控制系统校正设计

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1、刖吞对实际系统进行校正设计是自动控制原理课程在实际应用方血的重要内容。本例采用根轨迹设计方法对“F-94或X-15飞机的姿态控制”模拟系统进行了串联校正设计，使得该系统的时域指标满足了设计要求。一、设计过程1.2计算机辅助设计1.2.1验证人工设计通过人工设计得到如下传递函数:Go($)=]]5(—52+-5+1)168c/、0.65GO=j(卄1)(三$+1)1.6c(、0.65GgGoG)二一：;j5(——$+1)(—芒+―s+1)1.6168根据Gq（s）H出未加人T校正的系统根轨迹图（图1-4）和开环波特图（图1-5）；R

2、ootLocusEditorforOpenLoop1(0L1)-20RealAxis642o图1-4未加校正的系统根轨迹图msspnwssOpen.LoopBodeEditorforOpenLoop1(OL1)30■:-6ooP.M..47.9degFreq:461rad/sec:10°Frequency(ra

3、人工校正后的系统根轨迹（图1-7）、开环波特图（图1-8）和系统阶跃响应Oil线（图1-9）0200-20-40-60-100-120图1-8人工校正后的系统开环波特图-801.4StepResponse1.2System:ClosedLooprtoyVO:rtoyPeakamplitude:1.03Overshoot(%):3.31Attime(sec):4.56341apnud£Time(sec)LTIViewer[VReal-TimeUpdate图1-9人工校正后的系统阶跃响应曲线及其动态性能参数有图1-4至图1-8验证了人

4、工设计计算过程的准确性。但是由图1-9可知，人工校正后的系统5=3.31%<5%f=5.64^>5s3调节时间(SettingTime)不满足校正设计的性能指标。尝试与修改,0.65($+l)(A$+l)1.0的增益，可以调节系统的闭环极点，经过不断的最终确定当G“(s)=0.58(s+l)(1L6时,系统的动态性能指标能够满足设计5+1)1.2.2用Matlab对系统进行辅助设计要求(图1-10)。1.4StepResponseSystem:ClosedLooprtoyVO:rtoyPeakamplitude:102Oversh

5、oot(%):1.91Attime(sec):5.141.21System:ClosedLooprtoyI/O:rtoySettlingTime(sec):3.74Time(sec)Real-TimeUpdateSensorDynamicsLTIViewer图1-10用GjG)进行校正后的系统阶跃响应及其动态性能指标此时，=1.91%<5%3.74sv5s由此得到满足设计耍求的传递函数：c(、$+1厂(、0.58G°(s)=—;j，©($)=;心宀S+1)(5+1X—5+1)IoX1.0厂—、0.58Gc($)G()($)=:$(

6、——$+1)(—¥+丄$+1)1.6168可以借助Simulinkfflj出系统框图,如图1_11。仿真后的输出波形即图1T0显示的波形。图1-11Simulink仿真框图其中,C=Gei(5),G=G°(s),H=1二、校正装置电路图6($)二0.58($+1)丄$+1)1.0=0.58x占x1—5+11.6校正装置可由一个放人环节与两个惯性环节实现（图2-1）：（1）放大环节：放大倍数为0.58,用一个放大倍数为-0.58的方向比例运算电路与一个反相器级联构成;（2）惯性环节丄：用一个1MQ电阻与1mF电容并联构成；$+1（3

7、）惯性环节一=——1——:用一个100kQ-U6.25uF电容并联构成。丄$+10.625$+1图2-1校正装置电路图三、设计结论在人工设计过程，我设置了两个极点门二-1,“2=-1・6，得到了校正网络的根轨迹。在计算机辅助设计过程屮，我找到了校正网络的增益K=0.58o串联校正网络G（1（5）=0.58($+1)(1k6s+1)使“F-94或X-15飞机的姿态控制”模拟系统的动态性能指标达到了理想的控制要求，即s=l・91%<5%,匚=3.74sv5s。综合校正网络的设计，得到了校正装置电路图，该电路图结构简单，容易实现。四、心

8、得体会串联补偿设计在实际的应用中往往I•分灵活，我们町以走出固定地超前校正、滞后校正、滞后-超前校正的固定套路，还可以选择P控制器、PI控制器、PD控制器、P1D控制器等，灵活地完成设计任务。良好的设计方法：(1)通过人工设计，设计者可以快速地找到