自动控制原理校正环节的实验模拟文献综述

 2022-07-14 05:07

自动控制原理校正实验模拟研究论文文献综述

  1. 前言

目前,随着自动化产品的要求越来越高,自动控制系统越来越复杂,同时对系统的稳定性和动态性能指标的要求也越来越严格,采用传统的自动控制系统的设计方法,不经过运行往往很难立即看出设计的正确性与质量,为提高设计与校正的效率,且降低设计与校正成本,采用计算机计算并仿真是对其进行研究的一个重要的、不可缺少的手段.且随着系统的阶次的增加,计算的复杂程度也会提高,为降低系统的设计成本和更快地验证出设计的正确与质量,提出了应用MATLAB语言进行仿真,验证了控制系统设计的正确性,减少了计算量,也实现了复杂控制系统设计的简化。本文简要介绍了MATLAB语言,同时把MATLAB语言应用于自动控制系统的校正研究中.

2.MATLAB的概述及应用

MATLAB对控制理沦内容进行分析和研究的技能,以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。通过使用这一软件工具把学生从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来,而把更多的精力用到思考本质问题和研究上来。能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论中的复杂和实际问题,并给以后的控制理论、最优控制理论奠定基础。[1]作为自动化专业的学生很有必要学会应用这强大的工具。

对于一个控制系统来说,如果它的元器件及其参数已经给定,就要分析它能否满足所要求的各项性能指标。一般把解决这类问题的过程称为系统的分析。在实际工程控制问题中,还有另一类的问题需要考虑,即往往事先确定了要求满足的性能指标,设计一个系统并选择适当的参数来满足性能指标的要求或考虑对原已选定的系统增加某些必要的元件或环节,使系统能够全面地满足所要求的系统指标,同时也要照顾到工艺性、经济性、使用寿命和体积等。[2]这类问题称为系统的综合与校正。常用的校正方法有根轨迹法和频率特性法。校正的实质是在原有系统中设计合适的校正装置,引进新的零点、极点以改变原系统的根轨迹和伯德图的形状,使其满足性能指标的要求。自动控制技术已经广泛应用到工业、农业生产,交通运输和国防建设。指导自动控制系统的分析和设计的控制理论也有了很大的发展,它的概念、方法、和体系已经渗透到许多科学领域。[3]在20世纪40和50年代中发展起来的经典控制理论至今仍然被成功地应用于单变量定长系统的分析和设计中。在20世纪50、60年代初发展起来的状态空间方法更具有广泛的适应性。[4]MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大的功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究和工程设计及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。[5]

  1. 系统校正的方法

3.1根轨迹法:

根轨迹法是一种求特征根的简单方法,在控制系统的分析与设计中得到广泛的应用。这一方法不直接求解特征方程,用作图的方法表示特征方程的根与系统某一参数的全部数值关系,当这一参数取特定值时,对应的特征根可在上述关系图中找到。这种方法叫根轨迹法。根轨迹法具有直观的特点,利用系统的根轨迹可以分析结构和参数已知的闭环系统的稳定性和瞬态响应特性,还可分析参数变化对系统性能的影响。在设计线性控制系统时,可以根据对系统性能指标的要求确定可调整参数以及系统开环零极点的位置,即根轨迹法可以用于系统的分析与综合。在控制系统的分析和综合中,往往只需要知道根轨迹的粗略形状。[5]由相角条件和幅值条件所导出的 8条规则,为粗略地绘制出根轨迹图提供方便的途径。

根轨迹绘制方法如下:

(1)根轨迹的分支数等于开环传递函数极点的个数。

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