控制系统校正装置仿真.doc

目 录 0绪 论 1 1 控制系统介绍 2 1.1控制系统的分类 2 1.2 控制系统的组成 2 2系统的设计及校正方法 3 2.1系统设计的问题 3 2.2性能指标 3 2.3校正结构 4 2.4校正装置的设计方法 5 2.5串联校正 5 2.6反馈校正 10 3设计应用仿真 11 3.1仿真软件简介 11 3.2利用串联校正和反馈校正来实现系统校正 12 3.3利用串联超前—滞后校正实现系统校正 16 4结 论 21 参考文献 22 控制系统校正装置仿真 0绪 论 在科学技术飞速发展的今天，自动控制所起的作用越来越重要，无论是在宇宙飞船，导弹制导的尖端技术领域，还是在机器制造业及工业过程控制中，它所取得的成就是惊人的。自动控制理论与实践的不断发展，为人们提供了最佳的设计系统的方法，大大提高了生产效率，同时促进了技术的进步。然而在进行系统的设计时，常常遇到初步设计出来的系统往往不能满足已经给出的所有性能指标的要求。而直接去改变未校正系统的其他参数是比较困难的，这样就得在原系统的基础上采取另外的一些措施，即对系统加以“校正”。所谓校正其实就是在所设计的未能满足预期设计要求的系统中加入一些参数，可以根据需要而改变原有系统的机构或装置，从而使系统的整个特性发生变化，满足给定的各项性能指标。这附加的装置使未校正的系统的缺陷得到补偿，这就是校正的作用。所以一个系统的校正装置的校正效果直接影响该系统的性能指标以及工作状况。 随着自动控制理论的不断发展，目前在控制系统的校正方式中，比较常用的校正方式主要有：串联校正，反馈校正，前馈校正和复合校正。在实际系统中不同的系统所侧重的性能指标也是不一样的，不同的校正方式校正的效果也是不一样的，这就需要设计人员有选择性地选用适合系统实际状况的校正方式进行设计。紧接着，如何去设计校正装置的方法问题被提出来了。 随着计算机技术的高速发展，计算机仿真技术随着计算机语言的不断更新，也在不断发展。现在越来越多的人们在系统设计过程中应用MATLAB编程语言及其仿真模块SIMULINK。利用MATLAB语言结合SIMULINK仿真软件使控制系统校正器的建模过程和仿真结果变得可视化强、计算精度高。并且，由于整个建模过程均采用模块化，所以为系统的设计和开发带来了极大的方便。鉴于MATLAB语言简单易学，它并不需要使用者具备高深的数学知识，而且一句简单的语句就能够实行很复杂的功能，所以使用起来也是比较简单。 在控制系统校正装置设计过程中，融入仿真技术，就是利用MATLAB语言及其仿真模块对几种不同的校正方法进行仿真。 由于校正装置在控制系统中所扮演的角色是主要的，所起的作用也是举足轻重的，所以能够设计出一个合理的校正装置，它的意义也是很大的。合理的校正装置不但所校正的效果好，而且对于整个系统的结构也有很大的影响，一个合理的校正装置有时它可以大大的简化整个系统。 1 控制系统介绍 1.1控制系统的分类 控制系统的分类方法有很多种，针对本文要研究的内容这里只选择其中的一种，将控制系统按照信号传递的连续性去划分，可以将控制系统分成连续系统和离散系统。因为本文主要是对连续系统进行研究，所以离散系统在此不做介绍。 a)连续系统的定义： 如果一个系统的激励是连续的，它的响应也是连续的，那么该系统就称为连续的系统，连续的含义是系统中各个变量都是时间t的连续函数。 b)连续系统的特点： 连续系统的特点是系统中各元件的输入信号和输出信号都是时间的连续函数，这类系统的运动状态可用微分方程来描述。连续系统的中各元件的传输信息在工程上称为模拟量，多数实际物理系统都属于这一类。其输入和输出一般用r(t)和c(t)来表示。如图1-1所示 r(t) c(t) 图 1-1 模拟量输入输出 1.2 控制系统的组成 在各种自动控制系统中，反馈控制是最基本的控制方式之一，一个典型的反馈控制系统总是由被控对象和各结构不同的职能元件组成的，除控制对象外其他 各部分统称为控制装置每一部分都各司其职，具体的一个控制系统主要有以下几个组成部分：（本论文主要研究校正部分的内容，所以其它职能元件只作一般性叙述） a)控制对象 控制系统中除了控制元件以外的部分，是所有控制操作的承受者。 b)给定元件 其职能是给出与期望的输出相对应的系统输入量，是产生系统控制指令的装置。 c)测量元件 其职能是检测被控量，如果检测出的物理量是非电量，一般要把它转换成电量，以便利用电量的手段加以处理。 d)比较元件 其职能是把测量元件检测到的实际输出值与给定元件给出的输入值进行比较，求出它们的偏差。 e)放大元件 其职能是将微弱的偏差信号进行放大，以足够