基于matlab語言的線性系統(tǒng)校正方法的仿真研究

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1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2009屆畢業(yè)論文1.緒論1.1概述控制系統(tǒng)的校正問題，是自動控制系統(tǒng)設(shè)計理論的重要分支，也是具有實用意義的一種改善系統(tǒng)性能的手段與方法。系統(tǒng)的設(shè)計問題，傳統(tǒng)的提法是根據(jù)給定的被控對象和自動控制的技術(shù)要求，單獨進(jìn)行控制器的設(shè)計，使得控制器與被控對象組成的系統(tǒng)，能夠較好地完成不可改變的部分。但是近代控制系統(tǒng)的設(shè)計問題已突破了上述傳統(tǒng)觀念，例如，近代的不穩(wěn)定飛行對象的設(shè)計，就是事先考慮了控制的作用，亦即控制對象不是不可變的部分了，而是對象與控制器進(jìn)行一體化的設(shè)計[1]。根據(jù)被控對象及其技術(shù)要求，設(shè)計控制器的傳統(tǒng)做法也需要考慮多方面的問題，除了保證良好的控制性能之外，還要照顧到

2、工藝性、經(jīng)濟(jì)性；同時使用壽命、容許的體積與重量、管理與維護(hù)的方便等也不容忽視。在設(shè)計手段上，除了必要的理論計算之外，還需要配合一些局部和整體的模擬實驗和數(shù)字仿真[2]。因此，要達(dá)到比較滿意的設(shè)計，需要綜合多方面的知識和依賴長期實踐的積累。系統(tǒng)的校正問題，是一種原理性的局部設(shè)計。問題的提法是在系統(tǒng)的基本部分，通常是對象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和測量元件等主要部件，已經(jīng)確定的條件下，設(shè)計校正裝置的傳遞函數(shù)和調(diào)整系統(tǒng)放大系數(shù)[3]。使系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)滿足一定的要求。這一原理性的局部設(shè)計問題通常稱為系統(tǒng)的校正或動態(tài)補(bǔ)償器設(shè)計。由于校正裝置加入系統(tǒng)的方式不同，所起的作用不同，名目眾多的校正設(shè)計問題或動態(tài)補(bǔ)償器設(shè)計

3、問題，成了控制理論中一個極其活躍的領(lǐng)域，而且它也是最有實際應(yīng)用意義的內(nèi)容之一。1.2本課題的主要研究工作1.本課題主要是在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行研究，因此熟練掌握并運用MATLAB是必不可少的，在此基礎(chǔ)上對線性系統(tǒng)按照時域法、根軌跡法、頻域分析法進(jìn)行研究并仿真。2.第45頁共45頁中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2009屆畢業(yè)論文（1）時域分析：動態(tài)系統(tǒng)的特性通常用典型輸入下的時間響應(yīng)來進(jìn)行描述。而所謂響應(yīng)是指初值條件下某種典型輸入函數(shù)作用下控制對象的響應(yīng)。在控制系統(tǒng)中常用的輸入函數(shù)有單位階躍函數(shù)和沖激函數(shù)等。MATLAB的控制系統(tǒng)工具箱提供了大量分析控制系統(tǒng)時域特性的工具函數(shù)。按照系統(tǒng)輸入函數(shù)的不同，

4、分別討論應(yīng)用MATLAB進(jìn)行階躍響應(yīng)分析、脈沖響應(yīng)分析，以及任意輸入情況下的時域響應(yīng)分析這3種主要方法。（2）根軌跡分析：根軌跡，是指當(dāng)開環(huán)系統(tǒng)的某一參數(shù)從零變到無窮大時，閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的根在s平面上的軌跡。它具有計算量小直觀易用的特點，因而被廣泛地應(yīng)用于各種工程實踐當(dāng)中[4-5]。通常來說，繪制出系統(tǒng)的根軌跡是很繁瑣的事情，但在MATLAB中專門提供了繪制根軌跡有關(guān)的函數(shù)，使這一方法變得簡便易行。（3）頻域響應(yīng)分析：頻域分析法是應(yīng)用頻率特性研究系統(tǒng)控制過程性能的一種經(jīng)典方法。在頻域分析中，頻率響應(yīng)法由于物理意義鮮明、計算量小、直觀性較強(qiáng)等優(yōu)點，MATLAB提供了頻率響應(yīng)函數(shù)freqs()

5、。3.在MATLAB環(huán)境下直觀的觀看線性系統(tǒng)校正的仿真結(jié)果。4．通過對仿真結(jié)果的比較研究，得出不同校正方式的應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點。5．通過實例，任務(wù)書上有，驗證結(jié)論的正確性1.3論文結(jié)構(gòu)安排第一章緒論主要介紹了線性系統(tǒng)校正的研究背景以及本課題即將做的主要研究工作。第二章線性系統(tǒng)的校正方法主要介紹了主要的校正方式和校正裝置。第三章基于MATLAB線性系統(tǒng)校正方法研究著重對時域法、根軌跡法和頻域法校正方法做了深入的研究。并且研究了在這三種校正法中的串聯(lián)超前、滯后、超前滯后校正，復(fù)合校正。第四章校正仿真與實驗結(jié)果主要對文中著重介紹的校正方法用MATLAB進(jìn)行仿真研究，并通過仿真圖直觀的觀測出不同的校正

6、方法所對應(yīng)的不同的仿真圖。第五章結(jié)束語對本文做出一個全面的大體概括。第45頁共45頁中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2009屆畢業(yè)論文2.線性系統(tǒng)的校正方法2.1主要校正方式按照校正裝置在系統(tǒng)中的連接方式，控制系統(tǒng)校正方式可分為串聯(lián)校正、反饋校正、前饋校正和復(fù)合校正四種。串聯(lián)校正裝置一般接在系統(tǒng)誤差測量點之后和放大器之前，串接于系統(tǒng)前向通道之中；反饋校正裝置接在系統(tǒng)局部反饋通道之中[6]。串聯(lián)校正與反饋校正連接方式如圖2.1所示：圖2.1串聯(lián)校正與反饋校正前饋校正又稱順饋校正，是在系統(tǒng)主反饋回路之外采用的校正方式。前饋校正裝置接在系統(tǒng)給定值（或指令、參考輸入信號）之后及主反饋作用點之前的前向通道上，如圖

7、2.1所示，這種校正方式的作用相當(dāng)于對給定值信號進(jìn)行整形或濾波后，再送入反饋系統(tǒng)；另一種前饋校正裝置接在系統(tǒng)可測擾動作用點與誤差測量點之間，對擾動信號進(jìn)行直接或間接測量，并經(jīng)變換后接入系統(tǒng)，形成一條附加的對擾動影響經(jīng)行補(bǔ)償?shù)耐ǖ?，如圖2.2所示。前饋校正可以單獨作用于開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以作為反饋控制系統(tǒng)的附加校正而組成復(fù)合控制系統(tǒng)[7-8]。復(fù)合校正方式是在反饋控制回路中，加入前饋校正通道，組成一個有機(jī)整體，