运用matlab进行控制系统串联校正装置的设计

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1、IF．统解决方案运用MATLAB进行控制系统串联校正装置的设计刘军(江苏财经职业技术学院电子系．江苏淮安223001)摘要：以串联超前网络校正装置为应用对象，借助MATLAB软件设计了此校正装置，与通常的整定方法比较，其优占、是非常直观、可以随意修改参数，节省了大量的计算和编程工作量。通过仿真实例验证了该方法的有效性。关键词：校-if-；MATLAB；串联超前网络DesignofCascadeCalibrationDeviceforControlSystemUsingMATLABLIUJun(JiangsuVocationalColegeofFinance&

2、Economics，huai’an223001，China)Abstract：ThecalibrationdeviceforcascadeleadnetworkisdesignbyMATLABsoftware．Comparingtotraditionalconvolsystemttmingmethod,thismethodhasadvantagesofvisual，easychangingparametersandsavingalotofcomputingandprogramming．Thesimulationverifiedtheefectivenesso

3、fthemethod．Keywords：calibration；MATLAB；cascadeleadnetwork要求。这个办法即是相位滞后校正。O前言2串联超前网络校正传统上人们在自动控制系统分析设计过程中都使用笔算解决问题，运算量很大，并且画出来的曲线也某单位负反馈系统开环传递函数为：G()=／S是概略的。尽管人们可以借助计算机的帮助，但对大多(+1)，要求系统在单位斜坡输入信号作用时，位置输出数初学者来说，很少能够实际计算出阶跃响应，且描绘稳态误差e。≤0．1，开环系统剪切频率03≥4．4(rad／s)，相出相应曲线。MATLAB是一个具有多种功能的大

4、型软角裕度≥45。，复值裕度h≥10。串联无源超前网络件，其在自动化领域中的应用正越来越深人，也是一个装置设计过程如下。先进的控制系统仿真软件，包含了几乎所有当今最先2．1求进的控制技术，其仿真生动、直观、形象。MATLAB软件原系统是一个一型系统，所以有：可以使控制系统分析与设计问题变得简单，它为控制e=s=llKo≤0．1，取K0=10，满足稳态误差的要求。系统的设计和仿真提供了一个有力的工具。2．2检查原系统是否满足性能指标要求利用MATLAB画出原系统的BODE图(见图1)，检1控制系统串联校正的基本思路查是否满足性能指标要求。借助BODE图进行校正

5、，当系统动态性能不能满足=l0；要求时，仅通过改变开环增益来改善其动态性能，其结n1=l；dl=conv([1，o]，[1，1】)；果往往是动态性能得到提高，而静态性能却减低了，以[mag，phase，]=bode(K0nl，d1)；至于不能满足指标的要求。改变开环增益常常不能使静态、动态指标都满足要求。此时必须对系统进行校正。为使系统既有较好的稳态性能，又有一定的稳态裕量，可通过2个办法来实现。其一，以满足系统稳定性能指标的开环增益为基础，对系统BODE图在剪切频率附近提供一个相位超前量，使之达到动态相角稳定裕度的要求，而保持低频部分不变。其二，仍以满足系

6、统稳态性能指标的开环增益为基础，对系统BODE图保持低频段不变，将其中频和高频段的模值加以衰减，使之在中频段的特定点处，达到满足动态相角稳定裕度的作者简介：刘军(1972一)，副教授，从事电气工程和智能控制方‘面的教学与研究。收稿日期：2009—10-12图1原系统的BODE图自动化应用；20102期17系统解决方案√

7、0j

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10、-0l·0．4535S+1margin(mag,phase，)；由图1可知系统的指标：幅值裕度72Db；一72"穿越频0．1127S+l~200rad／s；4fH角裕度18。；剪切频率3．08rad／s。根据系统要2．4验证求，性

11、能指标不能满足要求，需串联一个超前校正装置。画出校正后系统的BODE图(如图2所示)，验证是2．3超前网络的设计否满足设计要求。为了满足相角裕量的要求，超前网络需提供的相位超前角：='，0一l+(5。~10。)(1)式中，。是系统校正后期望的相角裕量；Y。是系统校正前期望的相角裕量。=[1一sin()]／[1+sina(】(2)为了最大限度利用超前网络的相位超前量，应使校正后的剪切频率与产生的角频率相等，而在此频率下，其幅值裕量为20lg√o[，即可确定，再根据l一—~-d—co，最终可确定超前网络的传递函数：mGc()==／(Ts+1)(3)图2校正后系统

12、的BODE图))=10；根据分析，利用式(1)、(2