控制系统计算机辅助设计

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1、第6章控制系统计算机辅助设计2021/9/291主要内容基于传递函数的控制器设计方法状态反馈控制基于状态空间模型的控制器设计方法2021/9/2926.1基于传递函数的控制器设计方法6.1.1串联超前滞后校正器2021/9/293超前校正器2021/9/294滞后校正器2021/9/295超前滞后校正器2021/9/2966.1.2超前滞后校正器的设计方法基于剪切频率和相位裕度的设计方法2021/9/297超前滞后校正器的设计规则：且系统静态误差系数为2021/9/2982021/9/299【例6-1】2021/9/2910超前滞后校正器超前校正器2

2、021/9/29112021/9/29122021/9/2913基于模型匹配算法的设计方法假设受控对象的传递函数为，期望闭环系统的频域响应为，超前滞后校正器的一般形式为使得在频率段内闭环模型对期望闭环模型匹配指标为最小2021/9/2914提出了下面的设计算法其中2021/9/2915其中，gp和f分别为受控对象和期望闭环系统的传递函数模型，w1和w2为需要拟合的频率段上下限。2021/9/2916【例6-2】受控对象模型为2021/9/29176.1.3控制系统工具箱中的设计界面控制器设计界面界面允许选择和修改控制器的结构，允许添加零极点，调整增益，从

3、而设计出控制器模型。2021/9/2918【例6-3】受控对象和控制器的传递函数模型分别为2021/9/29196.2基于状态空间模型的控制器设计方法6.2.1状态反馈控制2021/9/2920将代入开环系统的状态方程模型，则在状态反馈矩阵下，系统的闭环状态方程模型可以写成如果系统完全可控，则选择合适的矩阵，可以将闭环系统矩阵的特征值配置到任意地方。2021/9/29216.2.2线性二次型指标最优调节器假设线性时不变系统的状态方程模型为设计一个输入量,使得最优控制性能指标最小2021/9/2922则控制信号应该为由简化的Riccati微分方程求出假设，

4、其中，则可以得出在状态反馈下的闭环系统的状态方程为依照给定加权矩阵设计的LQ最优控制器2021/9/2923离散系统二次型性能指标离散Riccati代数方程这时控制律为2021/9/2924【例6-4】2021/9/29256.2.3极点配置控制器设计系统的状态方程为则系统的闭环状态方程为2021/9/29262021/9/2927Bass-Gura算法2021/9/2928基于此算法编写的MATLAB函数2021/9/2929Ackermann算法其中为将代入得出的矩阵多项式的值鲁棒极点配置算法place()函数不适用于含有多重期望极点的问题acker

5、()函数可以求解配置多重极点的问题2021/9/2930【例6-5】2021/9/2931【例6-6】2021/9/29326.2.4观测器设计及基于观测器的调节器设计2021/9/29332021/9/29342021/9/2935【例6-7】2021/9/29362021/9/2937带有观测器的状态反馈控制结构图2021/9/29382021/9/29392021/9/2940如果参考输入信号，则控制结构化简为2021/9/2941【例6-8】2021/9/29422021/9/29436.3过程控制系统的PID控制器设计6.3.1PID控制器概述

6、连续PID控制器2021/9/2944连续PID控制器Laplace变换形式2021/9/2945离散PID控制器2021/9/2946离散形式的PID控制器Z变换得到的离散PID控制器的传递函数2021/9/2947PID控制器的变形积分分离式PID控制器在启动过程中，如果静态误差很大时，可以关闭积分部分的作用，稳态误差很小时再开启积分作用，消除静态误差2021/9/2948离散增量式PID控制器2021/9/2949抗积分饱和(anti-windup)PID控制器2021/9/29506.3.2过程系统的一阶延迟模型近似带有时间延迟一阶模型(firs

7、t-orderlagplusdelay，FOLPD)一阶延迟模型(FOLPD)的数学表示为2021/9/2951由响应曲线识别一阶模型阶跃响应近似Nyquist图近似编写MATLAB函数getfolpd(),key=12021/9/2952基于频域响应的近似方法调用编写的MATLAB函数getfolpd(),key=22021/9/2953基于传递函数的辨识方法调用编写的MATLAB函数getfolpd(),key=32021/9/2954最优降阶方法调用编写的MATLAB函数getfolpd(),key=4【例6-9】2021/9/29556.3.3Z

8、iegler-Nichols参数整定方法Ziegler-Nichols经验公式编