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《MATLAB在自动控制中的应用》课件第7章.ppt

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4.限幅放大器限幅放大器是一个非线性装置,其输入/输出静态特性为饱和非线性,如图7.37所示。图中:Kxf=2.2,Uxf=1.3781。图7.37限幅放大器的静态特性4.限幅放大器限幅放大器是一个非线性装置,其输入/输出静态特性为饱和非线性,如图7.37所示。图中:Kxf=2.2,Uxf=1.3781。7.4.2飞行器控制系统综合与分析的内容在进行飞行器控制系统的初步设计时,通常以系数“冻结”法为基础,首先进行控制系统的静态设计,然后进行动态设计。静态设计的主要任务是计算系统的静态开环传递系数,并确定校正装置的传递系数。动态设计主要是根据给定的性能指标要求,设计合适的校正装置,保证系统具有足够的稳定裕度和满意的动态品质。本案例不涉及静态设计内容,而着重于飞行器控制系统的动态设计及性能分析。具体要求如下。已知,通过性能分析及静态设计,确定出阻尼回路校正装置传递函数的形式为式中,Kj、ζj及Tj、Tj1、Tj2分别为传递系数、阻尼比及时间常数,且Kj=0.113。要求以特征点Ⅲ为基准,对校正装置参数进行优化设计。即,应用MATLAB的SRO软件包,确定使系统单位阶跃响应满足下述性能指标的校正装置参数ζj、Tj、Tj1、Tj2:(1)上升时间tr≤0.25s(单位阶跃响应从零第一次上升到终值所需的时间)。(2)调节时间ts≤0.5s(误差范围为±5%)。(3)超调量σ%≤20%。给定这些参数的初始值为?ζj=0.5, Tj=1, Tj1=0.1, Tj2=2在对校正装置参数进行优化设计的基础上,应用MATLAB分析系统的时域性能及频域性能。7.4.3校正装置参数优化设计1.构建Simulink模型根据图7.35~图7.37及图中各环节(或装置)的传递函数,构建出飞行器控制系统的Simulink模型如图7.38(a)~(e)所示,模型名为exm7-4.mdl。图7.38飞行器控制系统的Simulink模型(a)加速度回路;(b)阻尼回路子系统;(c)舵回路子系统;(d)校正装置子系统;(e)限幅放大器子系统2.用于初始条件设置及气动参数赋值的M文件由于本案例模型复杂,初始条件及可变参数(指特征点气动参数)较多,故采用M文件形式处理。为此,分别建立五个M文件,并确保它们被保存在当前路径中。这些文件的文件名、功能及文件内容见表7.2。表7.2用于初始条件设置及气动参数赋值的M文件3.校正装置参数优化设计优化时间设置为5s,其余优化参数及仿真参数均采用缺省设置。由于优化设计以特征点Ⅲ为基准,故首先运行e7-4-3.m程序,即在MATLAB命令窗口中输入: e7-4-3运行后即为特征点Ⅲ气动参数赋值。再运行e7-4-0.m文件:e7-4-0运行后即为校正装置整定参数设置了初始值。此后就可以进行校正装置的参数优化。期望响应设置如图7.39所示,所确定的整定参数如图7.40所示,优化过程窗口及单位阶跃响应曲线分别如图7.41和图7.42所示。图7.39期望响应设置显示图7.40整定参数选择显示图7.41校正装置整定参数优化过程窗口图7.42优化过程中系统单位阶跃由图7.41可得,校正装置参数优化值为ζj=0.9341,Tj=1.4344,Tj1=0.6901,Tj2=1.8640将上述优化参数保存在M文件e7-4-opt.m中,文件内容如下:%校正装置参数优化值zetaj=0.9341;Tj=1.4344;Tj1=0.6901;Tj2=1.8640;7.4.4时域性能分析1.求各特征点的单位阶跃响应将系统的Simulink模型(见图7.38(a))稍加修改,如图7.43所示,用来分别求各特征点的单位阶跃响应,模型名为exm7-4-step.mdl。图中,两个ToWorkspace模块将单位阶跃响应y及时间t保存到MATLAB工作空间。用y1,y2,y3,y4四个数组分别保存四个特征点的单位阶跃响应数据,用t1,t2,t3,t4四个数组分别保存对应的时间数据。图7.43修改后的Simulink模型下面以特征点Ⅰ为例,介绍求取单位阶跃响应的方法。首先根据表7.2所示文件为该特征点的气动参数赋值。在MATLAB命令窗口中输入:e7-4-1再将Simulink模型中的ToWorkspace1模块的变

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