学院：电信学院班级：电信（硕）81班姓名：尹鑫学号：08058029日期：2011/4/22控制理论专题实验一．实验目的及要求：1.学会使用MATLAB及控制系统工具箱；2.掌握MATLAB常用命令及控制系统工具箱中的各种函数的使用；3.学会编写M文件，对控制系统进行分析与设计：能熟练的对控制系统的稳定性进行判断；用频域特性和时域特性对控制系统进行分析与设计；掌握系统的状态空间模型，熟练判断系统的可控性与可观性，对系统进行极点配置与观测器的设计，掌握控制系统的分析与设计方法。二．实验形式：1.预习控制系统的设计方法，学习掌握MATLAB控制系统工具箱中的各种函数的用法；2.开放式实验,从第4周至第8周的4-5周时间内，个人选择实验时间，指导教师进行解答。三、实验原理：1、系统校正控制系统的校正方法有串联校正、并联校正、前馈校正和复合校正等几种。在控制系统设计中，常用的校正方式为串联校正和并联（或反馈）校正。一般来说，串联校正比较简单。串联校正时将校正装置接在系统误差测量点之后和放大器之前，串联于系统前向通道之中。串联校正装置通常需要附加放大器，以增大增益和(或)提供隔离(为了避免功率消耗，串联校正装置通常安装在前向通路中能量最低的点上)。控制系统的瞬态性能和稳态性能可以用时域指标或频域指标来描述。根据给定的性能指标的不同形式，可以采用不同方法对控制系统进行校正。如果性能指标以单位阶跃响应的峰值时间、调整时间、超调量、阻尼系数、稳态误差等的时域特征量给出时，一般采用根轨迹法校正；如果性能指标以系统的相位裕度、幅值裕度、谐振峰值、闭环带宽、稳态误差系数等频域指标给出时，一般采用频率法校正。无论采用何种方法，校正装置的基本特性是相同的，一般为超前校正、滞后校正和滞后-超前校正。2、相位超前网络串联校正相位超前网络串联校正的基本原理是利用其相位超前的特性。为了获得最大的相位超前量，应使得超前网络的最大相位超前发生在校正后系统的幅值穿越频率处。具体设计步骤如下：(1)根据稳态误差，确定开环增益K。(2)利用已确定的开环增益，计算校正前系统的相位裕度等参数，检验各项指标是否满足要求。不满足进行下一步。(3)确定需要对系统增加的相位超前量，。其中表示期望的校正后系统的相位裕度。因为增加超前校正装置后会使幅值穿越频率向右方移动，因而会减小相位裕度，所以额外增加相位超前量。(4)确定超前校正网络的衰减因子：。(5)确定校正后系统的幅值穿越频率。具体做法是：确定校正前系统对数幅频特性的幅值等于时的频率，选择此频率作为校正后系统的幅值穿越频率。该频率对应于，最大超调量发生在这个频率上。(6)确定校正网络的参数：，此时校正网络的转折频率为和。超前校正网络为：，校正后系统开环传函为：，其中为校正前系统的开环传函。(7)画出校正后系统的伯德图进行检验。3、相位滞后网络串联校正相位滞后网络串联校正常用于减小系统增益、增大相位滞后的场合。设计步骤如下：(1)根据稳态误差，确定开环增益K。(2)利用已确定的开环增益，计算校正前系统的相位裕度、幅值穿越频率等参数。(3)确定校正后系统的幅值穿越频率，使其相位裕度满足要求。在校正前的对数幅频特性曲线上寻找一个频率点，在这个频率点上，使其相位满足：，其中，为期望的相位裕度，增加5~12度是为了抵消滞后校正网络在校正后系统的幅值穿越频率处的相位滞后。选择此频率作为校正后的幅值穿越频率。(4)由期望的幅值穿越频率求滞后校正器中。由式可得。(5)确定滞后校正网络中的时间常数。一般取，得。则可得滞后校正网络为：，校正后系统开环传函为：，其中为校正前系统的开环传函。(6)画出校正后系统的伯德图进行检验。4、基于根轨迹的相位超前校正利用根轨迹设计超前网络时，超前网络的传递函数可以表示为：，在设计超前网络时，首先应确定系统闭环主导极点的理想位置，然后通过选择校正网络的零极点来改变根轨迹的形状，使得理想的闭环主导极点位于校正后的轨迹上。具体设计步骤如下：(1)列出性能指标，确定主导极点位置。(2)检查期望的主导极点是否位于当前系统的根轨迹上。(3)如需设计校正网络，直接在期望的闭环主导极点的位置下方(或在头两个实极点的左侧)增加一个相位超前网络的实零点。(4)确定校正网络零点位置，使期望的闭环主导极点位于校正后的根轨迹上。利用校正网络极点和相角，使得系统在期望主导极点上满足根轨迹的相角条件。(5)估计在期望的闭环主导极点处得总的系统开环增益，计算稳态误差系数。(6)若稳态误差系数不满足要求，重复上述步骤。5、基于根轨迹的相位滞后校正当系统的稳态性能不满足要求，而期望的主导极点已经位于校正前的根轨迹上时，可采用增加开环偶极子的办法增大开环增益