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《自动控制实验-lti系统的建模、设计和仿真——课程设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、南京邮电大学系统仿真课程设计报告设计题目LTI系统的建模、设计和仿真专业自动化姓名唐成学号B11050121指导老师杨敏实验日期：2014年3月3日至2014年3月16日LTI系统的建模、设计和仿真考虑如图所示的三轴搬运系统，要求机械臂能在三维空间中准确定位。1.绘制三轴搬运系统开环根轨迹图、Bode图和奈奎斯特图，并判断稳定性；2.如要求系统的阶跃响应的超调量小于16%，在此条件下当控制器为比例控制器，确定K的合适取值，并估算系统的调节时间（按2%准则）；3.当控制器为超前校正网络，设计合适的超前校
2、正网络，使得系统的调节时间小于3s，阶跃响应的超调量小于16%；（要求用根轨迹法和频率响应法两种方法设计控制器）4.如要求系统阶跃响应的超调量小于13%，斜坡响应的稳态误差小于0.125,请设计一个能满足要求的滞后校正网络，并估算校正后系统的调节时间（按2％准则）；5.如将校正网络改为特定形式的PI控制器，请设计能满足要求的PI控制器；6.为改善系统的瞬态性能，可以考虑引入前置滤波器。请讨论当控制器为超前控制和滞后控制两种情况下，前置滤波器对控制系统性能的影响；6.如希望尽可能的缩短系统的调节时间，请
3、设计相对应的控制器，并画出校正后系统的阶跃响应曲线。二、概要设计 控制算法设计思想概述： 单位负反馈控制系统具有良好的性能是指： 1. 在输出端按要求能准确复现给定信号； 2. 具有良好的相对稳定性； 3. 对扰动信号具有充分的抑制能力。 为使系统的控制满足预定的性能指标而有目的地增添的元件或装置，称为控制系统的校正装置。 在控制系统中，我们经常采用两种校正方案：串联校正和反馈校正，其结构如图4.1、图4.2所示。而校正方案的选择主要取决于系统的结构、系统各点功率的大小、可供选择的元件、设计者
4、的经验及经济条件等因素。 在控制工程实践中，解决系统的校正问题，采用的设计方法一般依性能指标而定。若单位反馈控制系统的性能指标以时域量的形式给出时，例如期望的闭环主导极点的阻尼比ζ和无阻尼自振频率nw、超调量00s、上升时间rt和调整时间st等，这时采用根轨迹法进行设计是比较方便的。 若性能指标以频域量的形式给出时，例如所期望的相角裕度¡、幅值裕度Kg、谐振峰值Mr、剪切频率cw、谐振频率rw、带宽（0~bw）及反映稳态指标的开环增益K、稳态误差()sse¥或误差系数(0,1,2)iCi=等，此时虽然
5、时域响应和频域响应之间有间接的关系，但是采用Bode图法进行设计比较方便。采用Bode法设计时，如果给定的是时域指标00s、st，则必须先将其换算成频域指标¡和cw，方可进行相应的运算和设计。 三、详细设计与源代码，仿真结果与性能分析 1： 绘制三轴搬运系统开环根轨迹图、Bode 图和奈奎斯特图，并判断稳定性； 开环 >> Gs=tf([1],[1,6,5,0]) >> rlocus(Gs) >> bode(Gs) >> nyquist(Gs) 闭环>> Gf=feedback(Gs,1) >>
6、 rlocus(Gf) >> bode(Gf) >> nyquist(Gf)开环传递函数的根轨迹图自动控制原理中对系统稳定性的判定，由于该系统传递函数的闭环根轨迹的极点均分布在负半平面，故系统稳定。2：如要求系统的阶跃响应的超调量小于16%，在此条件下当控制器cG为比例控制器，确定K的合适取值，并估算系统的调节时间（按2%准则）；解决方案：此题利用MATLAB的SISOTOOL工具能很方便的得出Gc的参数。SISOTOOL是典型单入单出系统的分析工具，只需将开环传递函数Gs导入，就能方便的对它的校正装
7、置和反馈装置进行调节并直观的看出它的各项性能。源代码：sisotool(Gs)经过测试，当Kc=3时能满足题设的条件，超调量为11.7%，调节时间（Settling Time）为7.88 s。 3：当控制器cG为超前校正网络，设计合适的超前校正网络，使得系统的调节时间小于3s，阶跃响应的超调量小于16%；（要求用根轨迹法和频率响应法两种方法设计控制器）解决方案：（1）根轨迹法：分析：由图可知，超调量为2.59%，调节时间为1.84s,均符合题设要求。（1）频率响应法源代码：K=8;Ts=3; Gs=
8、tf([1],[1,6,5,0]); [mag,phase,w]=bode(Gs); [Gm,Pm]=margin(Gs); Gama=45; Mr=1/sin(Gama); gama=Gama*pi/180; alfa=(1-sin(gama))/(1+sin(gama)); %adb=20*log10(mag); %am=10*log10(alfa); %wc=spline(adb,w,am); wc=(2+1.5*(Mr-1)+2.5*(Mr-1)
