計算機控制系統(tǒng)專業(yè)課程設(shè)計東北電力大學

1、1.設(shè)計背景22.設(shè)計過程22.1.設(shè)計目的22.2.設(shè)計過程23.系統(tǒng)仿真程序及相關(guān)結(jié)論33.1.系統(tǒng)仿真流程圖33.2.校正前離散系統(tǒng)伯德圖繪制程序43.3.校正前離散系統(tǒng)伯德圖53.4.校正后離散系統(tǒng)伯德圖繪制程序53.5.校正前離散系統(tǒng)伯德圖63.6.校正前后離散系統(tǒng)伯德圖繪制程序73.7.校正前后離散系統(tǒng)伯德圖83.8.校正后系統(tǒng)時域響應(yīng)流程圖83.9.校正后系統(tǒng)時域響應(yīng)程序93.10.校正后系統(tǒng)時域響應(yīng)曲線104.增大采樣周期和開環(huán)增益后系統(tǒng)實現(xiàn)（T=2,K=2）104.1.改變后伯德圖繪制程序104.2.系統(tǒng)校正前后伯德圖對比115.心得體會126.參考文獻121.設(shè)計背景由于滯

2、后-超前校正適用于對校正后系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能有更多更高要求的場合。施加滯后-超前校正環(huán)節(jié)，主要是利用其超前部分增大系統(tǒng)的相位裕度，以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能；利用其滯后部分改善系統(tǒng)的靜態(tài)性能。所以我們在此利用超前校正的目的是改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，實現(xiàn)在系統(tǒng)靜態(tài)性能不受損的前提下，提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。通過加入超前校正環(huán)節(jié)，利用其相位超前特性來增大系統(tǒng)的相位裕度，改變系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性。一般使校正環(huán)節(jié)的最大相位超前角出現(xiàn)在系統(tǒng)新的穿越頻率點。同時利用滯后校正通過加入滯后校正環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)的開環(huán)增益有較大幅度增加，同時又使校正后的系統(tǒng)動態(tài)指標保持原系統(tǒng)的良好狀態(tài)。它利用滯后校正環(huán)節(jié)的低通濾波特性，在不影響校

3、正后系統(tǒng)低頻特性的情況下，使校正后系統(tǒng)中高頻段增益降低，從而使其穿越頻率前移，達到增加系統(tǒng)相位裕度的目的。2.設(shè)計題目介紹2.1.設(shè)計目的 采用變換的Bode圖法設(shè)計離散控制系統(tǒng)的數(shù)字控制器，使得系統(tǒng)滿足一定的性能指標，并且采用仿真實驗對校正后的系統(tǒng)進行校驗。2.2.設(shè)計過程圖2.1 離散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖某控制系統(tǒng)如圖1所示，已知被控對象的傳遞函數(shù)為 （1）要求用變換的Bode圖法設(shè)計數(shù)字控制器，使校正后的系統(tǒng)滿足以下性能指標：幅值裕度，相位裕度，采樣周期；（2）使用MATLAB編程序繪制校正前后離散系統(tǒng)Bode圖；（3）使用MATLAB編程序繪制校正后系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)，并求取各項性能指標；（4

4、）增大采樣周期（如），重復(fù)上述校正過程及仿真校驗，比較分析采樣周期對系統(tǒng)校正效果的影響.4 系統(tǒng)仿真程序與仿真曲線4.1 T=0.2s校正前后離散系統(tǒng)bode圖clearw=0.01:0.01:100y1=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

5、(14.286.*w).2+1).0.5)-20.*log10(w)-20.*log10(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('幅頻曲線')xlabel('w(rad/s)')ylabel('Magnitude(dB)')hold ongrid onphi1=atan(-0.1.*w).

6、*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).*180/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('幅頻曲線')x

7、label('w(rad/s)')ylabel('Magnitude(dB)')grid on圖4.1 T=0.2s離散系統(tǒng)校正前后bode圖4.2 T=2s校正前后離散系統(tǒng)bode圖clearw=0.01:0.01:100y1=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

8、.*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('幅頻曲線')xlabel('w(rad/s)')ylabel('Magnitude(dB)')hold ongrid

9、onphi1=atan(-1.*w).*180/pi+atan(0.313.*w).*180/pi-90-atan(1.312.*w).*180/pi;phi2=atan(-1.*w).*180/pi+atan(0.313.*w).*180/pi+atan(25.*w).*180/pi-90-atan(1.312.*w).*180/pi-atan(240.*w).*180/pi;subplot(2,1,2)semilogx(w,phi1,'-',w,phi2,':')legend('before','after')title(&#

10、39;幅頻曲線')xlabel('w(rad/s)')ylabel('Magnitude(dB)')grid on圖4.2 T=2s離散系統(tǒng)校正前后bode圖4.3 T=0.2s校正后離散系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)clc,clear,close allnum=4;den=1 1 0; %G0傳遞函數(shù)A,B,C,D=tf2ss(num,den); %傳遞函數(shù)變換為狀態(tài)方程r=1;x=0;0; %單位階躍輸入,狀態(tài)變量 T=1;h=0.1;Tk=T/h;Time=100; %采樣周期，連續(xù)部分仿真步長，仿真時間y_0=0;ym=1; %輸出初始化e_1=0;e_2=0

11、;u_1=0;u_2=0; %誤差，控制器輸出初始化for t=1:Time %控制器輸出仿真 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輸出 y_0=y_1; end u_2=u_1;u_1=u(t);e

12、_2=e_1;e_1=e(t);endplot(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)>=1tr=t(i);break;endend;for i=1:length(y)if y(i)<=(1-delta)*yss|y(i)>=(1+delta)*yssts=t(i);endend4.3 校正后系統(tǒng)階躍響應(yīng)5 結(jié)論參考文獻1 姜學軍，劉新國，李曉靜. 計算機