控制系統(tǒng)仿真與CAD課程設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)二：二階系統(tǒng)串聯(lián)校正裝置設(shè)計(jì)與分析一設(shè)計(jì)題目設(shè)某被控系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)如下:G( s)=Ks (s + 2)二設(shè)計(jì)要求選用合適的方法設(shè)計(jì)一個(gè)串聯(lián)校正裝置K(s)，使閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線超調(diào) 量。 v 20%，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間T 10(1/s)，并分析串 聯(lián)校正裝置中增益、極點(diǎn)和零點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。三設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)方法：采用根軌跡校正工具進(jìn)行串聯(lián)校正設(shè)計(jì)步驟：?jiǎn)?dòng)SISO設(shè)計(jì)器在MATLAB命令窗口中直接鍵入sisotool命令，啟動(dòng)SISO Design Tool控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖選擇串聯(lián)校正系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：控制器C與控制對(duì)象G串聯(lián)，在引入單位負(fù) 反饋構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)輸入系統(tǒng)模型當(dāng)選定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)后，

2、為所設(shè)計(jì)的線性系統(tǒng)輸入模型數(shù)據(jù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求：開環(huán)比例系數(shù)K 10(1/s)Vk即 k = lim sG (s) = 10 得k 20Vsr02- 40取頃傳遞函數(shù)仔(s) =在控制器C取值為常數(shù)1的情況下，繪制此單位負(fù)反饋線性系統(tǒng)的根軌 跡圖、系統(tǒng)的伯德圖以及閉環(huán)階躍響應(yīng)曲線-2-1.5-1-0.50Real Axis500-50-90-135G.M.: InfFreq: InfStable loopOpen-Loop Bode Editor (C)P.M.: 18 deg Freq: 6.17 rad/seieq1.8-180 10-1100101102Frequency (rad/sec

3、)mse1.61.41.28642 0000eaunbmA00123456Time (sec)由階躍響應(yīng)曲線可以看到，此時(shí)在沒(méi)有串聯(lián)校正裝置情況下，超調(diào)量Q % = 60% 20%，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間Ts = 3.5(s) 1.5(s)達(dá)不到指標(biāo)要求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)在完成線性系統(tǒng)數(shù)據(jù)的輸入之后，在SISO Design Tool窗口中，對(duì)控 制器C進(jìn)行設(shè)置。利用增加和刪除零極點(diǎn)的設(shè)置菜單，對(duì)控制器C的零 極點(diǎn)任意設(shè)置。同時(shí)對(duì)控制器C的增益進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)分析在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，需要對(duì)其做進(jìn)一步分析。分析校正后閉環(huán)系統(tǒng)的階 躍響應(yīng)，計(jì)算超調(diào)量、調(diào)整時(shí)間等指標(biāo)，以確保系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求。若 不滿足設(shè)計(jì)要求，重復(fù)步驟

4、4,最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求。重復(fù)執(zhí)行多次步驟4、步驟5后，發(fā)現(xiàn)串聯(lián)校正裝置中增益、極點(diǎn)和零 點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生一定的影響。校正裝置中增益對(duì)系統(tǒng)性能的影響可以改變開環(huán)增益的大小，從而改善穩(wěn)態(tài)誤差校正裝置中極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)性能的影響增加開環(huán)極點(diǎn)，使得原系統(tǒng)根軌跡的整體走向在S平面向右移，使系統(tǒng)穩(wěn)定性變壞校正裝置中零點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)性能的影響增加開環(huán)零點(diǎn)，使得原系統(tǒng)根軌跡的整體走向在S平面向右移，使系 統(tǒng)穩(wěn)定性得到改善。經(jīng)過(guò)多次調(diào)節(jié)后，最終得到理想結(jié)果。20151050-5-10-15-20 -25-20-15-10-50Real Axis500-50-100Cpan-lccp Reda E ditcr (C)G.M.: InfFreq: Inf Stable loop10-1100101102103Frequency (rad/sec)00.10.20.30.40.50.60.70.80.9下圖2為校正后系統(tǒng)的根軌跡圖、系統(tǒng)伯德圖及閉環(huán)階躍響應(yīng)曲線經(jīng)計(jì)算，超調(diào)量a % = 14.6% 20%，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間Ts = 0.65(s) 1.5(s)滿足設(shè)計(jì)要求校正裝置函數(shù)為C (s) = 1 + 0.25s1 + 0.04 s系統(tǒng)驗(yàn)證在使用SISO Design Tool完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之后，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)之前必須 對(duì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)通過(guò)Simulink進(jìn)行仿真分析，進(jìn)一步對(duì)控制器C進(jìn)行 驗(yàn)證