實(shí)驗(yàn)九控制理論綜合實(shí)驗(yàn)一、二階閉環(huán)系統(tǒng)串聯(lián)校正是要設(shè)計1.自己設(shè)計一個二階閉環(huán)系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)的MP>=40%1）應(yīng)用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)仿真，確定系統(tǒng)時域性能指標(biāo)；2）根據(jù)構(gòu)造的系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，在試驗(yàn)平臺上通用電路單元設(shè)計并組建相應(yīng)的模擬電路；3）在輸入端輸入一個單位階躍信號，用上位機(jī)軟件觀測并記錄相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)曲線，并與理論值進(jìn)行比較。1、對該系統(tǒng)進(jìn)行校正，使得校正后的系統(tǒng)滿足MP<=16%1）根據(jù)指標(biāo)要求，設(shè)計校正裝置，要求寫出詳細(xì)步驟；2）用MATLAB軟件對校正后的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，記錄校正后系統(tǒng)的相應(yīng)曲線和指標(biāo);3）在試驗(yàn)平臺上用通用電路單元設(shè)計并組建相應(yīng)的模擬電路，進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)調(diào)試;4）在輸入端輸入一個單位階躍信號，用上位機(jī)軟件觀測并記錄相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)曲線，并與理論值進(jìn)行比較。4）實(shí)驗(yàn)過程：自己設(shè)計一個二階閉環(huán)系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)的MP>=40%根據(jù)Mp和&的關(guān)系，知道&<0.28時MP>=40%故設(shè)計系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:G(s)二0G(s)二01s(s+0.5)仿真結(jié)果：k=1;p=[0,-0.5];z=[];s=zpk(z,p,k);s=feedback(s,1);step(s)顯然超調(diào)量符合題目所要求的開環(huán)傳遞函數(shù)可以由一個慣性系統(tǒng)和一個積分系統(tǒng)串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，整個系統(tǒng)為下:時域硬件實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:時域硬件實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:通過純比例校正，能改變值從而改變超調(diào)量當(dāng)校正傳遞函數(shù)為G(s)=0.2時，能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)對超調(diào)量的要求。仿真結(jié)果如下：k=0.2;p=[0,-0.5];z=[];s=zpk(z,p,k);s=feedback(s,1);step(s)WFigure1I—FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelp也石恁S昌|會|紋氏V??|更|□匡]|□回

校正系統(tǒng)的連接方式為:硬件實(shí)驗(yàn)結(jié)果為:2、1)22、1)2)3)3、1)2)4、1、自主構(gòu)造一個物理可實(shí)現(xiàn)的三階以上的閉環(huán)系統(tǒng)、該系統(tǒng)的rc<=10°1）繪制系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)曲線，給出系統(tǒng)的頻域特性。2命令行方式，進(jìn)行系統(tǒng)仿真，確定系統(tǒng)時域性能指標(biāo)。3）根據(jù)構(gòu)造的系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，在試驗(yàn)平臺上搭建相應(yīng)的系統(tǒng)，觀察并記錄系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線。采用頻率法校正，設(shè)計相應(yīng)的控制器，使校正后的系統(tǒng)rc>=30°繪制系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)曲線，給出系統(tǒng)的頻域特性。命令行方式，進(jìn)行校正后系統(tǒng)仿真，檢查系統(tǒng)時域性能指標(biāo)。求出校正裝置的傳遞函數(shù)，并繪制開環(huán)對數(shù)特性曲線。在simulink仿真平臺下，分析構(gòu)造校正前后系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，觀察并記錄響應(yīng)曲線。輸入階躍響應(yīng)。輸入正弦信號。并通過理論分析與仿真驗(yàn)證說明系統(tǒng)輸出無衰減的頻率取值范圍。根據(jù)理論設(shè)計，在試驗(yàn)平臺上，搭建校正后的系統(tǒng)，觀察并記錄系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線。并說明系統(tǒng)的性能的改善。

實(shí)驗(yàn)過程：設(shè)計的高階系統(tǒng)開環(huán)傳函為：k=1.5;p=[0,-1,-1];z=[];s=zpk(z,p,k);bode(s)■Figure1FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelpBodeDiagram10Frequency(rad/sec)10(00|3)-§|1505382-1-1-Z(6-s)fflseqdooooooooooo642-2-4-6-8O2-9102?LdBodeDiagram10Frequency(rad/sec)10(00|3)-§|1505382-1-1-Z(6-s)fflseqdooooooooooo642-2-4-6-8O2-9102?Ld@◎ECM目冒#其階躍響應(yīng)仿真結(jié)果為：g=s/(s+1)Zero/pole/gain:1.5s(s+1)"2s(s+1)"2(s+1.891)(s"2+0.1093s+0.7934)>>step(g)

■Figure1L聞FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelpDSO|□S|□0硬件接線圖如下:吉&aon?2012/5/18/1.8Step硬件接線圖如下:吉&aon?2012/5/18/通過純比例環(huán)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)其相位裕度的調(diào)整校正裝置的傳遞函數(shù)為：頻域仿真過程為k=0.5;p=[0,-1,-1];z=[];s=zpk(z,p,k);bode(s)[Gm,Pm,wg,wp]=margin(s)Gm=4Pm=44.0607(相位裕度大于30°)wg=1

wp=0.4238FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelp□曲「更|□匡1|□白mp)3F1-EO1B(6CUP)CDSEqdBadeDiagram10"ooooooooooo642-2-4-6-8O2-9o-25o5mp)3F1-EO1B(6CUP)CDSEqdBadeDiagram10"ooooooooooo642-2-4-6-8O2-9o-25o5o1389-7T-1-Z-2Frequencyfrad/sec)102A0?小S2012/5/18盤矯正之后系統(tǒng)的時域特性仿真結(jié)果為;s=feedback(s,1);step(s)FigureFileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelp也y昌|M蟻硬秒甸I更I□匡＞1口)StepResponseStepResponse校正系統(tǒng)的硬件接線圖為:硬件仿真階躍響應(yīng)曲線如下:顯然，其系統(tǒng)在相位裕度加大之后更加穩(wěn)定三、基于PID的控制器的系統(tǒng)控制如圖所示的飛行器單軸姿態(tài)控制系統(tǒng)，氣（$）=S2設(shè)計相應(yīng)的PID（或PD）控制器G(S)，使得系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間七<4s超調(diào)量Mp<10%R(s)+C(s)―咚)~kG(S)?G0(s)k1在matlab仿真平臺下，進(jìn)行未校正系統(tǒng)特性分析（時域、復(fù)域、頻域）2控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真3在實(shí)驗(yàn)平臺上搭建相應(yīng)的模擬控制器，進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)調(diào)試，記錄系統(tǒng)的時間響應(yīng)曲線，并與理論值進(jìn)行比較4設(shè)計相應(yīng)的PID控制器，實(shí)現(xiàn)飛行器的計算機(jī)控制。1）基于simulink的實(shí)時控制實(shí)現(xiàn)2）基于C語言的算法控制3未校正的時候時域特性k=1;p=[0,0];z=[];s=zpk(z,p,k);s=feedback(s,1);step(s)Simulink仿真的時域特性系統(tǒng)為無阻尼振蕩。臨界穩(wěn)定狀態(tài)。頻域k=1;p=[0,0];z=[];s=zpk(z,p,k);bode(s)■Figure1FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelpmPJSimulink仿真的時域特性系統(tǒng)為無阻尼振蕩。臨界穩(wěn)定狀態(tài)。頻域k=1;p=[0,0];z=[];s=zpk(z,p,k);bode(s)■Figure1FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelpmPJaprl-E-179.5-180-180.5-181BodeDiagramFrequency(rad/sec)101相位裕度為0°，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定復(fù)域k=1;p=[0,0];z=[];s=zpk(z,p,k);rlocus(s)■Figure1Lq聞—1FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelpDSO|冒紋更|□匡1|□白08-0.6-04-0.200.2RealAxis0.40.60.84.2O.20.0.-O-08-0.6-04-0.200.2RealAxis0.40.60.84.2O.20.0.-O-wx<6EE-4.6R-O.-O.-O-2012/5/18J系統(tǒng)的根軌跡在虛軸上，為臨界穩(wěn)定狀態(tài)硬件接線圖為：其硬件仿真結(jié)果為:其結(jié)果與軟件仿真無異我們通過對其頻域的分析，發(fā)現(xiàn)用參考二階系統(tǒng)校正法校正比較適合做本題的校正裝置校正系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為:

矯正之后系統(tǒng)的軟件仿真階躍響應(yīng)曲線為：k=1;p=[0,0];z=[];s=zpk(z,p,k);s=feedback(s,1);step(s)■Figure1[u|同F(xiàn)ileEditView