计算机控制系统课程设计

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1、计算机控制系统课程设计《计算机控制》课程设计报告题目:超前滞后矫正控制器设计姓名:学号:10级自动化2013年12月2日《计算机控制》课程设计任务书指导教师签字：系（教研室）主任签字：2013年11月25日1.控制系统分析和设计1.1实验要求设单位反馈系统的开环传递函数为G(s)?100，采用模拟设s(0.1s?1)(0.01s?1)计法设计数字控制器，使校正后的系统满足：速度误差系数不小于100，相角裕度不小于40度，截止角频率不小于20。1.2系统分析（1）使系统满足速度误差系数的要求:KV?lims

2、?G(s)?lims?0100?100s?00.1s?10.01s?1(2)用MATLAB画出G(s)?100的Bode图为：s(0.1s?1)(0.01s?1)BodeDiagramGm=0.828dB(at31.6rad/s),Pm=1.58deg(at30.1rad/s)10050Magnitude(dB)Phase(deg)0-50-100-15010-1100101102103104Frequency(rad/s)由图可以得到未校正系统的性能参数为：相角裕度?0?1.58?，幅值裕度Kg0dB?

3、0.828dB,剪切频率为：?c0?30.1rad/s，截止频率为?g0?31.6rad/s（3）未校正系统的阶跃响应曲线StepResponse21.81.61.41.2Amplitude10.80.60.40.2002468101214Time(seconds)可以看出系统产生衰减震荡。（4）性能分析及方法选择系统的幅值裕度和相角裕度都很小，很容易不稳定。在剪切频率处对数幅值特性以-40dB/dec穿过0dB线。如果只加入一个超前校正网络来校正其相角，超前量不足以满足相位裕度的要求，可以先缴入滞后，使

4、中频段衰减，再用超前校正发挥作用，则有可能满足要求。故使用超前滞后校正。1.3模拟控制器设计（1）确定剪切频率?c?c过大会增加超前校正的负担，过小会使带宽过窄，影响响应的快速性。首先求出幅值裕度为零时对应的频率，约为?g?30rad/s，令?c??g?30rad/s。（2）确定滞后校正的参数?2?11??c?3rad/s,T2?0.33s,并且取得??10T210?1?11??0.33rad/s,T1?3sT1?T2则滞后校正的控制器为Gc1(s)?此时系统的响应曲线为：0.33s?13s?1BodeD

5、iagramGm=16.9dB(at26.5rad/s),Pm=26.9deg(at8.73rad/s)10050Magnitude(dB)Phase(deg)0-50-100-15010101010101010Frequency(rad/s)滞后校正后的性能参数为：相角裕度?0?26.9?，幅值裕度Kg0dB?16.9dB,剪切频率为：?c0?8.73rad/s，截止频率为?g0?26.5rad/s系统仍需要进行超前校正（3）确定超前校正的参数在图中过（?c，0dB）作-20dB/dec线，与原先的Bo

6、de相交，交点的角频率为：?3?1?3rad/s,T3?0.3sT31???30rad/s,T4?0.03sT4T3?4?超前矫正控制器的传递函数为：Gc2(s)?0.3s?10.03s?1（4）超前滞后校正同时作用时系统的Bode图：BodeDiagramGm=13.5dB(at62.1rad/s),Pm=48.4deg(at24.4rad/s)10050Magnitude(dB)Phase(deg)0-50-100-15010-210-1100101102103104Frequency(rad/s)相

7、角裕度?0?48.4?，幅值裕度Kg0dB?13.5dB,剪切频率为：?c0?24.4rad/s，截止频率为?g0?62.1rad/s校正后的系统性能已经满足了性能指标要求。(5)画出校正后系统的阶跃响应曲线StepResponse1.41.21Amplitude0.80.60.40.2000.511.5Time(seconds)22.53（6）设计好的控制器传递函数为：Gc(s)?(0.33s?1)(0.3s?1)(3s?1)(0.03s?1)1.4用模拟法设计数字控制器（1）模拟控制器离散化采用双线性

8、变换法。（2）采样周期选择取采样周期T=0.01s,因为考虑到A/D，D/A转换的时间以及单片机计算的时间，采样时间不能选的太小，但是为了保证离散控制器的控制仍能满足性能指标的要求，采样时间不能取得太大。取采样周期为10ms,给程序运行留下了足够的时间，而且由后面可见控制效果仍满足性能指标要求，所以取采样周期为10ms。（3）将模拟控制器离散化0.9715z2?1.882z?0.9116离散化后得脉冲函数为：Gc(z)?2z?