基于頻域的校正方法及實(shí)驗(yàn)設(shè)計

1、2016 屆畢業(yè)（設(shè)計）論文題 目 基于頻域的校正方法及實(shí)驗(yàn)設(shè)計 專業(yè)班級 過程自動化 學(xué) 號 1204160134 學(xué)生姓名 于春明 第一指導(dǎo)教師 陳杰 指導(dǎo)教師職稱 學(xué)院名稱 電氣信息院 完成日期： 2016年 5月 20日 基于頻域的校正方法及實(shí)驗(yàn)設(shè)計Correction Method and Experimental Design based on Frequency Domain 學(xué)生姓名 于春明 第一指導(dǎo)教師 陳杰 摘要 在經(jīng)典控制理論中，系統(tǒng)校正設(shè)計，就是在給定的性能指標(biāo)下，對于給定的對象模型，確定一個能夠完成系統(tǒng)滿足的靜態(tài)與動態(tài)性能指標(biāo)要求的控制器，即確定校正器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。串

2、聯(lián)校正控制器的頻域設(shè)計方法中，使用的校正器有超前校正器、滯后校正器、滯后-超前校正器等。超前校正設(shè)計方法的特點(diǎn)是校正后系統(tǒng)的截止頻率比校正前的大，系統(tǒng)的快速性能得到提高，這種校正設(shè)計方法對于要求穩(wěn)定性好、超調(diào)量小以及動態(tài)過程響應(yīng)快的系統(tǒng)被經(jīng)常采用。滯后校正設(shè)計方法的特點(diǎn)是校正后系統(tǒng)的截止頻率比校正前的小，系統(tǒng)的快速性能變差，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性能卻得到提高，因此，在系統(tǒng)快速性要求不是很高，而穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)精度要求很高的場合，滯后校正設(shè)計方法比較適合。滯后-超前校正設(shè)計是指既有滯后校正作用又有超前校正作用的校正器設(shè)計。它既具有了滯后校正高穩(wěn)定性能、高精確度的好處，又具有超前校正響應(yīng)快、超調(diào)小的優(yōu)點(diǎn)，這種

3、設(shè)計方法在要求較高的場合經(jīng)常被采用。關(guān)鍵詞： ABSTRACTIn classical control theory, system design correction, that is, given the performance for a given object model to determine a controller to complete the system meets the static and dynamic performance requirements, namely to determine the structure and corrector parame

4、ter. Frequency Domain controller series corrected using correction has lead corrector corrector lag lag - lead Corrector like. Features advanced design correction method is to correct the system cut-off frequency than the fast performance is improved before the correction is large, the system, this

5、correction method for design requires good stability, small overshoot and dynamic process of rapid response systems are often use. Lag compensation design approach is characterized by system after correcting the cutoff frequency than the fast performance before correction is small, the system is det

6、eriorated but stable performance of the system has improved, therefore, the system speed requirements are not high, and the stability and steady-state high precision of the occasion, lag compensation design method is more suitable. Lag - lead Corrector design means there are both lagging corrective

7、action ahead of corrective action calibration designs. It has a lag correction high stability, high accuracy advantages, but also has the leading correction fast response, small overshoot of the advantages of this design approach in demanding situations are often used.Keywords： 第1章 緒論1.1 題目背景、研

8、究意義 自動控制系統(tǒng)的計算機(jī)仿真是一門綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，它涉及到計算機(jī)技術(shù)，系統(tǒng)科學(xué)，控制工程?？刂葡到y(tǒng)仿真本身是以計算機(jī)為工具以數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證控制系統(tǒng)，與實(shí)際的控制系統(tǒng)無關(guān)，這是一種測試和研究的實(shí)用方法 如果系統(tǒng)被設(shè)計成通過利用矯正方法，以滿足頻域，頻域的量的性能指標(biāo)的要求。開環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對數(shù)頻率特性，以達(dá)到起點(diǎn)，串聯(lián)的校正方法的穩(wěn)態(tài)誤差，開環(huán)系統(tǒng)的截止頻率和相位裕要求。動態(tài)性能，雖然沒有嚴(yán)格的定量給定的系統(tǒng)，但它可以容易地確定根據(jù)在Bode圖的頻率域的形式和校正裝置的參數(shù)，尤其是對于需要高頻特性的校正系統(tǒng)中，使用頻域校正方法比其它方法更方便。串聯(lián)滯后超前校正網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)確定系統(tǒng)不穩(wěn)定，需要校

9、正以提高響應(yīng)速度以及相位裕度，穩(wěn)定性，校正優(yōu)點(diǎn)滯后系列應(yīng)使用 - 超前校正。其基本原理是利用滯后 - 鉛網(wǎng)絡(luò)的引線部分，以提高系統(tǒng)的相位余量，同時服用的滯后部分的優(yōu)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)的性能。 在當(dāng)今世界上，最流行的計算機(jī)輔助控制系統(tǒng)的設(shè)計語言是MATLAB語言，實(shí)踐證明了MATLAB語言是計算機(jī)輔助控制系統(tǒng)分析與設(shè)計的最佳伙伴。MATLAB應(yīng)用的進(jìn)一步推廣有一大部分原因是圖形模型輸入交互式計算機(jī)仿真環(huán)境simulink的加入?，F(xiàn)在,MATLAB語言已經(jīng)風(fēng)靡全球,它已成為控制系統(tǒng)cad的最熱門的領(lǐng)域，是最流行的軟件環(huán)境。隨著時代的發(fā)展，并在航空航天，機(jī)器人控制，導(dǎo)彈制導(dǎo)和核能高科技領(lǐng)域的計

10、算機(jī)技術(shù)，自動控制理論及應(yīng)用技術(shù)等也越來越深入和廣泛。在21世紀(jì)，不管是生物，醫(yī)學(xué)，環(huán)境還是經(jīng)濟(jì)管理社會生活，許多領(lǐng)域都是自動控制技術(shù)大施拳腳的地方，已經(jīng)是現(xiàn)代社會必要組成部分。時代在發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人類探索未來，認(rèn)識和改造自然，建設(shè)一個高度文明發(fā)達(dá)的社會等活動的展開，自動控制理論和技術(shù)將進(jìn)一步發(fā)揮更重要的作用。作為一個工程技術(shù)人員了解和掌握自動控制的知識是必要的。 現(xiàn)在幾乎全部工廠都使用了自動控制技術(shù)，生產(chǎn)效率大大調(diào)高，工人的勞動強(qiáng)度大大減輕。自動控制，這一高精確度的工作，還大大提高了武器效能和作戰(zhàn)效率，如火炮自動跟蹤系統(tǒng)使用自動控制打下了認(rèn)為控制和電腦控制的高速飛行的飛機(jī)。有些

11、場合人不直接參與甚至自動控制技術(shù)，更離不開一些危險工作工作，如原子能生產(chǎn)，大炮或?qū)椫茖?dǎo)等。MATLAB軟件仿真工具SIMULINK可以為自動控制系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，分析系統(tǒng)并仿真結(jié)果，能夠隨時更改結(jié)構(gòu)與參數(shù)，可以快速直觀的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計并進(jìn)一步優(yōu)化。1.2 自動控制理論發(fā)展概述1868年，麥克斯韋用研究數(shù)學(xué)的方法來研究控制系統(tǒng)的方式，奠定了時域分析方法的基礎(chǔ)。到現(xiàn)在為止，已經(jīng)出現(xiàn)了經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論兩大基礎(chǔ)理論。自動控制理論隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，被控對象越來越多，要求的性能要求也越來越高，這之間伴隨著自動控制理論的不斷發(fā)展和完善。經(jīng)典控制理論是基于反饋為基礎(chǔ)，為系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型研

12、究了單輸入傳遞函數(shù) - 單輸出線性時不變系統(tǒng)的分析和設(shè)計，主要用于工業(yè)控制和二戰(zhàn)期間的軍事裝備。1932年，以美國為首的物理學(xué)家終于建立了成熟的標(biāo)準(zhǔn)，奠定了頻域分析法的基礎(chǔ)，隨著bode的進(jìn)一步發(fā)展，以頻域分析為基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論最終形成。20世紀(jì)60年代，隨著現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)成果的應(yīng)用和引進(jìn)計算機(jī)技術(shù)，為了適用航空航天技術(shù)的發(fā)展，形成了以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)的狀態(tài)空間描述，以提高主要的性能，提高精度的最優(yōu)控制線性可變多參數(shù)系統(tǒng)?，F(xiàn)代控制理論不僅在理論上有著理想的結(jié)果，在我們國防技術(shù)工業(yè)控制上也有著不可替代的地位。但現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，人們的要求越來越高，現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)也水漲船高，現(xiàn)行反饋控制已

13、經(jīng)不能夠適用于現(xiàn)代社會實(shí)際需要。我們接觸到的大多是控制系統(tǒng)都是非線性的即便將其近似線性模型化也難以表現(xiàn)出非線性部分的特點(diǎn)，只能減小難度，控制器的設(shè)計也不足以滿足要求。線性系統(tǒng)不能解釋眾多的實(shí)際非線性工作。在沒有非線性系統(tǒng)的理論支持下，只能用線性系統(tǒng)對付分段線性的非線性特性，再用線性控制理論的分析和設(shè)計。在20世紀(jì)90年代，由于以微分幾何為主的現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論的完善，突破性的解決了復(fù)雜控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計及其優(yōu)化。自動控制理論與人類的發(fā)展而發(fā)展，并隨著技術(shù)的進(jìn)步，提高生產(chǎn)率和持續(xù)改進(jìn)。1.2.1 自動控制理論歷史自動控制的開端：自動控制技術(shù)始于18世紀(jì)，由于第一次工業(yè)革命的發(fā)展，人們的生產(chǎn)

14、力極大提高，如何在提高生產(chǎn)效率的同時保證生產(chǎn)穩(wěn)定并且減小人力資源的浪費(fèi)成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)特點(diǎn)：簡單單一對象控制。經(jīng)典控制理論時期（1940-1960）最開始引起關(guān)注的是單一變量系統(tǒng)，比如電動機(jī)的調(diào)速，汽車速度的控制。1942年哈里斯最先將傳遞函數(shù)應(yīng)用于自動控制；1948年伊萬恩提出了根軌跡法；1945年Bode出版的Network Analysis and Amplifier，是自動控制理論的基礎(chǔ)。 1949年vina關(guān)于經(jīng)典控制的著述。特點(diǎn)：在這時，傳函是最基本的研究手段，頻域法進(jìn)入人們的視線，只能夠設(shè)計單變量線性定常系統(tǒng)，不能解決非線性系統(tǒng)?，F(xiàn)代控制理論時期（20世紀(jì)50年代末-60年代

15、初）隨著數(shù)學(xué)的發(fā)展，開始研究多變量問題，航天科技的發(fā)展以及高科技武器比如導(dǎo)彈，潛艇的火控問題使得人們對于高性能自動控制系統(tǒng)無比渴切。最優(yōu)濾波理論;極大值原理等一些重要規(guī)律被總結(jié)出來。特點(diǎn)：采用時域法研究時變系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)等高性能要求的自動控制系統(tǒng)。大系統(tǒng)控制時期（1970s-）隨著計算機(jī)技術(shù)的極大發(fā)展，各個不同領(lǐng)域互相交織，被計算機(jī)系統(tǒng)高效的利用起來。但是要需要解決的問題也越來越復(fù)雜，研究對象復(fù)雜無比，多輸入多輸出非線性成為常態(tài)。智能控制時期 近幾年來，計算機(jī)的簡單思想已經(jīng)不足以解決問題，這時人們提出了人工智能技術(shù)，用人的思想指導(dǎo)機(jī)器，以人的技巧解決復(fù)雜的問題。1.3MATLAB簡介MATL

16、AB，也就是Matrix Laboratory，意為矩陣實(shí)驗(yàn)室，他是世界上最流行的科學(xué)計算軟件。當(dāng)今社會信息技術(shù)不斷發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)日新月異，他們在各種領(lǐng)域的科學(xué)計算已被廣泛使用，在許多如控制論,時序分析,系統(tǒng)仿真,信號處理,圖像等方面,產(chǎn)生了大量的矩陣和對應(yīng)的計算。如果要自己寫這么多很多復(fù)雜的計算機(jī)程序,需要消耗大量的時間與精力，完成的工作也可能錯漏百出，牽扯到一系列工作。美國推出的MATLAB軟件大大減輕了我們的工作，是一個方便而常用的計算平臺。MATLAB系統(tǒng)最基本的操作不需要特別指出矩陣的維數(shù)，它的主要依據(jù)是根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值計算，能夠正確處理無窮數(shù)與無定義數(shù)。它內(nèi)置了大量矩陣及運(yùn)算

17、函數(shù)，處理一些復(fù)雜計算比我們要快很多，大大提高了工作效率。作者在編寫命令語句的時候大量參考了已經(jīng)成熟的數(shù)學(xué)公式，相關(guān)從業(yè)者可以快速學(xué)習(xí)，可讀性也很強(qiáng)，還可以以編程語言編程來快速解決問題，這使得許多人都共享了自己的成熟算法，進(jìn)一步完善了MATLAB系統(tǒng)。這僅僅是其基本框架，在具體工作中我們常常遇到專業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)問題，這時候我們就可以使用它的其他專業(yè)工作箱，比如Control System和Neural Network工具箱。1.3.1MATLAB的基本功能 MATLAB主要面向科學(xué)計算，他創(chuàng)造性地把，矩陣分析，函數(shù)運(yùn)算，系統(tǒng)建模仿真合并在一起，通過一個直觀的視窗系統(tǒng)展示了一個簡便而實(shí)用的數(shù)值計算

18、的解決方案，并且它不同于其他語言模式，是世界先進(jìn)水平的體現(xiàn)。他和mathematics，maple并稱三大數(shù)學(xué)軟件，是最頂級的數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件。他可以繪制函數(shù)，運(yùn)算矩陣，仿真分析，連接到其他語言進(jìn)行進(jìn)一步編程，它的用途多種多樣，信號處理，圖像分析，建模設(shè)計等。MATLAB的指令表達(dá)方式借鑒了其他編程語言的優(yōu)點(diǎn)，因此他便與學(xué)習(xí)與使用，用他解決數(shù)學(xué)問題要比其他語言方便得多。現(xiàn)在還增加了c，Java等編程語言的支持，在MATLAB中可以直接調(diào)用，也可以自行組件庫方便以后調(diào)用，也可以與別人分享。 MATLAB功能極為豐富，對自動控制理論的科學(xué)計算和工程建模仿真十分順手，特別是simulink使得復(fù)雜系統(tǒng)的

19、仿真成為現(xiàn)實(shí)，達(dá)到了實(shí)用性專業(yè)性和通用性的統(tǒng)一。在西方，他已經(jīng)成為教學(xué)的良好工具，成為我們應(yīng)該掌握的必備技能。1.3.2MATLAB發(fā)展及其影響 經(jīng)過幾位美國教授多年的努力，mathworks公司推出了MATLAB，這款采用c語言內(nèi)核的數(shù)學(xué)軟件一經(jīng)現(xiàn)世就引發(fā)了轟動。后來新增的功能更是讓人不忍釋手。正是MATLAB的良好表現(xiàn)，原先的較為封閉的不開源軟件日趨沒落，現(xiàn)在人們都采用MATLAB作為數(shù)學(xué)平臺?，F(xiàn)在，他是人滿公認(rèn)的最好用的數(shù)值計算軟件。隨著3d技術(shù)的應(yīng)用，他更加受到學(xué)生和老師的熱愛。1993年推出的4.x版本是MATLAB歷史上的重大革新，大大發(fā)展了數(shù)圖直觀可視功能：simulink的建立

20、。他能夠較好的對非線性動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真，并進(jìn)行分析，大大簡化了非線性系統(tǒng)的復(fù)雜計算，增強(qiáng)了人們對非隨機(jī)系統(tǒng)的直觀認(rèn)知現(xiàn)在MATLAB可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，大大發(fā)展了MATLAB的用途為工程所做的優(yōu)化。MATLAB認(rèn)為word是當(dāng)今世界上最好用的辦公軟件之一，因此特別為她做了優(yōu)化，現(xiàn)在他可以直接與MATLAB互相交換數(shù)據(jù)，更加利于人們辦公。后來的5.x6.x版本比先前的版本更加友好，由面向計算轉(zhuǎn)為面向?qū)ο?，圖形計算更加直觀，數(shù)學(xué)計算更加強(qiáng)大，當(dāng)然，工具包也更加豐富了。雖然科技不斷發(fā)展，信息技術(shù)不斷更新，但是MATLAB一直是最先進(jìn)的數(shù)學(xué)軟件，后來還強(qiáng)化了之前一直疲弱的大數(shù)據(jù)計算。MATLA

21、B買下了mathcad以解決數(shù)學(xué)專業(yè)計算的問題?，F(xiàn)在，MATLAB是一系列數(shù)學(xué)工作的必備軟件，是我們應(yīng)該掌握的必備工具。即便是在最專業(yè)的國際學(xué)術(shù)界，MATLAB也被認(rèn)為是最準(zhǔn)確最可靠的數(shù)學(xué)軟件。他是學(xué)者們著述論文所經(jīng)常用的軟件，甚至在信息及時領(lǐng)域，它的存在幾乎必不可少。在研發(fā)部門，MATLAB也是首選工作軟件MATLAB是一個工具巨頭，MATLAB所采用的編程操作思想是極為平近易人的，與我們思考問題的方式極為接近，這有別于其他的編程語言。像是在紙上計算公式一樣，這就是MATLAB所具有的特性。這也成為紙基驗(yàn)算科學(xué)。在數(shù)值運(yùn)算，科學(xué)計算，信號分析，系統(tǒng)建模和仿真方面，這是極為有效極為重要的應(yīng)用軟

22、件。MATLAB一直是最好的數(shù)值運(yùn)算軟件，這些應(yīng)用軟件工具包已經(jīng)集成到了一個大環(huán)境下，在這種情況下，當(dāng)我們遇到困難時，我們只需要找到需要用到的公式，以及所用到的數(shù)據(jù)，我們就可以直接得到所要的答案，不管是函數(shù)還是圖表。MATLAB已經(jīng)集成了主要常用矩陣的功能，所以當(dāng)我們遇到比如信號處理，建模仿真，系統(tǒng)優(yōu)化等問題時，可以直接給出答案，非常方便，而且高效，這是其他軟件所沒有的特點(diǎn)。許多大學(xué)研究室實(shí)驗(yàn)室都安裝了MATLAB，這是人們研究相關(guān)問題所必不可少的。MATLAB集成了許多工具箱，涉及到方方面面的問題，這為我們提供了極大助力。矩陣實(shí)驗(yàn)室實(shí)際上是一系列MATLAB函數(shù)文件組成的擴(kuò)展軟件，可以解決各

23、種問題，比如，信息的識別，圖像識別技術(shù)，控制系統(tǒng)的設(shè)計。隨著MATLAB不斷的升級與完善，各個工具包的加入，它能應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛，能解決的問題越來越復(fù)雜，其計算力與解決問題的能力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了個人的能力。MATLAB5.x版本有了simulink工具，打開simulink界面，只需拖動常用實(shí)驗(yàn)工具就可以自動進(jìn)行仿真分析，大大簡化了傳統(tǒng)仿真過程，極大幫助了我們的工作1.3.3MATLAB的特點(diǎn) 新語言的特點(diǎn)（1）數(shù)據(jù)類型和面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù) MATLAB6.x與舊版本的最顯著不同的是，該數(shù)據(jù)類型的變化。 6.x版本的現(xiàn)有六種基本數(shù)據(jù)類型：雙數(shù)組，字符串?dāng)?shù)組，元胞數(shù)組，數(shù)組結(jié)構(gòu)，稀疏矩陣和un

24、it8數(shù)據(jù)。MATLAB本身從面向結(jié)果轉(zhuǎn)為面向?qū)ο?，尤其是編程技術(shù)的加入使得MATLAB有了巨大的變化。從自身來看，從5.0版本，MATLAB將逐步轉(zhuǎn)化為新的數(shù)據(jù)類型，其自身的功能指令。在這個過程一直持續(xù)6.x版本都基本完成。例如6.x的版本中引入了新的組名（求取極小值等）的優(yōu)化參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了使用陣列架構(gòu)的功能指令。另一個例子ODE求解器版本6.x提供了指令ODE求解器的參數(shù)設(shè)置都是有關(guān)新的數(shù)據(jù)類型。 新的數(shù)據(jù)類型和兩個面向?qū)ο蟮募夹g(shù)的影響：因此一些一般性升級套件。在符號計算，在MATLAB4.2c中，指令符號工具箱是一種表現(xiàn)形式，而和其對應(yīng)的符號計算指令形式則是另一種表現(xiàn)形式，兩者勉強(qiáng)結(jié)合，

25、使用起來極其不便。 三種新的數(shù)據(jù)類型和面向?qū)ο蠹夹g(shù)的影響：一系列的申請材料已經(jīng)升級。這使得專業(yè)工作包更能為人所用，它的功能也大大增強(qiáng)。在自動控制系統(tǒng)工作箱中，利用新數(shù)據(jù)類型和重型技術(shù)的矩陣，線性時不變系統(tǒng)（LTI）經(jīng)過這種處理后,無論LTI是由傳遞函數(shù)產(chǎn)生，還是零極點(diǎn)增益方式，狀態(tài)方程式的方式，都可以隨心所欲的運(yùn)行各種計算。（2）控制流和函數(shù)類型新的多分支結(jié)構(gòu)的switch-case的新MATLAB流量控制，盡量-catch結(jié)構(gòu)和警告提示錯誤，警告。這進(jìn)一步改善了程序運(yùn)行的可讀性和可靠性。新類型的極大豐富功能，以適應(yīng)不同層次的復(fù)雜程序編制和管理。例如，內(nèi)聯(lián)函數(shù)更簡潔，適用于所有類型相對簡單的數(shù)

26、學(xué)模型。雖然增加功能，私人聚會，使復(fù)雜的功能比較容易整理，不僅提高了MATLAB的工作效率，還減少了內(nèi)存變量名，減小了函數(shù)名沖突的幾率設(shè)計為一個新的可變長度輸入和輸出變量的在varagin函數(shù)，varagout。這種變體使用變量的長度，MATLAB本身的新指令進(jìn)一步“柔性”。一個指令可以接受任意數(shù)量的輸入變量中，您可以生成，以滿足不同場合的需求任意數(shù)量的輸出變量。可以由所有的這些措施，使MATLAB可以更容易地制備大和復(fù)雜的程序。當(dāng)然，用戶可以在可變長使用這些變量，以制備柔性的應(yīng)用程序。工作環(huán)境所謂工作環(huán)境是：幫助系統(tǒng)工作內(nèi)存管理，指導(dǎo)和管理職能，搜索路徑管理，操作系統(tǒng)，調(diào)試和性能分析工具。傳

27、統(tǒng)的工作環(huán)境與同時期其他數(shù)學(xué)類軟件，企業(yè)原有的MATLAB的工作環(huán)境更友好的名單相比，MATLAB軟件的工作環(huán)境十分單純，它的help系統(tǒng)是以文本文檔的形式存在，調(diào)用十分方便；內(nèi)存管理，路徑管理都十分簡單，一最基本的指令完成；還可以形成一個單一的文件類型,唯一的M文件和MAT文件。版本4.2C情況開始改變,但是這僅僅是一個過渡形式。（1）引入大量的圖形用戶界面的 6.x版本的MATLAB不再以純文本的方式顯示命令語句，各種操作，MATLAB引進(jìn)了許多直觀的圖形界面幫助用戶,如人機(jī)交互界面help in的在線幫助圖形顯示窗口的6.x的版本進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成可互操作的可編輯的圖形界面。（2）引入一個全面

28、的幫助系統(tǒng)在線幫助：幫助內(nèi)容，大多附著到M嵌入式文件，實(shí)時性強(qiáng)，響應(yīng)速度快。幫忙回答最及時準(zhǔn)確的內(nèi)容。 MATLAB傳統(tǒng)一直使用這種幫助系統(tǒng)，并深受用戶的歡迎。新的保留原有的功能也正好與一個新的圖形界面helpwin的內(nèi)容相對應(yīng)，加強(qiáng)用戶指南。全面的在線幫助圖書館服務(wù)支持：在HTML超文本庫獨(dú)立存在。按MATLAB的功能和核心布局，系統(tǒng)化的整個庫，并可以借助“超鏈接”方便地交叉引用。PDF文檔：之前PDF文檔不能再M(fèi)ATLAB中直接打開，必須使用專業(yè)軟件閱讀?，F(xiàn)在他可以明確，規(guī)范的打開PDF文檔，選擇合適的布局，便于閱讀與使用。演示軟件一直是MATLAB的重中之重，它最直觀的體現(xiàn)軟件的優(yōu)點(diǎn)，因

29、此無論是過去還是未來，這個功能都會不斷的加強(qiáng)，新加入的內(nèi)容使得功能更加豐富，更便于演示。（3） M文件編輯，集成調(diào)試環(huán)境新的編輯器有著更好的文本編輯，能夠清楚地標(biāo)示出不同功能不同程序，醒目的顏色標(biāo)示與段落分段讓人更加容易的閱讀程序，區(qū)分操作指令，控制流指令等。編輯器可以像word一樣設(shè)置樣式。從5.2版本開始，新加入了一個使用的功能，在變量名上懸停就可以自動演示該變量的工作內(nèi)容，這就是變量現(xiàn)場演示功能。在6.x版本中，調(diào)試器被集成在了編輯器之中，只要點(diǎn)擊運(yùn)行就可以調(diào)試程序，演示結(jié)果。（4）性能評測M文件調(diào)試器僅適用于M檔語法錯誤和運(yùn)行時錯誤的定位和性能分析輪廓指令負(fù)責(zé)將獲得的報告過程中的各個環(huán)

30、節(jié)耗時的分析。報告6.x版的指令，這將有助于用戶發(fā)現(xiàn)的“瓶頸”在哪里，以提高沖擊的運(yùn)行速度特別詳細(xì)的分析。（5）筆記本全新安裝自推出版本4.2C筆記本電腦，集本文，計算，在環(huán)境中的一個圖形得到了用戶的贊賞。但直到5.2版，若筆記本電腦和MATLAB安裝同時安裝會有極大不便之處：一旦改字，必須全面重新安裝MATLAB。 6.x版本都改變了這種狀況，它可以在MATLAB命令窗口隨時進(jìn)行安裝至筆記本電腦，節(jié)省了時間（6）MATLAB環(huán)境下運(yùn)行的文件在以前，用戶可以編寫和運(yùn)行的程序文件和腳本文件只有M M函數(shù)文件。新一代的代碼指令6.x的版本，可以產(chǎn)生一個二進(jìn)制文件MEX MEX指令。用M文檔，這兩個

31、文件的讀取速度要快得多simulink是運(yùn)行在MATLAB環(huán)境的高性能仿真設(shè)計平臺，可以實(shí)現(xiàn)各種動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真。無需編寫程序，直接在界面拖動相關(guān)組件就可以搭建復(fù)雜的模型，而且操作簡單，直觀。Simulink仿真有著極廣的適應(yīng)面，結(jié)構(gòu)直觀，流程一目了然，得到的結(jié)果精確，符合實(shí)際情況，同時工作效率高，操作靈活，因而simulink的實(shí)際應(yīng)用十分廣泛，尤其是復(fù)雜的信號處理，自動控制。MATLAB提供了大量的不同領(lǐng)域的工具包，也可以與其他人交換自制工具包。作為一款可視化建模仿真工具，simulink基于MATLAB框架實(shí)現(xiàn)了動態(tài)系統(tǒng)的仿真與分析，不管是線性系統(tǒng)還是非線性系統(tǒng)都能用得到他。Simu

32、link可以隨便混合或者單獨(dú)使用采樣時間，同時可以做到不同部分不同采樣，這是十分方便的。創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)的時候，需要用到simulink提供的一個自帶模型圖的圖形gui，只需簡單地點(diǎn)選以及連接就可以完成復(fù)雜系統(tǒng)的模型建立，過程簡單明了，更改方便，而且運(yùn)行速度極快，可以立即得到結(jié)果。Simulink還可以用于嵌入式系統(tǒng)，它所擁有的圖形界面和模塊庫可以為為眾多領(lǐng)域問題進(jìn)行設(shè)計，比如，通信系統(tǒng)，自動控制，圖像識別，它的擴(kuò)展工具包拓展了建模功能，還可以自行驗(yàn)證Simulink依托MATLAB可以快速直接運(yùn)用MATLAB的工具來進(jìn)行仿真分析，測試模型等。 第3章 頻域校正方法3.1串聯(lián)超前校正3.1.1串聯(lián)

33、超前校正概念利用超前校正網(wǎng)絡(luò)的相位超前特性來增大系統(tǒng)的相位裕量，以達(dá)到改善系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的目的。為此，要求校正網(wǎng)絡(luò)最大的相位超前角出現(xiàn)在系統(tǒng)的截止頻率（剪切頻率）處。一般要求校正后系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性具有如下特點(diǎn)：1、低頻段的滿足穩(wěn)態(tài)精度的要求；2、中頻段的幅頻特性的斜率為-20dB/dec,并具有較寬的頻帶，這一要求是為了系統(tǒng)具有滿意的動態(tài)性能；3、高頻段要求幅值迅速衰減，以較少噪聲的影響。適用范圍穩(wěn)定性好，超調(diào)小及動態(tài)過程響應(yīng)快的系統(tǒng)。校正方法1.根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的要求，確定開環(huán)增益K。2.根據(jù)所確定的開環(huán)增益K，畫出未校正系統(tǒng)的博特圖，量出(或計算)未校正系統(tǒng)的相位裕度。若不滿足要求，轉(zhuǎn)第3步。

34、3.由給定的相位裕度值，計算超前校正裝置應(yīng)提供的相位超前量(適當(dāng)增加一余量值)。4.選擇校正裝置的最大超前角頻率等于要求的系統(tǒng)截止頻率，計算超前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)a和T；若有截止頻率的要求，則依該頻率計算超前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)a和T。5.驗(yàn)證已校正系統(tǒng)的相位裕度；若不滿足要求，再回轉(zhuǎn)第3步。3.1.2串聯(lián)超前校正的實(shí)例已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： G(s)=100Ks(0.04s +1)要求校正后系統(tǒng)對單位斜坡輸入信號的穩(wěn)態(tài)誤差 ess 0.01，相角裕度 ，繪制原系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線 取k=1得 繪制bode圖 由bode圖得： 繪制奈氏曲線 與實(shí)軸無交點(diǎn)根軌跡 設(shè)計校正裝置據(jù)題意，校正后相角裕度確定需

35、增加的相位超前量 a=3.76計算校正后截止頻率確定超前校正傳遞函數(shù) 校正后開環(huán)傳遞函數(shù)校正后伯德圖： 由伯德圖得：相角裕度幅值裕度：設(shè)穿越頻率，則校正后的單位階躍響應(yīng) 校正后的奈氏曲線 校正后的根軌跡 二 串聯(lián)滯后校正滯后校正原理：將低通濾波器與系統(tǒng)不可變部分串聯(lián)時，截止頻率減小，中高頻段增益降低，使得獲得較大相位裕度同時低頻段不受其影響。滯后校正的不足之處：校正后系統(tǒng)的截止頻率減小，瞬態(tài)響應(yīng)速度變慢；滯后校正網(wǎng)絡(luò)會產(chǎn)生一定的相角滯后量。使用范圍：系統(tǒng)響應(yīng)速度要求不高而抑制噪聲電平性能要求較高。 滯后校正實(shí)例：已知反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，設(shè)計滯后網(wǎng)絡(luò)使得穩(wěn)定速度誤差系數(shù)，相位裕度

36、不小于由題可得k=1500編寫程序校正：wc2=1.5;num=20;den=conv(1 1 0,1 2);G=tf(num,den);mag,phase,wcg,wcp=margin(G);margin(G)t1=1/(0.1*wcg);beta=10;Gc_lag=tf(t1,1,beta*t1,1)G1=G*Gc_lag;mag,phase,w=bode(G1);mag1=spline(w,mag,wc2);L=20*log10(mag1);alfa=10(-L/10);t2=1/wc2/sqrt(alfa);Gc_lead=tf(alfa*t2,1,t2,1);G0=G*Gc_lea

37、d*Gc_lag;figure(2)margin(G0)figure(3)step(feedback(G0,1)運(yùn)行結(jié)果如圖： 校正前伯德圖 校正前階躍響應(yīng) 校正后伯德圖 校正后階躍響應(yīng)分析：由圖可知，校正前系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，經(jīng)滯后校正后，系統(tǒng)穩(wěn)定，符合設(shè)計要求。三串聯(lián)滯后超前校正基本原理：串聯(lián)滯后超前校正同時擁有串聯(lián)滯后校正和串聯(lián)超前校正的優(yōu)點(diǎn)，可以用超前部分增大系統(tǒng)相角裕度，同時滯后部分改善穩(wěn)態(tài)性能，可以做到響應(yīng)時間快，超調(diào)量小，抑制噪聲使用范圍：系統(tǒng)不穩(wěn)定，且要求系統(tǒng)的響應(yīng)速度快、相角裕度和穩(wěn)態(tài)性能要求高串聯(lián)滯后超前校正的實(shí)例： 受控對象模型： 指標(biāo)要求：最大上升時間：10s，最大調(diào)節(jié)時間

38、：50s,最大超調(diào)量：30%根據(jù)性能指標(biāo)要求： 配置超前或滯后網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)為： 首先繪制未矯正系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線： 未校正系統(tǒng)階躍響應(yīng)可以看出該系統(tǒng)上升時間長，調(diào)節(jié)時間長，超調(diào)量大而且，該系統(tǒng)為零型，對于階躍輸入，其穩(wěn)態(tài)誤差：。根據(jù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系： （） 取利用matlab繪制受控對象的bode圖： 未校正系統(tǒng)bode圖1 其穿越頻率：，相位裕量： 校正網(wǎng)絡(luò)提供： （1）采用滯后網(wǎng)絡(luò)： 未校正系統(tǒng)bode圖2 未校正系統(tǒng)bode圖3 可得： 圖3-4 滯后網(wǎng)絡(luò)校正后系統(tǒng)bode圖雖然滯后網(wǎng)絡(luò)較好實(shí)現(xiàn)，但要求新增益穿越頻率為0.314以后，加入滯后網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶寬變窄，從矯正后系統(tǒng)bode圖中可以看出雖

39、然系統(tǒng)相位裕量變大但是系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)非常差，而且此種設(shè)計無法改善穩(wěn)態(tài)誤差。因?yàn)槿衾^續(xù)加入滯后網(wǎng)絡(luò)會導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)散甚至不穩(wěn)定。 所以改為設(shè)計超前-滯后網(wǎng)絡(luò)。（2）設(shè)計超前-滯后網(wǎng)絡(luò) 若設(shè)計為超前網(wǎng)絡(luò)： 未校正系統(tǒng)bode圖4再利用根軌跡法設(shè)計串聯(lián)一個滯后網(wǎng)絡(luò)，其零極點(diǎn)設(shè)計為靠近原點(diǎn)的偶極子：超前網(wǎng)絡(luò)設(shè)計矯正設(shè)計后的系統(tǒng)根軌跡圖 則滯后-超前網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)：繪制校正后的階躍響應(yīng)曲線圖： 設(shè)計后的系統(tǒng)響應(yīng)曲線 基本符合要求。 滯后-超前網(wǎng)絡(luò)設(shè)計后的系統(tǒng)框圖 1 盧京潮自動控制理論西北工業(yè)大學(xué)出版社，2009年2 劉振全Matlab語言與控制系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)教程化學(xué)工業(yè)出版社，2009年3 何衍慶控制系統(tǒng)分析

40、、設(shè)計和應(yīng)用Matlab語言的應(yīng)用化學(xué)工業(yè)出版社，4 張養(yǎng)安、劉林章，MATLAB軟件在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用，水土保持研究， 2005年8月.5 姜長元，Matlab和Word的鏈接及應(yīng)用，洛陽師范學(xué)院學(xué)報， 2005年第二期.6 王沫然 編著，MATLAB與科學(xué)計算（第二版），電子工業(yè)出版.7 胡壽松主編,自動控制原理（第4版）M，科學(xué)出版社，20038 王曉燕主編，自動控制理論實(shí)驗(yàn)與仿真M，華南理工大學(xué)出版社 ,2006 9 王春明 劉興明 嵇艷菊主編M，連續(xù)與離散控制系統(tǒng)，科學(xué)出版社 ，200810 王正林主編，MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真M，電子工業(yè)出版社，200511 王

41、正林 王勝開 王琪主編，MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真（第2版）M，電子工業(yè)出版社 ，2008 12 尾形克彥（Ogata,K）著，離散時間控制系統(tǒng)（原書第2版）M，機(jī)械工業(yè)出版社，200613 趙明旺，現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)【M】.北京：冶金工業(yè)出版社 1995.14 常春馨，現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)【M】.北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1988.15 Richard C Dorf Robert H Bishop,Modern Control Systems（現(xiàn)代控制系統(tǒng)，第9版，英文影印版）M， 科學(xué)出版社，200216 R.C.Dorf, R.H.Bishop,Modern Control Systems,2002. 17 C.T.Chen. Linear System Theory and Design. College Publishing,1984.六月，如火的季節(jié)。對于即將告別學(xué)校，踏上新的征途的我們來說，它別有一番意義。四年的大學(xué)生活，短暫而充實(shí)，我們辛勤耕耘，就在這即將到來的六月，為這如歌的歲月畫上圓滿的句號。驀然回首，往事歷歷在目，尤其是這個學(xué)期，我經(jīng)過幾