Matlab为系统校正提供了方便的工具,改变校正装置的参数,可清楚地看到校正对系统性能的影响。下面例题给出了Matlab语句的应用,读者还可根据问题的需要,自己编写合适的函数,使程序更加简洁。
例6-9 单位反馈系统的开环传递函数为
试确定串联校正装置的特性,使系统满足在斜坡函数作用下系统的稳态误差小于0.1,相角裕度γ≥45°。
解根据系统稳态精度的要求,选择开环增益K=12,求原系统的相角裕度。
>>num=12;
den=[2,1,0];
[gm,pm,wcg,wcp] =margin (num,den);
[gm,pm,wcg,wcp]
margin (num,den)
ans=
Inf 11.6548 Inf 2.4240
可知,原系统相角裕度为γ=11.6°,ωc=2.4rad/s,不满足指标要求,系统的Bode如图6-34所示。考虑采用串联超前校正装置,以增加系统的相角裕度。
图6-34 原系统的Bode图
选择超前校正装置的最大超前相角φm=40°,则有
为使超前装置的相角补偿作用最大,选择校正后系统的剪切频率在最大超前相角发生的频率上,由图6-34,当幅值为﹣10lga=﹣10lg4.77=﹣6.8dB时,相应的频率为3.6rad/s。选择此频率作为校正后系统的剪切频率
由式(6-12)确定参数T
初选校正装置的传递函数为
校正后系统的开环传递函数为
校正后系统的Bode图如图6-35所示。(www.xing528.com)
由图可知,校正后系统的相角裕度为47°,满足性能指标的要求,故该超前装置即为所求。
图6-35 校正后系统的Bode图
例6-10 设控制系统的开环传递函数为
试设计一申联校正装置,使校正后系统的相角裕度不小于40°,幅值裕度不低于10dB,剪切频率大于(1rad/s)。
解 作校正前系统的对数频率特性。
>>num=8;
den=[0.125,0.75,1,0];
margin(num,den)
[gm,pm,wcg,wcp]
ans=
0.7500 ﹣7.5156 2.8284 3.2518
程序运行后,得到图6-36。
由图6-36可知,原系统具相角裕度和幅值裕度均为负值,故系统不稳定。考虑到系统的剪切频率为3.3rad/s,大于系统性能指标要求的剪切频率,故采用滞后装置对系统进行校正。
根据相角裕度γ≥40°的要求和滞后装置对系统相角的影响,选择校正后系统的相角裕度为γ′=40°+6°=180°+(﹣134°),由图6-36知,对应相角为﹣134°时的频率为,幅值为15.7dB。
取201gb=﹣15.7dB,得b=0.164。取滞后装置的第二个转折频率为,有,则T=55.43。初选校正装置的传递函数为
作出校正后系统的Bode图如图6-37中所示。由图可得到校正后系统的相角裕度为γ=40.67°,幅值裕度为12.73dB,剪切频率为ωc=1.1rad/s,满足系统性能指标的要求,故初选校正装置合适,校正后系统的开环传递函数为
图6-36 校正前系统的对数幅频特性
图6-37 校正后系统的Bode图
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