控制系统的校正.doc

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1、基于MATLAB控制系统的校正设计1实验目的①掌握串联校正环节对系统稳定性的影响。②了解使用SISO系统设计工具（SISODesignTool）进行系统设计。2设计任务串联校正是指校正元件与系统的原来部分串联，如图1所示。图1串联校正图图中，表示校正部分的传递函数，表示系统原来前向通道的传递函数。，为串联超前校正；当，为串联迟后校正。我们可以使用SISO系统设计串联校正环节的参数，SISO系统设计工具（SISODesignTool）是用于单输入单输出反馈控制系统补偿器设计的图形设计环境。通过该工具，用户可以快速完成以下工作：利用根轨迹方法计算系统的闭环特性、针对开环系统Bode图的系

2、统设计、添加补偿器的零极点、设计超前/滞后网络和滤波器、分析闭环系统响应、调整系统幅值或相位裕度等。（1）打开SISO系统设计工具在MATLAB命令窗口中输入sisotool命令，可以打开一个空的SISODesignTool，也可以在sisotool命令的输入参数中指定SISODesignTool启动时缺省打开的模型。注意先在MATLAB的当前工作空间中定义好该模型。如图2所示。13图2SISO系统的图形设计环境（2）将模型载入SISO设计工具通过file/import命令，可以将所要研究的模型载入SISO设计工具中。点击该菜单项后，将弹出ImportSystemData对话框，如图

3、3所示。图3ImportSystemData对话框（3）当前的补偿器（CurrentCompensator）图2中当前的补偿器（CurrentCompensator）一栏显示的是目前设计的系统补偿器的结构。缺省的补偿器增益是一个没有任何动态属性的单位增益，一旦在跟轨迹图和Bode图中添加零极点或移动曲线，该栏将自动显示补偿器结构。（4）反馈结构SISODesignTool在缺省条件下将补偿器放在系统的前向通道中，用户可以通过“+/-”按钮选择正负反馈，通过“FS”按钮在如下图4几种结构之间进行切换。13图4SISODesignTool中的反馈控制结构例1图1所示的控制系统，原开环传递

4、函数为用SISO系统设计工具（SISODesignTool）设计超前校正环节，使其校正后系统的静态速度误差系数，相角裕度为45°，并绘制校正前后的Bode图，并计算校正前后的相角裕度。⑴将模型载入SISO设计工具在MATLAB命令窗口先定义好模型，用MATLAB编程如下：num=2;den=conv([0.1,1,0],[0.3,1]);G=tf(num,den)运行得到结果如下：Transferfunction:2----------------------0.03s^3+0.4s^2+s输入sisotool命令，可以打开一个空的SISODesignTool，通过file/impo

5、rt令，可以将模型G载入SISO设计工具中，如图5所示。图5改变增益后的系统13（2）调整增益根据要求系统的静态速度误差系数，补偿器的增益应为3，将图5中的C(s)=1改为3，如图5所示。从图中Bode相频图左下角可以看出相位裕度，不满足要求。（3）加入超前校正网络在开环Bode图中点击鼠标右键，选择“AddPole/Zero”下的“Lead”菜单，该命令将在控制器中添加一个超前校正网络。这时鼠标的光标将变成“X”形状，将鼠标移到Bode图幅频曲线上接近最右端极点的位置按下鼠标，得到如图6所示的系统。图6增加超前网络后的系统从图中Bode相频图左下角可以看出相位裕度，仍不满足要求，需

6、进一步调整超前环节的参数。（4）调整超前网络的零极点将超前网络的零点移动到靠近原来最左边的极点位置，接下来将超前网络的极点向右移动，并注意移动过程中相角裕度的增长，一直到相角裕度达到45°，此时超前网络满足设计要求。如图7所示。13图7最后满足要求的系统从图中可以看出来，超前网络的传递函数为，最后系统的，。例2图1所示的控制系统，原开环传递函数为试用SISO系统设计工具（SISODesignTool）设计超前校正环节，使其校正后系统的静态速度误差系数，相角裕度为30°，并绘制校正前后的Bode图，并计算校正前后的相角裕度。例3使用SISODesignTool设计直流电机调速系统。典型

7、电机结构示意图如图8所示，控制系统的输入变量为输入电压，系统输出是电机负载条件下的转动角速度。现设计补偿器的目的是通过对系统输入一定的电压，使电机带动负载以期望的角速度转动，并要求系统具有一定的稳定裕度。13图8直流电动机调速系统直流电机动态模型本质上可以视为典型二阶系统，设某直流电机的传递函数为系统的设计指标为：上升时间﹤0.5s，稳态误差﹤5%，最大超调量，幅值裕度，相角裕度。系统设计步骤：（1）调整补偿器的增益如果对该系统进行时域仿真，可发现其阶跃响