计算机控制系统专业课程设计

1.设计背景..........................................................

2

2.设计过程..........................................................

2

2.1.设计目的 (2)

2.2.设计过程 (2)

3.系统仿真程序及相关结论............................................

4

3.1.系统仿真流程图 ............................. 错误！未定义书签。3.2.校正前离散系统伯德图绘制程序 .. (4)

3.3.校正前离散系统伯德图 ....................... 错误！未定义书签。3.4.校正后离散系统伯德图绘制程序 ............... 错误！未定义书签。3.5.校正前离散系统伯德图 ....................... 错误！未定义书签。3.6.校正前后离散系统伯德图绘制程序 (6)

3.7.校正前后离散系统伯德图 ..................... 错误！未定义书签。3.8.校正后系统时域响应流程图 ................... 错误！未定义书签。3.9.校正后系统时域响应程序 ..................... 错误！未定义书签。

3.10.校正后系统时域响应曲线 .................... 错误！未定义书签。

4.增大采样周期和开环增益后系统实现（T=2,K=2）...... 错误！未定义书签。

4.1.改变后伯德图绘制程序 ....................... 错误！未定义书签。

4.2.系统校正前后伯德图对比 ..................... 错误！未定义书签。

5.心得体会..........................................................

8

6.参考文献......................................... 错误！未定义书签。

1.设计背景

由于滞后-超前校正适用于对校正后系统的动态和静态性能有更多更高要求的场合。施加滞后-超前校正环节，主要是利用其超前部分增大系统的相位裕度，以改善系统的动态性能；利用其滞后部分改善系统的静态性能。

所以我们在此利用超前校正的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性。一般使校正环节的最大相位超前角出现在系统新的穿越频率点。同时利用滞后校正通过加入滞后校正环节，使系统的开环增益有较大幅度增加，同时又使校正后的系统动态指标保持原系统的良好状态。它利用滞后校正环节的低通滤波特性，在不影响校正后系统低频特性的情况下，使校正后系统中高频段增益降低，从而使其穿越频率前移，达到增加系统相位裕度的目的。

2.设计题目介绍

2.1.设计目的

采用变换的Bode图法设计离散控制系统的数字控制器，使得系统满足一W 定的性能指标，并且采用仿真实验对校正后的系统进行校验。

2.2.设计过程

图2.1 离散控制系统结构图

所示，已知被控对象的传递函数为1某控制系统如图

k?s)G(0s(s?1)（1）要求用变换的Bode图法设计

数字控制器，使校正后的系统满足以W)(zD ?，，采样周期；，下性能指标：幅值

裕度相位裕度4k?dBh?1045?s0.2T?v（2）使用MATLAB编程序绘制校正前后离散系统Bode图；

（3）使用MATLAB编程序绘制校正后系统单位阶跃响应，并求取各项性能指标；（4）增大采样周期（如），重复上述校正过程及仿真校验，比较分析采样sT?2.

周期对系统校正效果的影响

4 系统仿真程序与仿真曲线

4.1 T=0.2s校正前后离散系统bode图

clear

w=0.01:0.01:100

y1=20.*log10(4)+20.*log10(((0.1.*w).^2+1).^0.5)+20.*log10(((0.005.*w) .^2+1).^0.5)-20.*log10(w)-20.*log10(((1.005.*w).^2+1).^0.5);

y2=20.*log10(4)+20.*log10(((0.1.*w).^2+1).^0.5)+20.*log10(((0.005.*w) .^2+1).^0.5)+20.*log10(((14.286.*w).^2+1).^0.5)-20.*log10(w)-20.*log1 0(((1.005.*w).^2+1).^0.5)-20.*log10(((68.*w).^2+1).^0.5);

subplot(2,1,1)

semilogx(w,y1,'-',w,y2,':')

legend('before','after')

title('幅频曲线')

xlabel('w(rad/s)')

ylabel('Magnitude(dB)')

hold on

grid on

phi1=atan(-0.1.*w).*180/pi+atan(0.005.*w).*180/pi-90-atan(1.005.*w).* 180/pi;

phi2=atan(-0.1.*w).*180/pi+atan(0.005.*w).*180/pi+atan(14.286.*w).*18 0/pi-90-atan(1.005.*w).*180/pi-atan(68.*w).*180/pi;

subplot(2,1,2)

semilogx(w,phi1,'-',w,phi2,':')

legend('before','after')

title('幅频曲线')

xlabel('w(rad/s)')

ylabel('Magnitude(dB)')

grid on

图4.1 T=0.2s离散系统校正前后bode图

4.2 T=2s校正前后离散系统bode图

clear

w=0.01:0.01:100

y1=20.*log10(4)+20.*log10(((1.*w).^2+1).^0.5)+20.*log10(((0.313.*w).^ 2+1).^0.5)-20.*log10(w)-20.*log10(((1.312.*w).^2+1).^0.5);

y2=20.*log10(4)+20.*log10(((1.*w).^2+1).^0.5)+20.*log10(((0.313.*w).^ 2+1).^0.5)+20.*log10(((25.*w).^2+1).^0.5)-20.*log10(w)-20.*log10(((1. 312.*w).^2+1).^0.5)-20.*log10(((240.*w).^2+1).^0.5);

subplot(2,1,1)

semilogx(w,y1,'-',w,y2,':')

legend('before','after')

title('幅频曲线')

xlabel('w(rad/s)')

ylabel('Magnitude(dB)')

hold on

grid on

phi1=atan(-1.*w).*180/pi+atan(0.313.*w).*180/pi-90-atan(1.312.*w).*18 0/pi;

phi2=atan(-1.*w).*180/pi+atan(0.313.*w).*180/pi+atan(25.*w).*180/pi-9 0-atan(1.312.*w).*180/pi-atan(240.*w).*180/pi;

subplot(2,1,2)

semilogx(w,phi1,'-',w,phi2,':')

legend('before','after')

title('幅频曲线')

xlabel('w(rad/s)')

ylabel('Magnitude(dB)')

grid on

图4.2 T=2s离散系统校正前后bode图

4.3 T=0.2s校正后离散系统单位阶跃响应

clc,clear,close all

传递函数num=4;den=[1 1 0]; %G0．

[A,B,C,D]=tf2ss(num,den); %传递函数变换为状态方程

r=1;x=[0;0]; %单位阶跃输入,状态变量

T=1;h=0.1;Tk=T/h;Time=100; %采样周期，连续部分仿真步长，仿真时间y_0=0;ym=1; %输出初始化

e_1=0;e_2=0;u_1=0;u_2=0; %误差，控制器输出初始化

for t=1:Time %控制器输出仿真

e(t)=r-y_0;

u(t)=0.714*e(t)-0.672*e_1+0.979*u_1;

for k=1:Tk

k1=A*x+B*u(t);

k2=A*(x+h/2*k1)+B*u(t);

k3=A*(x+h/2*k2)+B*u(t);

k4=A*(x+h*k3)+B*u(t);

x=x+(k1+2*k2+2*k3+k4)*h/6;

y((t-1)*Tk+k)=C*x+D*u(t);

y_1=y((t-1)*Tk+k); %G0输出

y_0=y_1;

end

u_2=u_1;u_1=u(t);e_2=e_1;e_1=e(t);

end

plot((1:Time*Tk)*h,y)

Function [pos,tr,ts,tp]=stepchar(g0,delta)

[y,t]=step(g0);

[mp,ind]=max(y);

dimt=length(t);

yss=y(dimt);

pos=100*(mp-yss)/yss;

tp=t(ind);

for i=1:dimt

if y(i)>=1

tr=t(i);

break;

end

end;

for i=1:length(y)

if y(i)<=(1-delta)*yss|y(i)>=(1+delta)*yss

ts=t(i);

end

end

4.3 校正后系统阶跃响应

5 结论

参考文献

[1] 姜学军，刘新国，李晓静. 计算机控制技术.北京：清华大学出版社，2009 2007

北京：科学出版社，.自动控制原理. 胡寿松[2]

[3] 薛定宇.控制系统计算机辅助设计――MATLAB语言与应用.北京：清华大学

出版社，2006