机电系统动态仿真matlab电子教案课件-第8章 控制系统的综合与校正.
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基于MATLAB的控制系统仿真图书 ppt (8)[57页]
![基于MATLAB的控制系统仿真图书 ppt (8)[57页]](https://img.taocdn.com/s3/m/3d11aea7cc7931b764ce151b.png)
G(s)
s5
s2 2s4 9s3
10s2
，
应用MATLAB判断闭环系统的稳定性。
（从多个角度分析闭环系统的稳定性）
【解】首先建立系统的数学模型，然后绘制其零
极点图
>> num=[1 2];
>> den=[1 2 9 10 0 0];
>> G=tf(num,den);
>>sys=feedback(G,1);
16
说明：
(1)该系统适用于线性定常连续系统和离散系统。 (2)在绘制的Bode图中，稳定裕度所在的位置将
用垂直线标示出来。 (3)每次只计算或绘制一个系统的稳定裕度。 (4)返回值中，Gm表示幅值裕度；Pm表示相位
裕度（单位：度）；Wcg表示截止频率； Wcp表示穿越频率。
17
【例4.1.4】设单位负反馈闭环系统的
性定常系统sys1，…，sysN的零极
点图。
[p,z]=pzmap(sys) %得到线性定常系统的极点和零点 数值，并不绘制零极点图。
说明： (1)sys描述的系统可以是连续系统，也可以是离散系统； (2)零极点图中，极点以“×”表示，零点以“○”表示。
5
【例4.1.1】已知其单位负反馈系统的
开环传递函数为
在MATLAB中，可以使用函数pzmap( )绘制系 统的零极点图，从图中可以直观地看到左半s 平面是否存在极点，从而判断系统是否稳定。 其主要功能和格式如下。
功能：计算线性定常系统的零极点，并将它们 表示在s复平面上。
4
格式：
pzmap(sys1,…,s %在一张零极点图中同时绘制N个线
ysN)
Magnitude (dB)
机电系统动态仿真-基于MATLABSimulink课程设计
机电系统动态仿真-基于MATLAB Simulink课程设计简介机电系统是由电气、机械及控制部分组成的复杂系统。
动态仿真是一种研究系统行为的方法，可以帮助我们更好地理解系统的运行原理。
本课程设计旨在介绍机电系统动态仿真的基本原理和方法，并使用MATLAB Simulink软件进行实践操作。
课程内容本课程设计包括以下几个部分：1. 机电系统简介介绍机电系统的组成部分、基本特性及其应用场景，旨在让学生对机电系统有一个全面的认识和了解。
2. MATLAB Simulink简介介绍MATLAB Simulink的基本使用方法，包括模块的添加、参数的设置和仿真结果的显示等。
3. 机电系统建模使用MATLAB Simulink软件对机电系统进行建模，包括机械部分、电气部分及控制部分等。
4. 系统仿真利用所建立的机电系统模型进行系统仿真，包括控制器输出、系统响应等结果分析。
5. 结果分析对仿真结果进行对比分析，分析不同参数条件下系统的运行情况，找出系统的优化方案。
实践操作为了让学生更好地掌握机电系统动态仿真的基本原理和方法，本课程设计还包括以下的实践操作：1. 模型建立使用MATLAB Simulink工具箱，建立一个简单的机电系统模型。
2. 参数设置调整模型内参数，观察系统响应情况。
3. 仿真并分析结果执行仿真操作，对仿真结果进行分析，并尝试不同参数条件下系统的运行情况。
4. 优化方案结合分析结果，提出相应的优化方案，并重新设置参数进行仿真。
5. 实验报告整理实验数据、结果和分析，撰写实验报告。
实验环境本课程设计使用的软件工具为MATLAB Simulink，需要学生提前安装并掌握基本使用方法。
课程收获通过本课程的学习和实践操作，学生能够初步掌握机电系统动态仿真的基本原理和方法，了解MATLAB Simulink的基本使用方法，从而更好地理解机电系统的运行原理和优化方案。
同时，学生能够提高实际操作能力，加强分析和解决问题的能力。
机电系统仿真课案PPT课件
4/48
第4页/共46页
一. 仿真技术概论
2. 仿真的必要性
希望能在较短的时间内观察到系统发展的全 过程，以估计某些参数对系统行为的影响．
难以在实际环境中进行实验和观察时，计算 机仿真是唯一可行的方法， 例如太空飞行的 研究．
需要对系统或过程进行长期运行比较，从大 量方案中寻找最优方案．
5/48
14/48
第14页/共46页
一. 仿真技术概论
5. 系统仿真
（4）系统仿真的一般步骤：
①建立系统的数学模型；
②转换成仿真模型；
③编写仿真程序；
④对仿真模型进行修改校验，看 与实际系统是否一致，确认模型 的正确性。
⑤运行仿真程序，在不同的初始 15/48 条件和参数下，对系统进行第反15页复/共46页
3/48
第3页/共46页
一. 仿真技术概论
2. 仿真的必要性
难以用数学公式表示的系统，或者没有建立 和求解数学模型的有效方法．虽然可以用解 析的方法解决问题，但数学的分析与计算过 于复杂，这时计算机仿真可能提供简单可行 的求解方法
对于随机性系统，可以通过大量的重复试验， 获得其平均意义上的特性指标
具有刚性、阻力及惯性这些性能，在输入力作用下，
19/48
系统能产生一定相应输出，如位移输出。
第19页/共46页
二 . 机电系统建模
2. 机械系统的数学模型
（1）机械移动系统
m
k
c
机械平移系统基本元件
(a)质量；(b)弹簧；(c)阻尼
20/48
第20页/共46页
二 . 机电系统建模
2. 机械系统的数学模型
d 2 x2 dt 2
?
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一. 仿真技术概论
2. 仿真的必要性
希望能在较短的时间内观察到系统发展的全 过程，以估计某些参数对系统行为的影响．
难以在实际环境中进行实验和观察时，计算 机仿真是唯一可行的方法， 例如太空飞行的 研究．
需要对系统或过程进行长期运行比较，从大 量方案中寻找最优方案．
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一. 仿真技术概论
5. 系统仿真
（4）系统仿真的一般步骤：
①建立系统的数学模型；
②转换成仿真模型；
③编写仿真程序；
④对仿真模型进行修改校验，看 与实际系统是否一致，确认模型 的正确性。
⑤运行仿真程序，在不同的初始 15/48 条件和参数下，对系统进行第反15页复/共46页
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一. 仿真技术概论
2. 仿真的必要性
难以用数学公式表示的系统，或者没有建立 和求解数学模型的有效方法．虽然可以用解 析的方法解决问题，但数学的分析与计算过 于复杂，这时计算机仿真可能提供简单可行 的求解方法
对于随机性系统，可以通过大量的重复试验， 获得其平均意义上的特性指标
具有刚性、阻力及惯性这些性能，在输入力作用下，
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系统能产生一定相应输出，如位移输出。
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二 . 机电系统建模
2. 机械系统的数学模型
（1）机械移动系统
m
k
c
机械平移系统基本元件
(a)质量；(b)弹簧；(c)阻尼
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二 . 机电系统建模
2. 机械系统的数学模型
d 2 x2 dt 2
?
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控制系统的MATLAB仿真与设计(第2版)全套课件完整版电子教案最新板
1.1 MATLAB 简介
二、MATLAB 平台的组成
➢ Matlab语言 Matlab是一种高级编程语言，它提供了多种数据类型、丰富的运算符 和程序控制语句供用户适用。用户可以根据需求，按照Matlab语言 的约定，编程完成特定的工作。
➢ Matlab集成工作环境
Matlab集成工作环境包括程序编辑器、变量查看 器、系统仿真器和帮助系统等。用户在集成工作环 境中可以完成程序的编辑、运行和调试，输出和打 印程序的运行结果。
1.2 MATLAB的安装和使用
一、MATLAB 的安装
(1)将安装盘放入光驱中，找到setup.exe文件，双击它开始安装（或机 器自动执行安装文件）。
(2)安装过程中，用户按照向导的提示进行操作即可，其中比较重要的输 入和选项包括：
➢ 授权序列号 需要输入软件供应商提供的授权序列号才能继续完成安装工作。
➢ Notetbook工具 Notebook能够使用户在Word环境中使用 MATLAB的各种资源，为用户营造容文字处理、科 学计算、工程设计于一体的完美的工作环境。用 Notebook制作的M-Book文档不仅拥有Word的 全部字处理功能，而且具备MATLAB的数学运算能 力和计算结果可视化的能力。
例如：A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]一条语句实现了对3x3矩阵的输入。
2．数值算法稳定可靠，库函数十分丰富。
Matlab具有强大的数值计算能力，它提供的众多数学
计算的函数调用方便，稳定可靠。
例如：e=eig(A)
%求矩阵A的特征值
[L,U]=lu(A) %求矩阵A的LU分解，
polyder(b)
控制系统的MATLAB 仿真与设计(第2版）
第一章 MATLAB基础
MATLAB自控课程设计---控制系统的综合设计
自动控制原理课程设计专业：测控技术与仪器设计题目：控制系统的综合设计学生姓名：班级：学号：指导教师：分院院长：教研室主任：电气工程学院摘要用MATLAB进行控制系统的超前校正设计是对所学的自动控制原理的初步运用。
本课程设计首先针对校正前系统的稳定性能，用MATLAB画出其根轨迹、奈奎斯特曲线及伯德图进行分析，是否达到系统的要求，然后对校正装置进行参数的计算和选择，串联适当的超前校正装置。
最后用MATLAB 对校正前后的系统进行仿真分析，校正后的系统是否达到要求，并计算其时域性能指标。
最后通过硬件连接检测出串联校正前后的伯德图，对MATLAB 产生图形进行检测。
关键词：MATLAB 校正前系统校正后系统伯德图。
目录第一章自动控制原理课程介绍 (1)1.1自动控制原理 (1)1.2自动控制理论 (1)1.3自动控制系统 (1)1.4课程设计主要内容 (2)1.5该课程设计涵盖的基本知识点 (2)第二章 MATLAB概述 (3)第三章课程设计理论基础 (4)3.1设计内容 (4)3.2设计要求 (5)3.3理论计算 (5)第四章用MATLAB-SIUMLINK进行仿真分析 (8)4.1 MATLAB仿真设计 (8)4.2 SIUMLINK仿真分析 (11)第五章硬件设计与检测 (15)课程设计总结 (18)参考文献 (19)附录:校正后硬件电路连接图 (20)第一章自动控制原理课程介绍1.1自动控制原理自动控制（原理）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称为控制装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。
1.2自动控制理论自控是研究自动控制共同规律的技术科学。
它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制，二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪，火炮定位系统，雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。
Matlab控制系统的仿真课件
（2）建立导数函数
function dy=cap(t,y) Vi=20; R=5; C=70e-6; dy=(Vi-y)/(R*C); （3）使用ode函数进行仿真，仿真时间0～0.006s，Vc 初始值为0V。
>> [t,y]=ode45('cap',[0,0.006],0); >> plot(t,y) >> axis([0 0.006 0 25]) >> title('Vc-Time') >> xlabel('Time/sec') >> ylabel('Vc/V')
例：根据传递函数求解零点、极点和增益，并判断该
系统是否稳定。
2 s2 3 s 4 H (s)3 s6 4 s5 5 s4 6 s3 7 s2 8 s 9
建立文件control2.m num=[2 3 4]; den=[3 4 5 6 7 8 9]; [z,p,k]=tf2zp(num,den); disp('zeros:'); z disp('poles:'); p disp('gain3:'); k
Q= -0.4605
7.2 微分方程模型
7.2.1 方法描述 微分方程模型是数学模型的一种主要形式。当采用
一阶微分方程的数值积分法进行数值计算时，应把高阶 微分方程变换成n个一阶微分方程形式。对于微分方程 而言，除了少数可以得到解析解外，大多数只能采用数 值解法。
在MATLAB中，使用ode函数建立微分方程模型。 7.2.2 范例分析 例：在RC低通滤波器电路中，电阻R=5Ω，理想电压 源为Vi=20V，电容C=70μF。分析电容元件的时域特性。
控制系统的MATLAB仿真课件(99页)
b= u1
x1 1 x2 0 x3 0 x4 0 c=
x1 x2 x3 x4 y1 6 12 6 10 d=
u1 y1 0 Continuous-time model.
19
第7章
控制系统的MATLAB仿真
由以上数据可写出系统的状态空间模型为：
?
?? 2 ? 3 ? 1 ? 1?
?1?
? ??X?(t)?
series()函数命令还可以将多个环节按两两串联的形式多 次递归调用加以连接，进行等效化简。
sys= series(sysl,sys2命) 令可以用命令 sys=sys1*sys2* …*sysn取代，不仅省掉“series(”)字符，且 可以实现多个环节的串联等效传递函数的求取。
23
第7章
控制系统的MATLAB仿真
形式之一。控制系统的环节串联及其化简就是模块方框图模 型的串联及其化简。可以用MATLAB 的函数命令series(将) 串 联模块进行等效变换。
使用series(函) 数命令不必做多项式的乘除运算即可实现 两个环节传递函数的串联连接。如果令sys1= tf(num1,den1) ， sys2= tf(num2,den2) ，其命令格式为： sys= series(sysl,sys2)
zp2tf
将系统零极点增益模型转换为传递函数模型
15
第7章
控制系统的MATLAB仿真
【例7.2】 已知某系统的传递函数为： G (s)? 12s3 ? 24s2 ? 12s ? 20 2s4 ? 4s3 ? 6s2 ? 2s ? 2
试用MATLAB 语言求出该系统的传递函数模型、状态空 间模型和零极点增益模型。
22
第7章
控制系统的MATLAB仿真
x1 1 x2 0 x3 0 x4 0 c=
x1 x2 x3 x4 y1 6 12 6 10 d=
u1 y1 0 Continuous-time model.
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第7章
控制系统的MATLAB仿真
由以上数据可写出系统的状态空间模型为：
?
?? 2 ? 3 ? 1 ? 1?
?1?
? ??X?(t)?
series()函数命令还可以将多个环节按两两串联的形式多 次递归调用加以连接，进行等效化简。
sys= series(sysl,sys2命) 令可以用命令 sys=sys1*sys2* …*sysn取代，不仅省掉“series(”)字符，且 可以实现多个环节的串联等效传递函数的求取。
23
第7章
控制系统的MATLAB仿真
形式之一。控制系统的环节串联及其化简就是模块方框图模 型的串联及其化简。可以用MATLAB 的函数命令series(将) 串 联模块进行等效变换。
使用series(函) 数命令不必做多项式的乘除运算即可实现 两个环节传递函数的串联连接。如果令sys1= tf(num1,den1) ， sys2= tf(num2,den2) ，其命令格式为： sys= series(sysl,sys2)
zp2tf
将系统零极点增益模型转换为传递函数模型
15
第7章
控制系统的MATLAB仿真
【例7.2】 已知某系统的传递函数为： G (s)? 12s3 ? 24s2 ? 12s ? 20 2s4 ? 4s3 ? 6s2 ? 2s ? 2
试用MATLAB 语言求出该系统的传递函数模型、状态空 间模型和零极点增益模型。
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第7章
控制系统的MATLAB仿真
大学生 机电系统动态仿真matlab电子教案课件-第8章 控制系统的综合与校正 精品推荐
t
d
u(t) K Pe(t) K I
0 e(t)dt K D
e(t) dt
PID传递函数
U (s)
1
Gc (s) E(s) K P K I s K D s
Gc
(s)
K
P
(1
1 TI s
TD
s)
KP——比例系数；TI——积分时间常数；TD——微分时间常数
2020/12/21
17
例8—4
G(s)
4
(2s 1)(0.5s 1)(0.05s 1)
γ=60° 开环增益 K0=49
2020/12/21
14
仿真结果
2020/12/21
15
仿真结果
2020/12/21
16
8.2.2 PID校正
PID控制器是一种线性控制器。它将偏差的比例、积分和微分 通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。PID控制规律的 微分方程式为
m2 x2 Ks (x2 x1) b(x2 x1) u Kt (W x2 )
2020/12/21
23
被动悬架框图
m1x1 Ks (x2 x1) b(x2 x1) u
m2 x2 Ks (x2 x1) b(x2 x1) u Kt (W x2 )
2020/12/21
2020/12/21
2
系统综合与校正的概念
何谓综合？
对于给定的受控系统，确定其控制规律，即设计控 制器的结构及其参数，使系统的过程满足事先规定的性 能指标。
在已知受控对象的特性和要求的系统性能指标，构 造一个控制系统，称为系统综合。
控制系统设计，实质上就是控制器设计。对于不同 的系统，对于不同的设计方法，控制器也称为补偿器、 校正装置（校正器）。在经典控制理论中，系统综合的 关键是校正装置设计。而在现代控制理论中，系统综合 的关键是控制器设计。
MATLAB与控制系统仿真--控制系统的根轨迹分析与校正 ppt课件
PPT课件 2
13.2 控制系统的根轨迹法校正
主要内容（续）
13.3 MATLAB图形化根轨迹法分析与设计
13.3.1 MATLAB图形化根轨迹法分析与设计 工具rltool 13.3.2 基于图形化工具rltool的系统分析 与设计实例
本章小结
PPT课件
3
根轨迹概念
是指当开环系统某一参数从零变到无穷 大时，闭环系统特征根(闭环极点)在复 平面上移动的轨迹。 通常情况下根轨迹是指增益K由零到正无 穷大下的根的轨迹。
PPT课件
31
13.2
控制系统的根轨迹法校正
相位超前校正： 如果系统的期望主导极点往往不在系统的根轨迹上。 由根轨迹的理论，添加上开环零点或极点可以使根轨 迹曲线形状改变。若期望主导极点在原根轨迹的左侧， 则只要加上一对零、极点，使零点位置位于极点右侧。 如果适当选择零、极点的位置，就能够使系统根轨迹 通过期望主导极点s1，并且使主导极点在s1点位置时 的稳态增益满足要求。
PPT课件
32
13.2
控制系统的根轨迹法校正
相位滞后校正： 系统的期望主导极点若在系统的根轨迹上，但是 在该点的静态特性不满足要求，即对应的系统开 环增益K太小。单纯增大K值将会使系统阻尼比变 小，甚至于使闭环特征根跑到复平面S的右半平面。 为了使闭环主导极点在原位置不动，并满足静态 指标要求，则可以添加上一对偶极子，其极点在 其零点的右侧。从而使系统原根轨迹形状基本不 变，而在期望主导极点处的稳态增益得到加大。
注：演示例 1：若单位反馈控制系统 的开环传递函数为
Gk (s) kg s(s 1)(s 5)
13.2 控制系统的根轨迹法校正
主要内容（续）
13.3 MATLAB图形化根轨迹法分析与设计
13.3.1 MATLAB图形化根轨迹法分析与设计 工具rltool 13.3.2 基于图形化工具rltool的系统分析 与设计实例
本章小结
PPT课件
3
根轨迹概念
是指当开环系统某一参数从零变到无穷 大时，闭环系统特征根(闭环极点)在复 平面上移动的轨迹。 通常情况下根轨迹是指增益K由零到正无 穷大下的根的轨迹。
PPT课件
31
13.2
控制系统的根轨迹法校正
相位超前校正： 如果系统的期望主导极点往往不在系统的根轨迹上。 由根轨迹的理论，添加上开环零点或极点可以使根轨 迹曲线形状改变。若期望主导极点在原根轨迹的左侧， 则只要加上一对零、极点，使零点位置位于极点右侧。 如果适当选择零、极点的位置，就能够使系统根轨迹 通过期望主导极点s1，并且使主导极点在s1点位置时 的稳态增益满足要求。
PPT课件
32
13.2
控制系统的根轨迹法校正
相位滞后校正： 系统的期望主导极点若在系统的根轨迹上，但是 在该点的静态特性不满足要求，即对应的系统开 环增益K太小。单纯增大K值将会使系统阻尼比变 小，甚至于使闭环特征根跑到复平面S的右半平面。 为了使闭环主导极点在原位置不动，并满足静态 指标要求，则可以添加上一对偶极子，其极点在 其零点的右侧。从而使系统原根轨迹形状基本不 变，而在期望主导极点处的稳态增益得到加大。
注：演示例 1：若单位反馈控制系统 的开环传递函数为
Gk (s) kg s(s 1)(s 5)
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K c (T1s 1) T1s 1
1
相位滞后校正
利用高频幅值衰减 特性，在不影响动态特 性的前提下，改善系统 的稳态特性。
2020/4/2
13
相位滞后校正：例8—3
相位滞后校正 设计思想：
先确定增益 Kc使系统具有希 望的稳态精度， 再确定校正装置 的转折频率使系 统具有希望的相 位裕度γ 。
主动控制力 车身位移
干扰信号——W 控制目的
通过调整控制力u，使汽车在任何路面上行驶 时，车身振动小，且振动衰减快。
2020/4/2
6
8.1 系统性能指标及其计算
时域性能指标
动态性能指标 例题8-1 稳态性能指标 例题8-2
稳态误差、无差度、开环放大系数
频域性能指标
开环频域指标 幅值穿越频率ωc，幅值裕度Kg，相位裕度γ
闭环频域指标 谐振峰值Mr，谐振频率ωc，频宽ωb
例8.1
已知系统传递函数为 G(s) 5(s 1) s3 4s2 6s 5
2020/4/2
3
系统综合与校正的概念
为了改善控制系统的稳态和动态性能，需要在系统中加入适当的 校正装置，使系统的整个特性满足给定的各项性能指标要求。
系统校正
所谓校正，就是改变系统的动态特性，使系统满足特 定的技术要求。通过改变系统结构或在系统中加入一些参 数可调的装置，以改善系统的稳态、动态性能，使系统满 足给定的性能指标。为了满足性能指标而加进系统的装置， 称为校正装置。
G(s)
4
(2s 1)(0.5s 1)(0.05s 1)
γ=60° 开环增益 K0=49
2020/4/2
14
仿真结果
2020/4/2
15
仿真结果
2020/4/2
16
8.2.2 PID校正
PID控制器是一种线性控制器。它将偏差的比例、积分和微分 通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。PID控制规律的 微分方程式为
请注意，如果说用经典控制理论设计控制系统的关键是系统校正， 那么现代控制系统设计巳归结为控制器的设计了。而后者是前者的 继承与发展。
现代控制系统实质上就是计算机控制系统，传统的校正技术 和校正装置已被算法和计算机取代。但其设计思想和技术仍然是 重要的。
2020/4/2
5
※ 增加极点和零点的影响
增加极点的影响
在系统的开环传递函数中增加极点，会降低系统的相 对稳定性，增加系统响应的调整时间。增加积分控制相当 于增加位于原点的极点，因此降低了系统的稳定性。
增加零点的影响
在系统的开环传递函数中增加零点，会增加系统的稳 定性，减小系统响应的调整时间。增加零点意味着对系统 增加微分控制，其效果是在系统中引入超前相位，且加快 瞬态响应。
求最大超调量 Mp，峰值时间 tp 和调整时间 ts
2020/4/2
8
稳态误差的概念与计算
单位反馈
ess
lim
s0
sE(s)
lim s s0 1
1 G(s)H (s)
Xi (s)
1
1
ess
lim sE(s)
s0
lim s s0 1 G(s)H (s)
H (s)
Xi (s)
调用计算稳态增益的指令
K=degain(sys) 也可用来计算系统阶跃响应的 稳态值和稳态误差。
1
s(0.5s 1)(0.1s 1)
设计PID控制器
Ka≥10 ωc≥4rad/s
φ(ωc) ≥50°
2020/4/2
18
例8—4仿真结果
2020/4/2
19
8.3 控制系统设计举例
汽车悬架系统控制——主动悬架 阀控液压马达速度控制系统
2020/4/2
20
8.3.1 汽车主动悬架系统
输入信号——u 输出信号——x1
2020/4/2
2
系统综合与校正的概念
何谓综合？
对于给定的受控系统，确定其控制规律，即设计控 制器的结构及其参数，使系统的过程满足事先规定的性 能指标。
在已知受控对象的特性和要求的系统性能指标，构 造一个控制系统，称为系统综合。
控制系统设计，实质上就是控制器设计。对于不同 的系统，对于不同的设计方法，控制器也称为补偿器、 校正装置（校正器）。在经典控制理论中，系统综合的 关键是校正装置设计。而在现代控制理论中，系统综合 的关键是控制器设计。
第8章 控制系统的综合与校正
系统综合？校正的实质？ 系统性能指标及其计算
系统校正的MATLAB编程 控制系统设计举例
2020/4/2
1
系统综合与校正的概念
控制系统
控制器
受控系统
在经典理论中
我们知道，在构造控制系统时，为了满足性能指 标，适当地改变控制对象的动态特性，可能是一种比 较简单的方法。但是，在很多实际情况中，由于控制 对象可能是固定的和不可改变的，所以上述方法行不 通。因此，必须调整固定的控制对象以外的参数。因 此，这里要研究的设计问题，就变成了一种通过加校 正装置来改善系统性能的问题。
例题8-2
2020/4/2
9
例8.2
已知单位负反馈系统的开环传递函数为
Gk (s)
s(s
10 1)(s
5)
求其单位斜坡输入时，系统的稳态误差。
2020/4/2
10
8.2 系统校正的MATLAB编程
主要校正方式
控制系统设计的主要方法
时域设计 频域设计
相位滞后校正 PID校正
2020/4/2
11
常用串联校正装置的作用
相位超前
相位滞后
滞后超前
利用相位超前 特性改善系统 的动态特性， 使系统的带宽 增加，响应速
度变快。
利用高频幅值 衰减特性，在 不影响动态特 性的前提下， 改善系统的稳
态特性。
同时改善系统 的动态、稳态
性能。
微分作用D
2020/4/2
积分作用I
积分微分作用ID
12
8.2.1 相位滞后校正
Gc (s)
2020/4/2
4
系统校正的实质
改变系统的极点数目和极点位置。
校正可以归结为设计一种滤波器，这种滤波器具 有的特性能够补偿控制对象不希望的且不能改变的特 性。我们把校正装置与不能改变的传递函数G(s)进行 串联，以获得必要的动态特性。因此，设计的主要问 题将是如何恰当地选择校正装置G(s)的极点和零点， 以改善系统的动态特性，使系统性能指标得到满足。
t
d
u(t) K Pe(t) K I
0 e(t)dt K D
e(t) dt
PID传递函数
UHale Waihona Puke (s)1Gc (s) E(s) K P K I s K D s
Gc
(s)
K
P
(1
1 TI s
TD
s)
KP——比例系数；TI——积分时间常数；TD——微分时间常数
2020/4/2
17
例8—4
G(s)