控制系统的设计仿真

第14章控制系统的设计仿真,在现代机电一体化产品中，自动控制技术起着越来越重要的作用。控制系统的设计仿真是保证自动控制技术指标的重要手段。随着计算机的不断发展，MATLAB以其强有力的系统仿真功能，成为控制系统设计仿真不可或缺的工具。本章主要介绍控制系统设计中的控制系统校正环节，并分别介绍了校正器原理，控制系统校正器设计及仿真，控制系统校正器设计图形显示等内容，最后给出了综合应用实例。,14.1控制系统校正器原理,控制系统的校正是控制系统设计的必要环节，校正方法是在系统中加入一些参数可以调节的环节或装置（校正环节或装置），以使系统特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。校正方法主要包括串联校正、反馈校正和复合校正等。,14.1.1串联校正,串联校正是指，以满足稳态误差、开环系统截止频率和相交裕度等要求为出发点，将校正器与控制系统的不可变部分串联起来，通过对校正器的设计，实现完善控制系统性能的校正方法。其特点是校正器与系统不可变部分是采用串联的关系进行相连。,14.1.2反馈校正,在系统的校正过程中，除了串联校正方式外，还有一种类型叫做反馈校正的校正。通过反馈校正也可以改善控制系统性能。反馈校正也是一种比较常用的校正方法。系统采用该校正方法后，不仅可以得到与串联校正相同的校正结果，还可以改善系统的某些特殊功能。反馈校正控制系统如图14.2所示，图中为反馈校正器。,14.1.3复合校正,复合校正是指，采用将前馈控制和反馈控制有机的结合起来的校正方法。串联校正和反馈校正是控制系统工程中常见的两种校正方法，在一定程度上可以使已校正系统满足给定的性能指标要求。然而对于控制系统中存在强扰动，特别是低频扰动，或者系统的稳态精度和相应速度要求很高的情况，一般的串联校正和反馈校正方法都无法满足要求。而在工程实践中，有着这样高要求的控制系统的应用非常广泛，采用复合控制校正的方法可以很好地满足要求。,14.2控制系统校正器设计和仿真,在设计控制系统的过程中，为了使控制系统能够满足一定的性能指标，常常引入一些被称之为校正装置附加装置。校正装置设计的好坏将直接影响控制系统的稳定性、收敛性、精确性以及灵活性。设计校正器装置不仅要满足理论模型要求，还需要遵循一些原则,14.2.1超前校正设计,超前校正设主要有两种方法。即基于频率响应的超前校正设计方法和基于根轨迹的超前校正设计方法。两种方法在MATLAB中都能够很好的得到支持，本章中主要介绍针对基于频率响应的校正设计方法。,14.2.2滞后校正设计,1.基于频率响应的滞后校正设计的过程2.滞后校正在MATLAB中实例,14.2.3滞后超前校正设计,1.基于频率响应的滞后-超前校正设计过程2.滞后超前校正使用MATLAB的实例,14.2.4PID校正器,1.什么是PID校正器2.PID控制器在MATLAB中的实现,14.3基于VC+和MATLAB的控制系统校正器设计,本节给出利用VC+和MATLAB的在控制系统校正器设计中的应用的实例，控制系统模型输入、校正器参数设定以及分析输入界面使用VC+软件进行设计，控制系统的模型构建和分析则由VC+调用MATLAB完成。,14.3.1控制系统校正器的实现方式,1.VC+和MATLAB混合编程在控制系统中应用的连接方法2.VC+和MATLAB混合编程在控制系统中混合编程原则,14.3.2控制系统分析界面设计,（1）新建一个MFCAppWizard(exe)项目，并命名为test01；在弹出对话框中选择Singledocument选项完成新建。（2）进入VC+的界面设计环境，在界面设计环境的Menu（菜单）界面设置的主菜单中分别添加“滞后校正”、“超前校正”、“超前滞后校正”、“PID校正”四个菜单项，如图5.21所示。,14.3.3代码实现,控制系统校正器的设计按照其校正方法分为超前校正、滞后校正、超前滞后校正以及PID校正器设计。本例处理包含13章中控制系统的输入输出以