系統(tǒng)校正課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)和上個(gè)學(xué)期的課程設(shè)計(jì)可以是大同小異，都是運(yùn)用MATLAB強(qiáng)大的編程和繪圖功能來得到最后的結(jié)果。有所不同的是，我們上個(gè)學(xué)期學(xué)習(xí)的MATLAB只是對(duì)其有個(gè)最初步的了解，編寫的程序都是一些比較娛樂好玩的小程序。而這個(gè)學(xué)期的CSCAD則是要用的MATLAB在機(jī)械制造和制動(dòng)化控制方面的，更為專業(yè)化的功能。我想，這次課程設(shè)計(jì)才是

2、真正考驗(yàn)我們所學(xué)專業(yè)知識(shí)最好的試煉了。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)，我抽到的題目是將一個(gè)不滿足要求的系統(tǒng)傳遞函數(shù)，通過MATLAB編程，將其校正到滿足要求的新系統(tǒng)。</p><p>　　剛剛拿到這個(gè)題目時(shí)，我是相當(dāng)迷茫的。因?yàn)檫@次課程設(shè)計(jì)安排的時(shí)間之早，安排制作的時(shí)間之短，任務(wù)之重，都是我以前沒有遇到過的，對(duì)于校正的方法，我還沒有好好地消化過。所以有些手足無措。我也只能一邊學(xué)，一邊做

3、了。用自己最快的速度將課程設(shè)計(jì)完成。這不是我急功近利，而是留給我的時(shí)間實(shí)在不夠用。如果我把速度放慢，后面還有其他科的課程設(shè)計(jì)，如果要堆在一起做的話，可能更是痛苦萬分了。所以我只能迅速的完成這次課程設(shè)計(jì)，為后面的課程設(shè)計(jì)流出更多的時(shí)間才行。這次課程設(shè)計(jì)稍微讓我感到欣慰的是課程設(shè)計(jì)是提前安排的，可以讓我的課余時(shí)間過得相對(duì)充實(shí)一些，不會(huì)因?yàn)闊o事可做而無聊了。</p><p>　　我相信，通過自己的努力，我肯定可以再次攻

4、克這次難。最后用一句話送給自己：“I will be king！I will get the victory in this war!”</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的1</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求1</b></p>

5、<p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容及思路1</b></p><p><b>　　名詞解釋2</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)思路流程圖3</b></p><p><b>　　程序代碼設(shè)計(jì)5</b></p><p><b>　　

6、結(jié)論分析7</b></p><p><b>　　總結(jié)13</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)的目的主要是熟悉并掌握已經(jīng)學(xué)習(xí)過的基于MATLAB軟件的串聯(lián)超前校正，滯后校正、超前和滯后校正三種校正方法的運(yùn)用。</p><p>&l

7、t;b>　　二、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求是，已知一個(gè)不穩(wěn)定的閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，通過上述三種方法中的其中一種，將傳遞函數(shù)變形為一個(gè)新的，符合人們要求的新傳遞函數(shù)。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)內(nèi)容及思路</b></p><p>　　題目：某系統(tǒng)圖如下，采用串聯(lián)校正，要求校正的系統(tǒng)在

8、r(t)=t的作用下的穩(wěn)定誤差相位裕量r=40度，試確定校正裝置的傳遞函數(shù)。</p><p>　　上面給出的就是題目給出的一個(gè)不穩(wěn)定的閉環(huán)傳遞函數(shù)的模型，但是這次我要用到的并不是MATLAB的仿真系統(tǒng)。而是要用到MATLAB強(qiáng)大的函數(shù)功能來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的校正。所以，我們先要了解一下，什么是校正。</p><p>　　思路（1）前求解出，系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)的開環(huán)傳遞函數(shù)。</p>&

9、lt;p>　　觀察系統(tǒng)的bode圖以及相應(yīng)的相位裕量，看其與要求的相位裕量差多少。</p><p>　　確定要使用的校正方法。</p><p>　　用MATLAB進(jìn)行校正程序的編程。</p><p>　　若一次校正無法成功，應(yīng)采用多次校正，直到相位裕量滿足系</p><p><b>　　統(tǒng)的要求。</b></

10、p><p><b>　　四、名詞解釋</b></p><p><b>　　什么是校正</b></p><p>　　系統(tǒng)的零、極點(diǎn)在s平面上的分布和系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能緊密相關(guān)，若能適當(dāng)?shù)卦谠到y(tǒng)上增加零、極點(diǎn)，改變系統(tǒng)的零、極點(diǎn)分布情況。就能達(dá)到改善系統(tǒng)性能的目的，使之滿足對(duì)性能指標(biāo)的要求。其實(shí)，校正的實(shí)質(zhì)就是在系統(tǒng)中加入新的環(huán)

11、節(jié)，在原系統(tǒng)中添加零、極點(diǎn)，改變?cè)到y(tǒng)的的零、極點(diǎn)分布，即改變?cè)到y(tǒng)的根軌跡或頻率特性曲線的形狀，使系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能到底滿足的要求。</p><p>　　2、什么是串聯(lián)超前校正</p><p>　　串聯(lián)超前校正是用于改善閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響不大。提高了截止頻率的值從而改變了系統(tǒng)的快速性。同時(shí)，由于正相移的作用，加大了系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量。</p><p

12、><b>　　五、設(shè)計(jì)思路流程圖</b></p><p><b>　　NO</b></p><p><b>　　YES</b></p><p><b>　　NO</b></p><p><b>　　YES</b></p&g

13、t;<p>　　注意：經(jīng)過多次校正后的的系統(tǒng)求出的相位裕量可能和要求的相位裕量幾度的偏差，可以通過調(diào)整ep的值來得到最后結(jié)果。</p><p><b>　　六、程序代碼設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　clc</b></p><p><b>　　clear</b></p&g

14、t;<p><b>　　syms k s;</b></p><p>　　GK0=0.8*k/(0.5*s.^3+s.^2+s);</p><p>　　K1=limit(s*GK0,s,0)</p><p><b>　　num1=125;</b></p><p>　　den1=[0.5,

15、1,1];</p><p>　　g1=tf(num1,den1)</p><p><b>　　num2=1;</b></p><p>　　den2=[1,0];</p><p>　　g2=tf(num2,den2)</p><p><b>　　g3=0.8;</b></

16、p><p><b>　　Gk1=g1*g2</b></p><p>　　disp('開環(huán)傳遞函數(shù)')</p><p>　　Gk=g1*g2*g3 %相當(dāng)于G0</p><p>　　[Gm,Pm,Wg,Wc]=margin(Gk) %校正前的值</p><p><b>　

17、　r=40;</b></p><p><b>　　ep=6;</b></p><p><b>　　r1=Pm;</b></p><p>　　disp('相位超前量');</p><p>　　cqxw=(r+ep)*pi/180</p><p>　　

18、disp('超前相位裝置參數(shù)')</p><p>　　a=(1+sin(cqxw))/(1-sin(cqxw))%disp('校正前系統(tǒng)輔')</p><p>　　[mag0,phase0,w]=bode(Gk);</p><p>　　mag20=20*log10(mag0);</p><p>　　mcm=-1

19、0*log10(a);</p><p>　　Wm=spline(mag20,w,mcm)</p><p>　　T=1/(Wm*sqrt(a)) %公式8-6</p><p>　　numc=[a*T,1];</p><p>　　denc=[T,1];</p><p>　　disp('新型校正')&l

20、t;/p><p>　　Gc=tf(numc,denc) %有待證實(shí)</p><p><b>　　G=Gk*Gc</b></p><p>　　disp('校正后')</p><p>　　[Gm1,Pm1,Wg1,Wc1]=margin(G) %校正后</p><p>　　disp

21、('第二次校正')</p><p>　　[mag1,phase1,w1]=bode(G);</p><p>　　mag21=20*log10(mag1);</p><p>　　mcm1=-10*log10(a);</p><p>　　Wm1=spline(mag21,w1,mcm1);</p><p>

22、　　T1=1/(Wm1*sqrt(a));</p><p>　　numc1=[a*T1,1];</p><p>　　denc1=[T1,1];</p><p>　　Gc1=tf(numc1,denc1);</p><p><b>　　G1=G*Gc1;</b></p><p>　　[Gm2,Pm2

23、,Wg2,Wc2]=margin(G1)</p><p>　　disp('第三次校正')</p><p>　　[mag2,phase2,w2]=bode(G1);</p><p>　　mag22=20*log10(mag2);</p><p>　　mcm2=-10*log10(a);</p><p>　

24、　Wm2=spline(mag22,w2,mcm2);</p><p>　　T2=1/(Wm2*sqrt(a));</p><p>　　numc2=[a*T2,1];</p><p>　　denc2=[T2,1];</p><p>　　Gc2=tf(numc2,denc2);</p><p>　　G2=Gc2*G1;&

25、lt;/p><p>　　[Gm3,Pm3,Wg3,Wc3]=margin(G2)</p><p><b>　　figure(1)</b></p><p>　　bode(Gk,'b',G2,'r',Gc2,'g')</p><p><b>　　grid</b>

26、;</p><p>　　gtext('校正前');</p><p>　　gtext('校正后');</p><p>　　gtext('校正裝置');</p><p>　　gtext('校正前');</p><p>　　gtext('校正后'

27、);</p><p>　　gtext('校正裝置');</p><p><b>　　figure(2)</b></p><p>　　step(Gk,'b',G2,'r')</p><p><b>　　七、結(jié)論分析</b></p><

28、p>　　圖1 校正前的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)</p><p>　　從圖1中可以看出，原系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)中，相位裕量[Pm= -68.4166.度系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。與題目要求的40度差了108多度，所以要通過系統(tǒng)校正來將系統(tǒng)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　圖2 第一次校正后的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)</p><p>　　從圖2中可以明顯看出，經(jīng)過第一次校正后的系統(tǒng)相位裕量有了

29、明顯的增大。Pm值從原來的-68.4166，上升到-28.1974。但系統(tǒng)還是處于不穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p><b>　　、</b></p><p>　　圖3 第二次校正后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)</p><p>　　通過第二次校正之后，系統(tǒng)的Pm已經(jīng)從負(fù)的轉(zhuǎn)變?yōu)檎?，說明系統(tǒng)已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是還沒達(dá)到≤40度的最終要求。所以還需要校正。<

30、;/p><p>　　圖4 第三次校正后系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)</p><p>　　從圖中可以看出，通過三次校正，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，終于達(dá)到了題目要求的≤40度。但要注意的是，其實(shí)真實(shí)的第三次校正的Pm值并不是一次就到40度左右的。第三次校正Pm值是38度左右。這時(shí)，就要通過調(diào)節(jié)ep補(bǔ)償角度來調(diào)節(jié)系統(tǒng)了。一般ep在5到15度左右。我所調(diào)節(jié)的ep值6度，相位裕量滿足題目要求的≤40度。</p&g

31、t;<p>　　圖5 三次校正前后的系統(tǒng)bode圖對(duì)比</p><p>　　圖5是校正前后的系統(tǒng)bode圖對(duì)比，我們主要分析Phase圖。其中藍(lán)色為校正前的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，紅色為校正后，綠色為校正裝置?？梢钥闯鲂Ｕ啊⒑笙到y(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)有者明顯的變化。校正后的系統(tǒng)性能比校正前的系統(tǒng)性能高出許多。</p><p>　　圖6 校正前后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)</p><

32、p>　　可以看出，校正后的系統(tǒng)階躍響應(yīng)也要比校正前提高一下</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過一個(gè)星期的努力，我的課程設(shè)計(jì)終于接近了尾聲，完成的速度一般吧。三天調(diào)試程序，三天寫報(bào)告。不過也算可以了，沒有花太多時(shí)間。這樣我就可以有更多時(shí)間去做其它的課程設(shè)計(jì)了。</p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)中遇到的問題是

33、沒有理解多次校正，有些鉆牛角尖了，總是想著可以一次校正成功。為此也耽誤了不少時(shí)間。有的時(shí)候還以為是公式待錯(cuò)了，但看書查詢，又沒有錯(cuò)誤。于是我去詢問了周老師后才知道，要通過多次校正才能達(dá)到想要的相位裕量。但是，新的問題有接踵而至了，不知道該從哪里開始第二次校正。于是我每天就盯著書上的示范題翻來覆去地看，希望能從中找到啟發(fā)。終于，我找到了多次校正的關(guān)鍵。就是在第一次校正之后，取出校正后系統(tǒng)函數(shù)的bode圖參數(shù)中的幅頻，也就是其中的mag值，