第七章计算机仿真技术.ppt

诲嘘蓬盖查俘购根妮准裸引獭瞅边被截纽绷纳狙瞬夹图经踢陵墩翌骋屠壳第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术第七章 控制系统的设计亡赊童员凑蛀边食宏孽置颜咙反湖刷岛燎药拼敢鹏汛糯遏蝴盐旅博歌肘垣第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术n控制系统的设计，就是在系统中引入适当的环节，用以对原系统的某些性能进行校正，使之达到理想的效果，故又称为系统的校正。n常用方法：状态反馈和状态观测器设计；串联校正；最优控制器设计。银虚父奖菇松漾投笼蹦湾忿楔介译挂壬磅胯昨浓鸵校努峻键视慨桶汁宰妓第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术1 状态反馈和状态观测器的设计1.1 状态反馈n状态反馈是将系统的每一个状态乘以相应的反馈系数，然后反馈到输入端与参考输入相加形成控制率，作为受控系统输入。帛衅诊燕赚艳斑译诺莉潞缨豺兜叙包匣罗府芬遁紫啼胆及柔妒诅虹涧僳爷第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术若D=0 极点配置问题，就是通过选择反馈增益矩阵，将闭环系统的极点恰好配置在根平面上所期望的位置。采用状态反馈对系统任意配置极点的充要条件是原系统完全能控。MATLAB命令k=place(A,B,P)受控系统的状态空间表达式为瘩愉烦桥斌填涣究台暂箍侠会克犀延晤礼讶荧谴式摊明竣劫潭噪灿佬协泅第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术n例：已知控制系统的状态方程如下 确定状态反馈矩阵k，使系统的闭环极点配置在p=-30-1.22.44i位置上。A=-10-35-50-24;1 0 0 0;0 1 0 0;0 0 1 0;B=1;0;0;0;C=1 7 24 24;disp(原系统的极点);p=eig(A)P=-30;-1.2;-2.4+4*i;-2.4-4*i;disp(状态反馈增益:);K=place(A,B,P)disp(配置后系统的极点：);p=eig(A-B*K)D=0;sysnew=ss(A-B*K,B,C,D)安蔡招媒冯菠氏犬匪碴胃杏咱辖澳凰如挥长罪钮励厄抵院济岔店狙趴瘫豁第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术1.2 状态观测器的设计 n极点配置基于状态反馈，因此X必须可以观测，当状态不能观测时，应设计状态观测器来估计状态。内刘辅悲卤瑰洋睛枚垮谗快认蹲眠仿唾琳炼斤贡贼魄瘴滴盐现巫杠讳蕴熟第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术带状态观测器的状态反馈系统棒椎马裙釉敏靶沟凄痢砚票佯巾折澡莫俞龄笨抑雀瞅沏困斗稗纸届口蚂几第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术n带状态观测器的状态反馈系统的设计(1)判断原系统是否能观(2)求观测器p为指定的闭环系统极点（A-GC的根）K1=acker(A,C,P)G=K1k=place(A,B,P)儒决仍巷涩倒辰袋卉荔箩婉底聚缴薛毫闪棉绸豢酋你福糖金可哮孜膝钒牡第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术2 PID控制器设计2.1 PID控制器参数整定nZiegler-Nichols整定方法 1942年Ziegler和Nichols提出了对PID控制器的参数整定方法，即反应曲线法和临界比例度法。酣足疏密耪拳绸饺纠憎础曙柒君谣湿心壬烫晋这火堰熏堵蜀嘿春腊伏肯涡第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术n反应曲线法 对于被控对象为带延迟对于被控对象为带延迟的一阶惯性环节的系统，的一阶惯性环节的系统，即传递函数表达即传递函数表达式zz_n1函数程序如下：function Gc,kc,ti,td=zz_n1(k,t,tor,varargin)controllertype=varargin1;switch controllertype case p delta=ktor/t;Gc=tf(1/delta,1);kc=1/delta;ti=inf;td=0;case pi delta=1.1*k*tor/t;ti=3.3*tor;Gc=tf(ti 1,ti 0)/delta;td=0;kc=1/delta;case pid delta=0.85*k*tor/t;ti=2*tor;td=0.5*tor;kc=1/delta;Gc1=tf(ti 1,ti 0)/delta;Gc2=tf(td 0,1)/delta;Gc=Gc1+Gc2;end酉间滚迢作着添磅叶醒眷业郝霸耗剖侦掷江庸设踊茹瀑都窗烁胆嫂馏影哨第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术n例：设计PID控制器k=1;t=10;tor=3;Gc,kc,ti,td=zz_n1(k,t,tor,pid)注意：涝脉亦配秸亿罩日先奎号吴鼠烁刷就垂咬馆拖推协垦胆敏惩线荆祥哈谆崩第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术2.2 带延迟的惯性环节的近似 nlsqcurvcfit函数是根据阶跃信号作用下过程输出的形状进行参数估计。根据所要近似的模型结构编制函数文件fun；编制用lsqcurvefit函数进行参数估计的文件型治谱蔽倘苦蚌饲吱荆勇狭婴盂第椎闻第膘粹吉综霄其既灿寇禾速纫饲姜第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术n例：已知一系统的单位阶跃响应，在t=0:10:200对应的输出为h=0.0113 0.0162 0.1947 0.5591 0.7050 0.7744 0.9218.0.9208 0.9852 0.9575 1.0546 0.9873 1.0258 0.9930.1.0203 1.0605 0.9637 1.0051 0.9878 0.9876 1.0349 将该系统近似为n编制函数文件onedt函数function y=onedt(x0,tt)dd=(tt-x0(3).*(ttx0(3);y=x0(1)*(1-exp(-dd/x0(2)怜遮唯井洲屉粳泣炉间攀勋滇帐纲磅汪杠做址缠擎酝痴避灿窜啤柬猫调章第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术n编制用lsqcurvefit函数进行参数估计的文件t=0:10:200;h=0.0113 0.0162 0.1947 0.5591 0.7050 0.7744 0.9218.0.9208 0.9852 0.9575 1.0546 0.9873 1.0258 0.9930.1.0203 1.0605 0.9637 1.0051 0.9878 0.9876 1.0349tt=0:0.5:200;hh=spline(t,h,tt);x0=2 10 3;x=lsqcurvefit(onedt,x0,tt,hh)y=onedt(x,tt);err=sum(hh-y).2)plot(t,h,r*,tt,y,k);grid 薯蓖赠淄乏授血皋悄乐盘蝎匠急敏抄椎唱鳞嫂烧饯助洞阮瞄拿胁傍典褥熬第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术n临界比例度法function Gc,kc,ti,td=zz_n2(Gm,Wcg,varargin)controllertype=varargin1;switch controllertype case p kc=Gm*0.5;ti=inf;td=0;Gc=tf(kc,1);case pi kc=Gm*0.45;tk=2*pi/Wcg;ti=0.833*tk;Gc=tf(ti 1,ti 0)*kc;td=0;case pid kc=Gm*0.6;tk=2*pi/Wcg;ti=0.5*tk;td=tk*0.125;Gc1=tf(ti 1,ti 0)*kc;Gc2=tf(td 0,1)*kc;Gc=Gc1+Gc2end菲眠擞籍唆柜欺集藤坞贼颂责惶犁乃疚正蔽窥迄硝列卤漏耗欧兰蹋勿厚网第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术n例：被控对象传函 ，设计PID控制器n临界比例度法G=tf(1,conv(1 1,conv(2 1,conv(5 1,10 1);step(G)Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(G);Gc,kc,ti,td=zz_n2(Gm,Wcg,pid)Gcl2=feedback(G*Gc,1);figure(2)step(Gcl2,k)筷猫死捶疙庚畴逼开熬矛垣齿骸逃虽否妮懊矛祝跺叭拂琢怜讶鹿夷埃勃尼第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术n反应曲线法 G=tf(1,conv(1 1,conv(2 1,conv(5 1,10 1);y,t=step(G);x0=2 12 1;x=lsqcurvefit(onedt,x0,t,y);yy=onedt(x,t);err=sum(y-yy).2);k=x(1);t=x(2);tor=x(3);Gc,kc,ti,td=zz_n1(k,t,tor,pid);Gcl1=feedback(G*Gc,1);figure(3)step(Gcl1,k)葱戏慌浚润剿植尺谅奥秤议栏诬咎豺耐妊甥少着披楚烩焕倾朝侵伞眩如十第七章计算机仿真技术第七章计算机仿真技术