专业方向课程设计—数字控制器设计及仿真课案.doc

目录 1 设计背景 1 1.1 相位超前校正器 1 1.2 相位滞后校正器 1 2 设计目的、内容及要求 1 2.1 设计目的 1 2.2 设计内容及要求 1 3 理论计算和手绘Bode图（见A4纸） 2 4 仿真流程图 2 5 系统仿真程序及图像 2 5.1 T=0.4s仿真程序 2 5.2 T=0.4s校正后程序 3 5.3 T=1s仿真程序 4 5.4 T=1s校正后程序 4 5.5 仿真图像（T=1s） 5 5.6 仿真图像（T=0.4s） 6 5.8 校正前后Bode图绘制程序 7 5.9 校正前后Bode图比较 8 6 时域响应 9 6.1 系统校正后时域响应程序 9 6.2 校正后时域响应曲线 10 7 结论 12 8 参考文献 13 1 设计背景 数字控制器的校正方法分为相位超前和相位滞后两种方法。 1.1 相位超前校正器 相位超前校正器的特点是，高频端增益的增加易使系统不稳定，而超前相位有使系统稳定的趋势。如果能够选择这样的Vp和Vx，使相位超前发生在相位交界频率附近，则可以增加相位裕量。相位超前校正器增加了频带宽度，低频段增益基本上不变，稳态精度同无校正时一样。 1.2 相位滞后校正器 相位滞后校正器的特点是，增益的减少使系统趋于稳定，而相位滞后易使系统不稳定。为了不使校正器的附加滞后相移影响相位交界频率附近的相频特性，Vp和Vz应该远小于相位交界频率。相位滞后校正器减少了频带宽度，稳态精度不受影响。 2 设计目的、内容及要求 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 设计内容及要求 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：相位裕度，速度增益，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）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。 3 理论计算和手绘Bode图（见A4纸） 4 仿真流程图 图 系统仿真流程图w=0.01:0.01:100; lw=20.*log10((1+(2.*w/165).^2).^0.5)+20.*log10(((0.2.*w).^2+1))-20.*log10(w)-20.*log10(((167.*w/170).^2+1).^0.5); figure(1) semilogx(w,lw) grid on title(幅频特性) xlabel(w) ylabel(lw) xw=atan(2.*w/165)-atan(0.2.*w)-90-atan(167.*w/170); figure(2) semilogx(w,xw) grid on title(相频特性) xlabel(w) ylabel(xw) w=0.01:0.01:100; lw=20.*log10((1+(2.*w/165).^2).^0.5)+20.*log10(((0.2.*w).^2+1))+20.*log(((21.87.*w).^2+1).^0.5)-20.*log10(w)-20.*log10(((167.*w/170).^2+1).^0.5)-20.*log(((40.2.*w).^2+1).^0.5); figure(1) semilogx(w,lw) grid on title(幅频特性) xlabel(w) ylabel(lw) xw=atan(2.*w/165)-atan(0.2.*w)-90-atan(167.*w/170)+atan(21.87.*w)-atan(40.2.*w); figure(2) semilogx(w,xw) grid on title(相频特性) xlabel(w) ylabel(xw) 图5-3 系统仿真图（T=0.4s） 图5-4 校正后系统仿真图（T=0.4s） 5.8 校正前后Bode图绘制程序 （1）T=1s clear w=0.01:0.01:100; y1before=20.*log10(((0.082.*w).^2+1).^0.5)+20.*log10(((-0.5.*w).^2+1).^0.5)-20.*log10(w)-20.*log10(((1.082.*w).^2+1).^0.5)+20; D1w=(27.03.*w+1)./(693.*w+1);