前馈-反馈复合控制系统滞后校正设计

学号：

课程设计

题目前馈-反馈复合控制系统滞后校正设计

学院**********

专业*********

班级*******

姓名***

指导教师**

2015年1月16日

课程设计任务书

学生姓名： *** 专业班级： ****** 指导教师： ** 工作单位： 武汉理工大学

题 目: 前馈-反馈复合控制系统滞后校正设计 初始条件：已知一前馈-反馈复合控制系统如图所示，系统控制通道特性、扰动通道特性传递函数分别为

)32)(2(120

)(0++=s s s s G ，2

5

)(+=s s G f 。

要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写

等具体要求）

（1） 试对系统进行滞后校正，是系统的相角稳定裕度︒≥45γ。 （2） 设计前馈控制系统，是系统能克服扰动对系统的影响。

（3） 对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须进行原理分

析，写清楚分析计算的过程及其比较分析的结果，并包含Matlab 源程序或Simulink 仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。

时间安排：

指导教师签名： 年 月 日

系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

目录

摘要 (4)

1. 设计目的及要求 (5)

1.1设计目的 (5)

1.2设计要求 (5)

2.原理分析 (5)

2.1前馈系统 (5)

2.1.1前馈控制的定义 (5)

2.1.2前馈控制系统的特点 (6)

2.2反馈控制 (7)

2.2.1.定义 (7)

2.2.2.反馈控制的特点 (7)

2.3.复合控制系统特性 (7)

2.3.1.前馈-反馈复合控制原理 (8)

2.3.2.复合控制系统特点 (8)

3.整定计算 (11)

3.1前馈控制系统整定计算 (11)

3.2反馈控制系统的整定计算 (11)

4.MATLAB仿真 (12)

4.1初始系统仿真图 (12)

4.2加入前馈控制系统后系统仿真图 (12)

4.3加入滞后校正装置后系统仿真图 (13)

5.总结 (14)

6.参考文献 (15)

摘要

在本次课程设计中，需要我们设计前馈-反馈控制系统。前馈—反馈复合控制系统中存在两种不同的控制方式，即前馈、反馈。前馈控制系统的作用是对主要的干扰信号进行补偿，可以针对主要干扰信号，设置相应的前馈控制器；引入反馈控制，是为了是系统能够克服所有的干扰信号对被调量产生的影响，除了已知的干扰信号以外，系统中还存在其他的干扰信号，这些扰动信号对系统的影响比较小，有的是我们能够考虑到的，有的我们肯本就考虑不到或是无法测量，都通过反馈控制来克服。在本次设计中，我们采用滞后校正方式。

关键词：前馈反馈复合滞后校正

1.设计目的及要求

1.1设计目的

通过本次课程设计，帮助学生掌握前馈控制系统的设计和反馈控制系统的设计，理解和掌握复合校正的概念。同时，在设计过程中实时的观察到各阶段的波形，有利于学生更直观的掌握控制系统的各种特性。

1.2设计要求

γ。

(1)试对系统进行滞后校正，是系统的相角稳定裕度︒

≥45

(2)设计前馈控制系统，是系统能克服扰动对系统的影响。

2.原理分析

2.1前馈系统

2.1.1前馈控制的定义

前馈控制（英文名称为Feedforward Control），是按干扰进行调节的开环调节系统，在干扰发生后，被控变量未发生变化时，前馈控制器根据干扰幅值，变化趋势，对操纵变量进行调节，来补偿干扰对被控变量的影响，使被控变量保持不变的方法。

图中虚线所示是反馈控制的方法，这种方法没有前馈控制及时。图1前馈控制系统的原理框图于图2所示。

图2.1 前馈控制系统的一般框图

K：测量变送器的变送系数；

图中，

B

()S

W

：干扰通道对象传递函数；

DZ

()S

W

：控制通道对象传递函数；

D

()S W B ：前馈控制装置或前馈调节器的传递函数。 理想的情况下，针对某种扰动的前馈控制系统能够完全补偿因扰动而引起的对被调量的影响。实现对干扰完全补偿的关键是确定前馈控制器（前馈调节器）的控制作用，显然()S W B 取决于对象控制通道和干扰通道的特性。 由图2可得： ()()()()[]S

D B B DZ Z S W S W K S W S Y += (1)

令0=B K 则有：

()()

()()()S W S W S W S Z S Y D B DZ += (2)

式中：()S W DZ 是干扰引起的输出。在理想的情况下，经过前馈控制以后，被调量不变，即实现了所谓“完全补偿”，此时：

()()

()()()0=+=S W S W S W S Z S Y D B DZ 所以，前馈控制器的控制规律为：

()()()

S W S W S W D DZ B -

= （3） 上式说明前馈控制的控制规律完全是由对象特性决定的，它是干扰通道和控制通道传递函数之商，式中负号表示控制作用的方向与干扰作用相反。 如果()S W DZ 和 ()S W D 可以很准确测出，且()S W B 完全和上式确定的特性一致，则不论干扰信号是怎样的形式，前馈控制都能起到完全控制的作用，使被调量因干扰而引起的动态和稳态偏差均是零。 2.1.2前馈控制系统的特点

1.前馈控制的特点

前馈控制的特点有：前馈控制系统是开环控制系统；按干扰进行控制，控制

及时，精度高；仅仅对前馈量有控制作用；前馈控制器为多用控制器；不能随时了解被控变量变化情况。 2.前馈控制的局限性