计算机控制例子.doc

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1、.《计算机控制技术》综合设计题学院：电气工程学院年级：08级1班学号：2008301580059姓名：赵一婕..综合设计题太阳光源跟踪系统利用伺服系统控制太阳电池帆板的移动，使其跟踪并始终垂直于太阳光线，最大程度地接受太阳能。太阳光源跟踪系统由感光器与检测线路和电机的功率放大器（可以简化视为一个增益放大环节），太阳帆板（作为直流力矩电机的负载，可以近似看作常值转动惯量加到电机轴上），电机位置传感器（其输出与电机转角成正比的电压信号）和直流力矩电机组成。太阳光源跟踪系统如题图a所示。计算机控制系统方块图如题图b所示。E(z)TD(z)TZOH(a)(b

2、)图太阳光源跟踪计算机控制系统试用连续域-离散化设计方法设计数字控制器，满足如下指标要求：（1）超调量；（2）上升时间；（3）调节时间。（4）静态速度误差系数。..设计要求：（1）计算未加控制器时的性能指标，并绘出仿真曲线；（2）设计连续域控制器D(s)，写出设计步骤，验算加控制器后的性能指标，并绘出仿真曲线；（3）选用两种合适的离散化方法，将D(s)离散为D(z)。并绘制采样周期T分别为0.01s，0.05s，0.1s时，计算机控制系统的单位阶跃响应仿真曲线，记录时域指标，计算。比较两种离散化方法的性能，并说明连续域-离散化设计与采样周期T的关系。

3、比较离散化前后系统的阶跃响应曲线，分析离散化后系统性能变化的原因。（4）最终选定你认为最合适的一种离散化方法和采样周期。说明：所有的仿真都需有程序清单或simulink模型。（1）未加控制器时①%绘制出闭环系统的单位阶跃响应曲线num=[0,0,2*615.91];den=[1,20,0];G=tf(num,den);F=feedback(G,1);step(F)由图计算，超调量σ％=38.9%，上升时间=0.0555s，调节时间=0.391s（=2%）。②%求特征根，判断系统的稳定性c=num+den;r=roots(c)..语句执行结果：r=-1

4、0.0000+33.6425i-10.0000-33.6425i即系统的特征根均有负实部，故该系统是稳定的%求静态速度误差系数symssKvG=2*615.91/(s^2+20*s);Kv=limit(s*G,s,0)运行结果：Kv=61591/1000（2）在未加控制器时，只有超调量σ％不满足要求。本题采用Bode图设计法来求D(s)。由高阶系统性能指标间的关系：Mr=和σ％=0.16+0.4（Mr-1）（1≤Mr≤1.8），再由上面的指标范围可得：Mr≤1.05,≥73①作原系统的Bode图num=[0,0,2*615.91];den=[1,20

5、,0];G=tf(num,den);figure(1);margin(G);holdon..幅值稳定裕度：Lh=Infdb相位稳定裕度：=31.7不满足要求②求超前校正器的传递函数要求≥72.3，并附加5，取=77.3，设超前校正器的传递函数Gc(s)=num=[0,0,2*615.91];den=[1,20,0];sope=tf(num,den);[mag,phase,w]=bode(sope);gama=72.3;[mu,pu]=bode(sope,w);gama1=gama+5;gam=gama1+pi/180;alfa=(1-sin(gam)

6、)/(1+sin(gam));adb=20*log10(mu);am=10*log10(alfa);wc=spline(adb,w,am);T=1/(wc*sqrt(alfa));alfat=alfa*T;Gc=tf([T1],[alfat1])运行结果：Transferfunction:0.06889s+1--------------0.002134s+1得校正器传递函数Gc(s)=③检验校正后系统是否满足题目要求clearnum=[0,0,2*615.91];den=[1,20,0];s1=tf(num,den);num2=[0.06889,1]

7、;den2=[0.002134,1];s2=tf(num2,den2);sope=s1*s2;margin(sope)..幅值稳定裕度：Lh=Infdb相位稳定裕度：=83.7，满足要求。④计算系统校正后阶跃响应及其性能指标%绘制校正后系统的阶跃响应曲线num=[0,0,2*615.91];den=[1,20,0];s1=tf(num,den);num2=[0.06889,1];den2=[0.002134,1];s2=tf(num2,den2);sope=s1*s2;Q=feedback(sope,1);step(Q)gridon..超调量σ％=0

8、18%，上升时间=0.028s0.55s，调节时间=0.103s1s（=2%）。%求静态速度误差系数syms