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1、实验八控制系统的校正及设计一、实验目的1、掌握串联校正环节对系统稳定性的彫响；2、了解使用SISO系统设计工具(SISODesignTool)进行系统设计。二、设计任务串联校正是指校正元件与系统的原来部分串联，如图6-1所示。R®c获)———A►获)——-_►图6-1串联校正图中，@($)表示校正部分的传递函数，G($)表示系统原來前向通道的传递函数。当q(s)=±d(d>l),为串联超前校正；当G<(s)=±d(avl),为串联迟后1+71+7校正。我们可以使用SISO系统设计串联校正环节的参数，SISO系统设计工具(SISODesignTool)是用于单输入单输出反馈控制系
2、统补偿器设计的图形设计环境。通过该工具，用户可以快速完成以下工作：利用根轨迹方法计算系统的闭环特性、针对开环系统Bode图的系统设计、添加补偿器的零极点、设计超前/滞后网络和滤波器、分析闭环系统响应、调整系统幅值或相位裕度等。(1)打开SISO系统设计工具在MATLAB命令窗口中输入sisotool命令，可以打开一个空的SISODesignTool,也可以在sisotool命令的输入参数中指定SISODesignTool启动时缺省打开的模型。注意先在MATLAB的当前T作空间屮定义好该模型。如图6-2为一个DC电机的设计环境。(2)将模型载入SISO设计工具通过file/impor
3、t命令，可以将所要研究的模型载入SISO设计工具中。点击该菜单项后，将弹出ImportSystemData对话框，如图6-3所示。(3)当前的补偿器(CurrentCompensator)图6・2中当前的补偿器(CurrentCompensator)一栏显示的是目前设计的系统补偿器的结构。缺省的补偿器增益是一个没有任何动态属性的单位增益，一旦在跟轨迹图和Bode图中添加零极点或移动曲线，该栏将自动显示补偿器结构。(1)反馈结构SISODesignTool在缺省条件下将补偿器放在系统的前向通道屮，用户可以通过“+/■”按钮选择正负反馈，通过“FS”按钮在如下图6-4几种结构之间进行切
4、换。图6-2SISO系统的图形设计环境^
5、lmportSystemDataiiXjj—SystemNameName:
6、untitled—Importfrom'•WorkspaceCMAT-file1Simulink—SystemDataMAT-FileName:BrowseSISOModelsOther...IOKCancelHelp图6-3ImportSystemData对话框~~G-T+/J—H—1FS+/-卜Gh」FS+/-J1—卜•-GI*»4丄FS—*亡+八
7、1—FS图6-4SISODesignTool中的反馈控制结构1、图6・1所示的控制系统，原开环传递函数为G,$)=
8、=,5(0.15+1)(0.35+1)试用SISO系统设计工具(SISODesignTool)设计超前校正环节，使其校正后系统的静态速度误差系数Kv<6,相角裕度为45。，并绘制校正前后的Bode图，并计算校止前后的相角裕度。(1)将模型载入SISO设计工具7在MATLAB命令窗口先定义好模型G〃(f)=,代码如下:°s(0.1$+1)(03$+1)num=2den=conv([0.1,1,0],[0.3,1])G=tf(nuiTi,den)得到结果如下：Transferfunction:20.03sA3+0.4sA2+s输入sisotool命令，可以打开一个空的SISODesig
9、nTool,通过file/import命令，可以将模型G载入SISO设计工具中，如图6・5所示。(2)调整增益根据要求系统的静态速度误差系数^<6,补偿器的增益应为3,将图6-5中的C⑸=1改为3,如图6・5所示。从图屮Bode相频图左下角可以看出相位裕度y=21.2。，不满足要求。(3)加入超前校正网络在开环Bode图中点击鼠标右键,选择“AddPole/Zero"下的“Lead”菜单，该命令将在控制器屮添加一个超前校正网络。这时鼠标的光标将变成“X”形戻，将鼠标移到Bode图幅频曲线上接近最右端极点的位置按下鼠标，得到如图6-6所示的系统。图6-5改变增益后的系统图6-6增加超
10、前网络后的系统从图中Bode相频图左下角可以看出相位裕度了二28.4。，仍不满足要求，需进一步调整超前环节的参数。(1)调整超而网络的零极点将超前网络的零点移动到靠近原来最左边的极点位置，接下来将超前网络的极点向右移动，并注意移动过程中相角裕度的增长，一直到相角裕度达到45。，此时超前网络满足设计要求。如图6・7所示。图6-7最后满足要求的系统从图中可以看出来，超前网络的传递函数为册諾，最后系统的"6,/=45.9°o2、图6・1所示的控制系统，原开环传递函数为G,s
