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《实验七 控制系统的PID校正设计及仿真.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、实验七控制系统的PID校正设计及仿真一、实验目的1．学会用MATLAB对系统进行仿真；2．应用频率综合法对系统进行PID校正综合。二、设计原理与步骤1．设计原理超前校正的主要作用是增加相角裕量，改善系统的动态响应特性。滞后校正的作用是改善系统的静态特性，两种校正结合起来就能同时改善系统的动态和静态特性。滞后超前校正（亦称PID校正）综合了前两种校正的功能。滞后超前校正（亦称PID校正）的传递函数为：它相当于一个滞后校正与一个超前校正相串联，其对数频率特性如图7-1所示：2．设计步骤基于频率法综合滞后-超前校正的步骤是：（1）根据静态指标要求，确定开环比例系
2、数K，并按已确定的K画出系统固有部分的Bode图；（2）根据动态指标要求确定，检查系统固有部分在的对数幅频特性的斜率是否为-2，如果是，求出点的相角;（3）按综合超前校正的步骤（3）~（6）综合超前部分GC1（S）（注意在确定时要计入滞后校正带来的的相角滞后量）。在第（6）步时注意，通常比0高出很多，所以要引进滞后校正;（4）令=求出；（5）按综合滞后校正的步骤（4）~（5）综合滞后部分；（6）将滞后校正与超前校正串联在一起，构成滞后超前校正：三、实验内容练习7-1反馈控制系统的开环传递函数为：要求：（1）速度偏差系数Kv（2）相位裕度γ（3）增益穿越频率
3、要求：（1）设计满足上述要求的滞后-超前控制器；（2）用Simulink进行仿真；（3）画出校正前后的Bode图（4）分析讨论设计过程及结果。程序清单：clc;num1=[50];%Kv>=50den1=conv([0.110],[0.051]);g=tf(num1,den1);[mag0phase0w0]=bode(g);[mg0pm0wm0wc0]=margin(mag,phase,w);%wm为相角交接频率wc=spline(phase0,w0,-180);%找出校正后的截止频率wcpm2=40+5%算出40+5为预期pm5为调整参数a=(1+sin
4、(pm2/180*pi))/(1-sin(pm2/180*pi));Ta=10/wc;%确定网络中滞后部分mag1=spline(w,mag,wc);Mag1=20*log10(mag1);Tb=a/(wc*mag1);%确定网络中超前部分numh=[Ta1];denh=[a*Ta1];numq=[Tb1];denq=[Tb/a1];gh=tf(numh,denh)gq=tf(numq,denq)g2=gq*gh*g;bode(g);holdon;bode(g2);[mag2phase2w2]=bode(g2);[mg3pm3wm3wc3]=margin(
5、mag2,phase2,w2);wc3pm3wc和pm为满足要求超前校正装置为：滞后校正为:校正前后的Bode图：（蓝色为之前，红色为之后）Simulink对原系统和校正后的系统进行仿真，画出校正前后的阶跃响应图：（黄色是校正后的，橘黄色是之前的）分析设计结果：通过分析阶跃响应结果可知，该校正环节成功使得之前极度不稳定的传递系统趋于稳定化。练习7-2被控对象的传递函数为：要求设计单回路控制系统，满足：K40（1）稳态速度误差增益Kv=10/s（2）相位裕度（3）增益裕度要求：（1）设计满足上述要求的滞后-超前控制器；（2）用Simulink进行仿真；（3）
6、画出校正前后的Bode图（4）分析讨论设计结果。程序清单：clc;num1=[40];den1=conv([110],[14]);g=tf(num1,den1);[mag0phase0w0]=bode(g);[mg0pm0wm0wc0]=margin(mag,phase,w);%wm为相角交接频率wc=spline(phase0,w0,-180);%找出校正后的截止频率wcpm2=50+5;%算出50+5为预期pm5为调整参数a=(1+sin(pm2/180*pi))/(1-sin(pm2/180*pi));Ta=10/wc;%确定网络中滞后部分mag1=
7、spline(w0,mag0,wc);Tb=a/(wc*mag1);%确定网络中超前部分numh=[Ta1];denh=[a*Ta1];numq=[Tb1];denq=[Tb/a1];gh=tf(numh,denh)gq=tf(numq,denq)g2=gq*gh*g;bode(g);holdon;bode(g2);[mag2phase2w2]=bode(g2);[mg3pm3wm3wc3]=margin(mag2,phase2,w2);wc2=spline(phase2,w2,-180);mag2=spline(w2,mag2,wc2);mag22=-2
8、0*log10(mag2)%增益裕量是系统稳定余量的一种表达形式。
