MATLAB-语言及其应用
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
【例6-9】
2020/7/10
55
6.3.3 Ziegler-Nichols 参数整定方法
Ziegler-Nichols 经验公式
编写 MATLAB 函数 ziegler( )
2020/7/10
56
【例6-10】
2020/7/10
57
2020/7/10
58
改进的 Ziegler-Nichols 算法
2020/7/10
17
6.1.3 控制系统工具箱中的设计界面
控制器设计界面
界面允许选择和修改控制器的结构，允许添 加零极点，调整增益，从而设计出控制器模型。
2020/7/10
18
【例6-3】受控对象和控制器的传递函数模型分别为
2020/7/10
19
6.2 基于状态空间模型的 控制器设计方法
6.2.1 状态反馈控制
2020/7/10
59
初始点 A 增益 期望点 A1 增益 PID 控制器
2020/7/10
60
PI 控制器
2020/7/10
61
PID 控制器
2020/7/10
62
【例6-11】
2020/7/10
63
2020/7/10
64
改进 PID 控制结构与算法
43
6.3 过程控制系统的 PID 控制器设计
6.3.1 PID 控制器概述
连续 PID 控制器
2020/7/10
44
连续 PID 控制器 Laplace 变换形式
2020/7/10
45
离散 PID 控制器
2020/7/10
46
离散形式的 PID 控制器
Z 变换得到的离散 PID 控制器的传递函数
7
超前滞后校正器的设计规则：
且 系统静态误差系数为
2020/7/10
8
2020/7/10
9
【例6-1】
2020/7/10
10
2020/7/10
超前滞后校正器 超前校正器
11
2020/7/10
Βιβλιοθήκη Baidu
12
2020/7/10
13
▪ 基于模型匹配算法的设计方法
假设受控对象的传递函数为
，
期望闭环系统的频域响应为
2020/7/10
20
将
代入开环系统的状态方
程模型，则在状态反馈矩阵 下，系统的闭环状
态方程模型可以写成
如果系统
完全可控，则选择合适的 矩
阵，可以将闭环系统矩阵
的特征值配置
到任意地方。
2020/7/10
21
6.2.2 线性二次型指标最优调节器
假设线性时不变系统的状态方程模型为
设计一个输入量 , 使得最优控制性能指标
34
2020/7/10
35
【例6-7】
2020/7/10
36
2020/7/10
37
带有观测器的状态反馈控制结构图
2020/7/10
38
2020/7/10
39
2020/7/10
40
如果参考输入信号
，则控制结构
化简为
2020/7/10
41
【例6-8】
2020/7/10
42
2020/7/10
2020/7/10
47
PID 控制器的变形
▪ 积分分离式 PID 控制器 在启动过程中，如果静态误差很大时，可以关闭积 分部分的作用，稳态误差很小时再开启积分作用， 消除静态误差
2020/7/10
48
▪ 离散增量式 PID 控制器
2020/7/10
49
▪ 抗积分饱和 (anti-windup) PID 控制器
第6 章 控制系统计算机辅助设计
薛定宇 著《控制系统计算机辅助设计—MATLAB 语言与应用》2006
CAI课件开发：鄂大志 、薛定宇
2020/7/10
1
主要内容
超前滞后校正器设计方法 基于状态空间模型的控制器设计方法 过程控制系统的PID控制器设计 最优控制器设计 多变量系统的频域设计方法
2020/7/10
52
基于频域响应的近似方法
调用编写的 MATLAB 函数 getfolpd( ) , key=2
2020/7/10
53
基于传递函数的辨识方法
调用编写的 MATLAB 函数 getfolpd( ) , key=3
2020/7/10
54
最优降阶方法
调用编写的 MATLAB 函数 getfolpd( ) , key=4
2020/7/10
50
6.3.2 过程系统的一阶延迟模型近似
带有时间延迟一阶模型 (first-order lag plus delay， FOLPD) 一阶延迟模型 (FOLPD) 的数学表示为
2020/7/10
51
由响应曲线识别一阶模型
▪ 阶跃响应近似
▪ Nyquist 图近似
▪ 编写 MATLAB 函数 getfolpd( ) , key=1
2020/7/10
25
6.2.3 极点配置控制器设计
系统的状态方程为
则系统的闭环状态方程为
2020/7/10
26
2020/7/10
27
Bass-Gura 算法
2020/7/10
28
基于此算法编写的 MATLAB 函数
2020/7/10
29
Ackermann 算法 其中 为将 代入 得出的矩阵多项式的值
2020/7/10
最小
22
则控制信号应该为 由简化的 Riccati 微分方程
求出
假设
，其中
，则
可以得出在状态反馈下的闭环系统的状态方程为
依照给定加权矩阵设计的 LQ 最优控制器
2020/7/10
23
离散系统二次型性能指标 离散 Riccati 代数方程 这时控制律为
2020/7/10
24
【例6-4】
2020/7/10
2
6.1 超前滞后校正器 设计方法
6.1.1 串联超前滞后校正器
2020/7/10
3
▪ 超前校正器
2020/7/10
4
▪ 滞后校正器
2020/7/10
5
▪ 超前滞后校正器
2020/7/10
6
6.1.2 超前滞后校正器的设计方法
▪ 基于剪切频率和相位裕度的设计方法
2020/7/10
，
超前滞后校正器的一般形式为
使得在频率段
内闭环模型对期望闭环模型
匹配指标
为最小
2020/7/10
14
提出了下面的设计算法
其中
2020/7/10
15
其中，gp 和 f 分别为受控对象和期望闭环 系统的传递函数模型，w1 和 w2 为需要拟 合的频率段上下限。
2020/7/10
16
【例6-2】受控对象模型为
鲁棒极点配置算法
place( ) 函数不适用于含有多重期望极点的问题 acker( ) 函数可以求解配置多重极点的问题
2020/7/10
30
【例6-5】
2020/7/10
31
【例6-6】
2020/7/10
32
6.2.4 观测器设计及基于观测器的 调节器设计
2020/7/10
33
2020/7/10
2020/7/10
55
6.3.3 Ziegler-Nichols 参数整定方法
Ziegler-Nichols 经验公式
编写 MATLAB 函数 ziegler( )
2020/7/10
56
【例6-10】
2020/7/10
57
2020/7/10
58
改进的 Ziegler-Nichols 算法
2020/7/10
17
6.1.3 控制系统工具箱中的设计界面
控制器设计界面
界面允许选择和修改控制器的结构，允许添 加零极点，调整增益，从而设计出控制器模型。
2020/7/10
18
【例6-3】受控对象和控制器的传递函数模型分别为
2020/7/10
19
6.2 基于状态空间模型的 控制器设计方法
6.2.1 状态反馈控制
2020/7/10
59
初始点 A 增益 期望点 A1 增益 PID 控制器
2020/7/10
60
PI 控制器
2020/7/10
61
PID 控制器
2020/7/10
62
【例6-11】
2020/7/10
63
2020/7/10
64
改进 PID 控制结构与算法
43
6.3 过程控制系统的 PID 控制器设计
6.3.1 PID 控制器概述
连续 PID 控制器
2020/7/10
44
连续 PID 控制器 Laplace 变换形式
2020/7/10
45
离散 PID 控制器
2020/7/10
46
离散形式的 PID 控制器
Z 变换得到的离散 PID 控制器的传递函数
7
超前滞后校正器的设计规则：
且 系统静态误差系数为
2020/7/10
8
2020/7/10
9
【例6-1】
2020/7/10
10
2020/7/10
超前滞后校正器 超前校正器
11
2020/7/10
Βιβλιοθήκη Baidu
12
2020/7/10
13
▪ 基于模型匹配算法的设计方法
假设受控对象的传递函数为
，
期望闭环系统的频域响应为
2020/7/10
20
将
代入开环系统的状态方
程模型，则在状态反馈矩阵 下，系统的闭环状
态方程模型可以写成
如果系统
完全可控，则选择合适的 矩
阵，可以将闭环系统矩阵
的特征值配置
到任意地方。
2020/7/10
21
6.2.2 线性二次型指标最优调节器
假设线性时不变系统的状态方程模型为
设计一个输入量 , 使得最优控制性能指标
34
2020/7/10
35
【例6-7】
2020/7/10
36
2020/7/10
37
带有观测器的状态反馈控制结构图
2020/7/10
38
2020/7/10
39
2020/7/10
40
如果参考输入信号
，则控制结构
化简为
2020/7/10
41
【例6-8】
2020/7/10
42
2020/7/10
2020/7/10
47
PID 控制器的变形
▪ 积分分离式 PID 控制器 在启动过程中，如果静态误差很大时，可以关闭积 分部分的作用，稳态误差很小时再开启积分作用， 消除静态误差
2020/7/10
48
▪ 离散增量式 PID 控制器
2020/7/10
49
▪ 抗积分饱和 (anti-windup) PID 控制器
第6 章 控制系统计算机辅助设计
薛定宇 著《控制系统计算机辅助设计—MATLAB 语言与应用》2006
CAI课件开发：鄂大志 、薛定宇
2020/7/10
1
主要内容
超前滞后校正器设计方法 基于状态空间模型的控制器设计方法 过程控制系统的PID控制器设计 最优控制器设计 多变量系统的频域设计方法
2020/7/10
52
基于频域响应的近似方法
调用编写的 MATLAB 函数 getfolpd( ) , key=2
2020/7/10
53
基于传递函数的辨识方法
调用编写的 MATLAB 函数 getfolpd( ) , key=3
2020/7/10
54
最优降阶方法
调用编写的 MATLAB 函数 getfolpd( ) , key=4
2020/7/10
50
6.3.2 过程系统的一阶延迟模型近似
带有时间延迟一阶模型 (first-order lag plus delay， FOLPD) 一阶延迟模型 (FOLPD) 的数学表示为
2020/7/10
51
由响应曲线识别一阶模型
▪ 阶跃响应近似
▪ Nyquist 图近似
▪ 编写 MATLAB 函数 getfolpd( ) , key=1
2020/7/10
25
6.2.3 极点配置控制器设计
系统的状态方程为
则系统的闭环状态方程为
2020/7/10
26
2020/7/10
27
Bass-Gura 算法
2020/7/10
28
基于此算法编写的 MATLAB 函数
2020/7/10
29
Ackermann 算法 其中 为将 代入 得出的矩阵多项式的值
2020/7/10
最小
22
则控制信号应该为 由简化的 Riccati 微分方程
求出
假设
，其中
，则
可以得出在状态反馈下的闭环系统的状态方程为
依照给定加权矩阵设计的 LQ 最优控制器
2020/7/10
23
离散系统二次型性能指标 离散 Riccati 代数方程 这时控制律为
2020/7/10
24
【例6-4】
2020/7/10
2
6.1 超前滞后校正器 设计方法
6.1.1 串联超前滞后校正器
2020/7/10
3
▪ 超前校正器
2020/7/10
4
▪ 滞后校正器
2020/7/10
5
▪ 超前滞后校正器
2020/7/10
6
6.1.2 超前滞后校正器的设计方法
▪ 基于剪切频率和相位裕度的设计方法
2020/7/10
，
超前滞后校正器的一般形式为
使得在频率段
内闭环模型对期望闭环模型
匹配指标
为最小
2020/7/10
14
提出了下面的设计算法
其中
2020/7/10
15
其中，gp 和 f 分别为受控对象和期望闭环 系统的传递函数模型，w1 和 w2 为需要拟 合的频率段上下限。
2020/7/10
16
【例6-2】受控对象模型为
鲁棒极点配置算法
place( ) 函数不适用于含有多重期望极点的问题 acker( ) 函数可以求解配置多重极点的问题
2020/7/10
30
【例6-5】
2020/7/10
31
【例6-6】
2020/7/10
32
6.2.4 观测器设计及基于观测器的 调节器设计
2020/7/10
33
2020/7/10