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1、 计算机控制系统专业课程设计东北电力大学 RUSER redacted on the night of December 17,2020 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
2、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.设计目的 采用W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。.设计过程 图 离散控制系统结构图 某控制系统如图 1 所示，已知被控对象的传递函数为（1）要求用W变换的 Bode 图法设计数字控制器()D z，使校正后的系统满足以下性能指标：幅
3、值裕度dBh10，相位裕度45，4vk，采样周期0.2Ts；（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2Ts），重复上述校正过程及仿真校验，比较分析采样周期对系统校正效果的影响.4 系统仿真程序与仿真曲线 T=校正前后离散系统 bode 图 clear w=:100 y1=20.*log10(4)+20.*log10(.*w).2+1).+20.*log10(.*w).2+1).-20.*log10(w)-20.*log10(.*w).2+1).;y2=20.*log
4、10(4)+20.*log10(.*w).2+1).+20.*log10(.*w).2+1).+20.*log10(.*w).2+1).-20.*log10(w)-20.*log10(.*w).2+1).-20.*log10(68.*w).2+1).;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.*w).*180/pi+atan.*w).*180/pi-90-atan.*w).*180
5、/pi;phi2=atan.*w).*180/pi+atan.*w).*180/pi+atan.*w).*180/pi-90-atan.*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 T=离散系统校正前后 bode 图 T=2s 校正前后离散系统 bode 图 clear w=:100 y1=20.*log10(4)+20.*log10(1.*w)
6、.2+1).+20.*log10(.*w).2+1).-20.*log10(w)-20.*log10(.*w).2+1).;y2=20.*log10(4)+20.*log10(1.*w).2+1).+20.*log10(.*w).2+1).+20.*log10(25.*w).2+1).-20.*log10(w)-20.*log10(.*w).2+1).-20.*log10(240.*w).2+1).;subplot(2,1,1)semilogx(w,y1,-,w,y2,:)legend(before,after)title(幅频曲线)xlabel(w(rad/s)ylabel(Magnitud
7、e(dB)hold on grid on phi1=atan(-1.*w).*180/pi+atan.*w).*180/pi-90-atan.*w).*180/pi;phi2=atan(-1.*w).*180/pi+atan.*w).*180/pi+atan(25.*w).*180/pi-90-atan.*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
8、 图 T=2s 离散系统校正前后 bode 图 T=校正后离散系统单位阶跃响应 clc,clear,close all num=4;den=1 1 0;%G0 传递函数 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=;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)=*e(t)*e_1+*u_1;for k=
9、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);dim
10、t=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 ts=t(i);end end 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 2 胡寿松.自动控制原理.北京：科学出版社，2007 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 课 程 设 计 报 告 学生姓名:学 号：学 院:自动化工程学院 班 级:自动化 题 目:专业方向课程设计 数字控制器设计及仿真（4）指导教师：史冬琳、赵波 职称:讲师、副教授 2014 年 9 月 28 日