控制系统计算机

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1、控制系统计算机辅助设计论文姓名：汤锦杰班级：06102000学号：0610200239指导老师：周川基于MATLAB的超前校正器的计算机辅助设计摘要：本文介绍了在MATLAB环境下，按照规定的系统性能指标要求，采用MATLAB中的控制工具箱和Simulink仿真模块，并用Bode图法实现超前校正器的计算机辅助设计,改善被控对象的性能。关键字：Bode图，超前校正器，MATLAB，仿真Abstract:Inthispaper,weintroducethatintheMATLABenvironment,inac

2、cordancewiththerequirementsofsystemperformanceindicators,weuseMATLABandSimulinksimulationtoolboxcontrolmodule,andwealsouseBodediagramtorealizeaheadofCorrection'scomputer-aideddesigntoimproveplantperformance.Keywords:Bodediagram,AheadofCorrection,MATLAB,sim

3、ulation一、引言目前，控制系统的计算机辅助设计技术的发展已达到了相当高的水平，并一直受到控制界的普遍重视是国际上最优秀的科技应用软件之一，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境，其强大的科学计算与可视化功能，简单易用的开放式可扩展环境，使得成为控制领域进行计算机辅助设计的一种非常好的工具和首选平台。本文介绍在环境下进行滞后校正器的计算机辅助设计的方法，充分利用人机交互性能好、易于调试的特点，用户只需从键盘上输入被控对象的传递函数的分子、分母多项式系数和性

4、能指标要求，就可以立即获得所需的超前校正器和仿真结果，大大提高了课程教学、解题作业、分析研究的效率。二、问题重述本题是B-9题：若某单位反馈控制系统的开环传递函数为：（1）试借助MATLAB和控制工具箱设计一串联校正装置，使系统满足下列性能指标：①在单位斜坡输入作用下的稳态误差；②相角裕度，幅值裕度。（2）给出上述设计的Simulink仿真实现，绘制系统在校正前后的阶跃和斜坡响应，并绘出相应性能指标。一、超前校正网络原理1、超前校正网络模型超前校正网络用RC网络表示如下图：如图：2、超前校正原理根据以上模型

5、可绘出可绘出超前网络的零极点图，bode图由上面的表达式可知它的频率特性函数为：。从与此对应的bode图可以看出超前校正网络的相角为正值，幅值增益随频率的增大而增大。相角为正表明，超前校正网络的确为原有控制系统带来了超前相角，且最大超前角的对应频率是：。引入超前校正网络的真正目的不是提供一个超前角而是要使系统的增益适度增大，提高系统的稳态精度，但与此同时也会降低系统的稳态性。四、超前校正网络的设计1、思路用Bode图方法设计超前校正网络时，首先应在保证稳态精度的前提下（即选取合适的增益值），绘制未校正系统的

6、波特图；其次，在Bode图上读出未校正系统的相角裕度和幅值裕度，并判断是否满足要求。若相角裕度不能满足设计要求，就需要引入合适的超前校正网络，为系统添加超前相角，以增加系统的相角裕度。通过比较原有相角裕度和给定的相角裕度期望值，便可得到需添加的超前相角，然后利用求得所需的α。为了充分发挥超前校正网络的功效，最大限度的增加系统的相角裕度，我们应该尽量使最大超前相角的频率点正好与校正后的系统0dB线交点频率重合，即有。由波特图可知，超前校正网络在增大系统相角裕度的同时，也会增大系统的幅值裕度，其最大增量为；而频

7、率为时，幅值增益的增量应为。由此可知，在为校正系统的bode图上，与幅值增益对应的频率就是新的0dB线交点频率。利用其面得到，可以确定超前校正网络的零点和极点，从而得到所得到的超前校正网络。综上所述，采用Bode图方法设计超前校正网络时，其设计步骤可归纳为：1.在保证稳态精度的前提下，计算为校正系统的相角裕度；2.在允许的调节范围内，确定所需要的最大超前相角；3.利用，计算对应的；4.计算，在未校正系统的幅值增益曲线上，确定与幅值增益对应的频率。当时，超前校正网络能提供（dB）的幅值增益附加增量，因此，经过

8、校正之后，原有幅值增益为的点将变成新的与0dB线的交点。这样对应的频率就是新的交点频率；1.计算极点频率和零点频率；2.绘制校正后闭环系统Bode图，确认相角裕度是否满足设计要求。若任不满足设计要求，则应重复上述设计步骤，直到相角裕度满足设计要求；3.确定系统的增益取值，保持系统的稳态精度。为此，应提高并放大其增益，对销由超前校正网络带来的衰减。2、程序及其相关注释deta=10;%补偿Gmd=10;%输入期望的