编写水平（占 30%).分为优、良、中、合格、不合格五个等级。六、建议参考资料 1、李国勇,控制系统数字仿真与 CADM，北京:电子工业出版社，2003，9 2、薛定宇，控制系统仿真与计算机辅助设计M,北京：机械工业出版社，2005,1 3、陈伯时。电力拖动自动控制系统M。北京：机械工业出版社,1992 个人收集整理 勿做商业用途 9 内蒙古科技大学课程设计任务书 课程名称 控制系统仿真 设计题目 基于模糊控制器的纸浆浓度控制系统 指导教师 梁丽 时间 2011.10。102011。10。14 一、教学要求 1、学会收集和查阅资料，学会针对指定控制系统建立数学模型的方法;2、学会使用 Matlab/Simulink 建模和仿真的方法；3、掌握控制器的设计方法，以及控制器参数整定和优化的方法。二、设计资料及参数 1、在传统的纸浆浓度调节系统中，由于电动执行器属于惯性环节错误!未指定书签。（Ts11错误!未找到引用源。），被控对象也属于惯性和纯滞后环节（TseTs11）,采用数字 PID 调节必产生严重的滞后效应，很难使系统取得良好的控制效果。模糊逻辑控制是模糊语言形式的控制方法，不需要预先知道被控对象结构、参数，不需要建立被控对象的精确数学模型,对对象时变及纯滞后有一定的适应性。因此，在新研制成功的微机化动刀式浓度变送调节器中采用两输入单输出型的模糊控制器来取代传统的 PID 调节。本系统由模糊控制器、执行器、被控对象三部分组成（控制器的采样周期 T=2S）,其结构图如下：设定+_ 输出 y d/dt 2、输入量:纸浆浓度偏差 e。基本论域：1.21.2纸浆浓度 量化论域：X=6,5，-4,-3，2，-1,-0，+0，+1，+2,+3,+4，+5，+6；词集:NBe，NMe,NSe，ZOe,PSe，PMe，PBe.输入量 2：纸浆浓度偏差变化率 ec.基本论域:-0.60.6%量化论域：6，-5，4，3，2，1,0,+0，+1,+2，+3，+4,+5，+6；词集：NBec，NMec，NSec,ZOec，PSec，PMec，PBec。输出量：阀门开度的增量。基本论域：-1212 量化论域：V=-7，-6,5,-4,-3，2,1,-0，+0,+1，+2，+3，+4，+5,+6，+7；词集:NBu，NMu,NSu，ZOu,PSu,PMu,PBu。3、控制规则与模糊控制表 执对模糊个人收集整理 勿做商业用途 10 E U EC NBe NMe NSe ZOe PSe PMe PBe NBec PBu PBu PMu PMu PSu ZOu ZOu NMc PBu PBu PMu PMu PSu ZOu ZOu NSec PBu PBu PMu PSu ZOu NMu NMu ZOec PBu PBu PMu ZOu NMu NBu NBu PSec PMu PMu ZOu NSu NMu NBu NBu PMec ZOu ZOu NSu NMu NMu NBu NBu PBec ZOu ZOu NSu NMu NMu NBu NBu 三、设计要求及成果 1、分析系统，得到系统的数学模型；2、设计模糊控制器；3、把设计好的模糊控制器嵌入系统中进行仿真；4、精简控制规则,提高响应速度，并分析结果；5、完成 5000 字左右的课程设计报告（包括设计原理、设计过程及结果分析几部分），写清楚模糊控制器的设计过程,给出设计的模型图和仿真曲线图。四、进度安排 1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（一天)2、Matlab/Simulink 建模（一天）3、控制系统设计与优化（两天)4、编写课程设计说明书（一天)五、评分标准 1）工作态度（占 10%）；2）基本技能的掌握程度（占 20）；3)方案的设计是否可行和优化(40%);4）课程设计技术设计书编写水平(占 30）.分为优、良、中、合格、不合格五个等级.六、建议参考资料 1、李国勇。控制系统数字仿真与 CADM，北京:电子工业出版社，2003,9 2、薛定宇.控制系统计算机辅助设计-MATLAB 语言及应用M。北京:清华大学出版社，1996 3、闻新、周露、李东江等.MATLAB 模糊逻辑工具箱的分析与应用M.北京：科学出版社，2001 4、易继锴。智能控制技术M.北京:北京工业大学出版社，2003，4 个人收集整理 勿做商业用途 11 内蒙古科技大学课程设计任务书 课程名称 控制系统仿真 设计题目 基于 smith-pid 控制器的双容水箱液位控制系统仿真 指导教师 梁丽 时间 2011。10.102011.10.14 一、教学要求 1、学会收集和查阅资料，学会针对指定控制系统建立数学模型的方法;2、学会使用 Matlab/Simulink 建模和仿真的方法;3、掌握控制器的设计方法,以及控制器参数整定和优化的方法。二、设计资料及参数 1、双容水箱逻辑结构上图所示.水流入量 Qi 由调节阀 u（FV101）控制，流出量 Qo 则由用户通过负载阀 R 来改变，被调量为下水箱水位 h，分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。2、对某种型号的水箱,在某一平衡点附近,建立其线性化模型,其中各参数分别为:T1=80s，T2=80s，K1=KuR1=1dm，K2=R2/R1=1，ss22,81。三、设计要求及成果 1、分析系统,根据物料平衡原理(即液位平衡状态下，流出量必然等于流入量）和给出的参数推导系统的数学模型;2、将数学模型转变为仿真模型,并用 Matlab/Simulink 实现求其动态响应;3、设计合理的控制器（控制算法）控制下水箱液位，使其尽量满足稳、准、快的要求；4、针对大滞后系统,可以用 Simulink 搭建带有 Smith 预估器的 PID 控制器，将该模块嵌入到控制系统中直接控制。并与第三步设计的控制器的控制效果进行比较；5、完成 5000 字左右的课程设计报告(包括设计原理、设计过程及结果分析几部分），要求定值 Qi LT 104 记Qo h 双容水箱结构图 FV101 个人收集整理 勿做商业用途 12 给出设计的模型图和仿真曲线图.四、进度安排 1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（一天)2、Matlab/Simulink 建模（一天）3、控制系统设计与优化（两天）4、编写课程设计说明书（一天）五、评分标准 1）工作态度(占 10）；2）基本技能的掌握程度(占 20%）；3）方案的设计是否可行和优化(40%);4)课程设计技术设计书编写水平(占 30%)。分为优、良、中、合格、不合格五个等级.六、建议参考资料 1、李国勇,控制系统数字仿真与 CADM，北京：电子工业出版社，2003，9 2、王丹力，MATLAB 控制系统设计仿真应用 M,北京:中国电力出版社,2007，9 2、薛定宇，控制系统仿真与计算机辅助设计M，北京:机械工业出版社，2005，1 3、金以慧，过程控制M，北京:清华大学出版社,2003，6 个人收集整理 勿做商业用途 13 内蒙古科技大学课程设计任务书 课程名称 控制系统仿真 设计题目 基于 fuzzy-pid 控制器的双容水箱液位控制系统仿真 指导教师 梁丽 时间 2011.10。102011。10。14 一、教学要求 1、学会收集和查阅资料,学会针对指定控制系统建立数学模型的方法；2、学会使用 Matlab/Simulink 建模和仿真的方法；3、掌握控制器的设计方法，以及控制器参数整定和优化的方法.二、设计资料及参数 1、双容水箱逻辑结构上图所示.水流入量 Qi 由调节阀 u（FV101）控制,流出量 Qo 则由用户通过负载阀 R 来改变,被调量为下水箱水位 h，分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。2、对某种型号的水箱，在某一平衡点附近，建立其线性化模型,其中各参数分别为：T1=80s，T2=80s,K1=KuR1=1dm,K2=R2/R1=1，ss22,81。三、设计要求及成果 1、分析系统，根据物料平衡原理（即液位平衡状态下,流出量必然等于流入量)和给出的参数推导系统的数学模型；2、将数学模型转变为仿真模型，并用 Matlab/Simulink 实现求其动态响应；3、设计合理的控制器(控制算法）控制下水箱液位，使其尽量满足稳、准、快的要求；4、针对大滞后系统，设计模糊控制器,并与第三步设计的控制器的控制效果进行比较;5、完成 5000 字左右的课程设计报告(包括设计原理、设计过程及结果分析几部分）,要求给出设计的模型图和仿真曲线图。定值 Qi LT 104 记Qo h 双容水箱结构图 FV101 个人收集整理 勿做商业用途 14 四、进度安排 1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（一天）2、Matlab/Simulink建模（一天）3、控制系统设计与优化（两天)4、编写课程设计说明书（一天）五、评分标准 1）工作态度（占 10）；2）基本技能的掌握程度（占 20);3）方案的设计是否可行和优化(40)；4）课程设计技术设计书编写水平(占 30）。分为优、良、中、合格、不合格五个等级。六、建议参考资料 1、李国勇，控制系统数字仿真与 CADM，北京：电子工业出版社,2003，9 2、王丹力,MATLAB 控制系统设计仿真应用M，北京：中国电力出版社，2007，9 2、薛定宇，控制系统仿真与计算机辅助设计M,北京：机械工业出版社,2005，1 3、金以慧,过程控制M，北京：清华大学出版社，2003，6 个人收集整理 勿做商业用途 15 内蒙古科技大学课程设计任务书 课程名称 控制系统仿真 设计题目 锅炉汽包水位控制系统 指导教师 梁丽 时间 2011。10。102011.10。14 一、教学要求 1、学会收集和查阅资料，学会针对指定控制系统建立数学模型的方法；2、学会使用 Matlab/Simulink 建模和仿真的方法；3、掌握控制器的设计方法，以及控制器参数整定和优化的方法。二、设计资料及参数 参数：仿真模型采用蒸发量为670t/h 的锅炉汽包对象，给水流量W 与水位L 的传递函数为)15.8(0529.0)()(sssWsL;蒸汽流量D 与水位L 的传递函数为sssDsL0747.0)17.6(613.2)()(2；执行器传递函数为13895.05.4)(ssG；给水流量变送器传递函数为13.005.0)(ssGW；汽包水位变送器传递函数为136.005.1)(ssGl；动态前馈补偿器传递函数为136.005.0)(ssDf；给定水位为0。3米。给定水位 蒸汽流量-调节器 调节器 执行器 锅炉 给水流量变送器 汽包水位变送器 动态前馈补偿器 变送器-水个人收集整理 勿做商业用途 16 三、设计要求及成果 1、分析系统,得到系统的数学模型;2、查找相关资料，充分理解锅炉的汽包水位控制;3、根据给出的系统,设计合理的调节器;4、利用 MATLAB/SIMULINK 工具箱对此控制系统进行仿真；5、给出最佳控制效果曲线和参数;6、比较不同调节器的控制效果；7、完成 5000 字左右的课程设计报告(包括设计原理、设计过程及结果分析几部分），写清楚模糊控制器的设计过程，给出设计的模型图和仿真曲线图。四、进度安排 1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料(一天）2、Matlab/Simulink 建模（一天）3、控制系统设计与优化（两天）4、编写课程设计说明书（一天）五、评分标准 1）工作态度（占 10%)；2)基本技能的掌握程度（占 20%)；3)方案的设计是否可行和优化(40);4）课程设计技术设计书编写水平(占 30）.分为优、良、中、合格、不合格五个等级.六、建议参考资料 1、李国勇.控制系统数字仿真与 CADM，北京：电子工业出版社，2003，9 2、王丹力，MATLAB 控制系统设计仿真应用 M，北京：中国电力出版社，2007，9 3、薛定宇.控制系统计算机辅助设计 MATLAB 语言及应用M.北京：清华大学出版社，1996 4、闻新、周露、李东江等.MATLAB 模糊逻辑工具箱的分析与应用M.北京：科学出版社，2001 5、易继锴.智能控制技术M。北京:北京工业大学出版社，2003，4 个人收集整理 勿做商业用途 17 内蒙古科技大学课程设计任务书 课程名称 控制系统仿真 设计题目 基于 smith-pid 控制器的大延迟控制系统设计 指导教师 梁丽 时间 2011.10.102011。10。14 一、教学要求 1、学会收集和查阅资料，学会针对指定控制系统建立数学模型的方法；2、学会使用 Matlab/Simulink 建模和仿真的方法；3、掌握控制器的设计方法,以及控制器参数整定和优化的方法。二、设计资料及参数 已知过程控制系统的被控广义对象为一个带延迟的惯性环节，其传递函数为 sessG4142)(三、设计要求及成果 1、分析系统，得到系统的动态响应曲线；2、设计合适的控制器，尽量满足稳、准、快三原则；3、设计 Smith 预估控制器；4、比较不同控制器各自的优缺点；5、完成 5000 字左右的课程设计报告（包括设计原理、设计过程及结果分析几部分)，写清楚模糊控制器的设计过程，给出设计的模型图和仿真曲线图。四、进度安排 1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（一天）2、Matlab/Simulink 建模（一天）3、控制系统设计与优化（两天）4、编写课程设计说明书（一天）五、评分标准 1）工作态度(占 10%）;2）基本技能的掌握程度（占 20)；3）方案的设计是否可行和优化（40%)；4)课程设计技术设计书编写水平（占 30%）。分为优、良、中、合格、不合格五个等级。六、建议参考资料 1、李国勇。控制系统数字仿真与 CADM，北京：电子工业出版社，2003，9 2、王丹力，MATLAB 控制系统设计仿真应用 M,北京:中国电力出版社，2007，9 3、薛定宇.控制系统计算机辅助设计MATLAB 语言及应用M。北京:清华大学出版社，1996 4、闻新、周露、李东江等.MATLAB 模糊逻辑工具箱的分析与应用M。北京：科学出版社，2001 5、易继锴。智能控制技术M.北京：北京工业大学出版社，2003，4 个人收集整理 勿做商业用途 18 内蒙古科技大学课程设计任务书 课程名称 控制系统仿真 设计题目 基于 fuzzy-pid 控制器的大延迟控制系统设计 指导教师 梁丽 时间 2011.10.102011.10。14 一、教学要求 1、学会收集和查阅资料，学会针对指定控制系统建立数学模型的方法；2、学会使用 Matlab/Simulink建模和仿真的方法；3、掌握控制器的设计方法,以及控制器参数整定和优化的方法。二、设计资料及参数 已知过程控制系统的被控广义对象为一个带延迟的惯性环节,其传递函数为 sessG4142)(三、设计要求及成果 1、分析系统,得到系统的动态响应曲线；2、设计合适的控制器，尽量满足稳、准、快三原则；3、设计模糊控制器；4、比较不同控制器各自的优缺点；5、完成 5000 字左右的课程设计报告（包括设计原理、设计过程及结果分析几部分），写清楚模糊控制器的设计过程，给出设计的模型图和仿真曲线图。四、进度安排 1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（一天）2、Matlab/Simulink建模（一天）3、控制系统设计与优化（两天）4、编写课程设计说明书（一天）五、评分标准 1）工作态度(占 10）；2)基本技能的掌握程度（占 20)；3）方案的设计是否可行和优化（40)；4)课程设计技术设计书编写水平(占 30)。分为优、良、中、合格、不合格五个等级.六、建议参考资料 1、李国勇.控制系统数字仿真与 CADM,北京：电子工业出版社，2003，9 2、王丹力,MATLAB 控制系统设计仿真应用M，北京：中国电力出版社,2007，9 3、薛定宇.控制系统计算机辅助设计MATLAB 语言及应用M.北京：清华大学出版社，1996 4、闻新、周露、李东江等。MATLAB 模糊逻辑工具箱的分析与应用M。北京：科学出版社,2001 5、易继锴.智能控制技术M.北京:北京工业大学出版社，2003，4