计算机控制系统专业课程设计东北电力大学

1、1.设计背景22.设计过程22.1.设计目的22.2.设计过程23.系统仿真程序及相关结论33.1.系统仿真流程图33.2.校正前离散系统伯德图绘制程序43.3.校正前离散系统伯德图53.4.校正后离散系统伯德图绘制程序53.5.校正前离散系统伯德图63.6.校正前后离散系统伯德图绘制程序73.7.校正前后离散系统伯德图83.8.校正后系统时域响应流程图83.9.校正后系统时域响应程序93.10.校正后系统时域响应曲线104.增大采样周期和开环增益后系统实现（T=2,K=2）104.1.改变后伯德图绘制程序104.2.系统校正前后伯德图对比115.心得体会126.参考文献121.设计背景由于滞

2、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

3、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）要求用变换的Bode图法设计数字控制器，使校正后的系统满足以下性能指标：幅值裕度，相位裕度，采样周期；（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

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('幅频曲线')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('幅频曲线')x

7、label('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('幅频曲线')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 allnum=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=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

11、;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

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