simulink(频域分析)

《simulink(频域分析)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《simulink(频域分析)（35页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、机 电 系 统仿 真 与 设 计 基 于 MATLAB的系 统 分 析 与 设 计 5.7 线 性 系 统 分 析 及 工 具 SISO设 计 器 是 控 制 系 统 工 具 箱 所 提 供 的 一 个 非 常 强大 的 单 输 入 单 输 出 线 性 系 统 设 计 器 ， 它 为 用户 设 计 单 输 入 单 输 出 线 性 控 制 系 统 提 供 了 非常 友 好 的 图 形 界 面 。 在 SISO设 计 器 中 ， 用 户可 以 同 时 使 用 根 轨 迹 图 与 伯 得 图 ， 通 过 修 改线 性 系 统 零 点 、 极 点 以 及 增 益 等 传 统 设 计 方法 进 行 SI

2、SO线 性 系 统 设 计 。 LTI分 析 工 具 及 LTI Viewer 线 性 时 不 变 浏 览 器 LTI Viewer可 以 绘 制 开 还和 闭 环 控 制 系 统 的 时 域 响 应 、 伯 得 图 和 乃 奎 斯特 图 。 线 性 时 不 变 分 析 工 具 LTI 可 以 在 Simulink环境 下 对 线 性 时 不 变 系 统 的 开 还 或 者 闭 环 时 域 和频 域 特 性 特 性 进 行 分 析 。 5.7.1 LTI及 LTI Viewer 的 使 用 方 法 1） 在 Simulink程 序 窗 口 选 择 Tools工 具 条 ， 点 击 下 拉菜 单

3、 的 Control Design/Linear analysis. 弹 出 输 入 输 出 节 点 窗 口 ， 同 时 弹 出 LTI Viewer窗 口 。 2） 将 Input Point和 Output Point加 在 要 分 析 对 象的 输 入 和 输 出 位 置 ， 即 可 实 现 对 两 节 点 之 间 部 分 环节 的 特 性 进 行 分 析 。 3） 通 过 LTI Viewer， 在 Simulink工 具 条 的 下 拉 菜 单 选 择G et Linearized Model， 则 可 以 观 察 被 分 析 对 象 的 时 域和 频 域 特 性 。 缺 省 为 单

4、 位 阶 跃 响 应 。 4） 在 Edit的 Plot Configurations下 来 菜 单 可 以 选 择 要分 析 的 类 型 和 图 形 格 式 。 5.7.2 SISO 工 具 的 使 用 方 法 在 MATLAB命 令 窗 口 中 键 入 ： sisotool 在 默 认 情 况 下 ， SISO设 计 器 同 时 启 动 系 统 根 轨 迹编 辑 器 与 开 环 伯 得 图 编 辑 器 。 图 1 SISO设 计 器 图 形 界 面 根 轨 迹 法 是 指 当 开 环 系统 某 一 参 数 从 零 变到 无 穷 大 时 ， 闭 环系 统 特 征 方 程 的 根（ 闭 环 极

5、 点 ） 在 s平 面 上 移 动 的 轨 迹 。 等 阻 尼 线等 频 率 线 根 轨 迹开 环 极 点 设 计 超 前 校 正 环 节 （ 补 偿 器 ） ， 使 阻 尼 比 为0.5， 自 然 频 率 为 13.5rad/s。采 用 sisotool设 计 补 偿 器 的 设 计 步 骤 :1） 建 立 系 统 传 递 函 数 ： 在 MATLAB工 作 空 间 输 入 下 列语 句 。 G tf(400,1 30 200 0);2） 打 开 sisotool操 作 环 境 ： 键 入 sisotool， 显 示 如图 1所 示 的 操 作 环 境 画 面 。2 400( ) ( 30

6、200)G s s s s 例 2： 系 统 开 环 传 递 函 数 为 3） 导 入 系 统 ： 按 “ File” 文 件 菜 单 ， 并 导入 系 统 G， 如 图 所 示 。 图 2 输 入 系 统 数 据 后 SISO图 形 界 面 单 位 阶 跃 响 应 4） 设 置 约 束 条 件 ： 点 击 “ Edit” 下 拉 式 菜 单 ： “ Root Locus”选 项 中 的 “ Design Constraints” ；设 置 “ Dampling Ratio ” 为 0.5，设 置 “ Natrual Frequency ” 为 13.5， 经 确 认 后 ， 在 操 作 环

7、境 画 面 的 根 轨 迹 图 上 显 示符 合 输 入 要 求 的 等 频 率 线 和 等 阻 尼 比 线 ， 如 图 3所示 。 图 3 设 定 约 束 条 件 后 SISO图 形 界 面 5） 设 置 补 偿 器 传 递 函数 的 形 式 ： 点 击“ Compensator” 下 拉式 菜 单 “ Format” 选项 ， 从 弹 出 对 话 框 中 选择 零 极 点 形 式 ， 即 点 击“ Zero/pole/gain” 项前 的 小 圆 ， 使 圆 中 出 现小 点 。 6） 添 加 补 偿 器 的 零 极 点 ： 由 于 补 偿 器 是 超 前 校 正环 节 ， 因 此 ， 添

8、 加 的 零 点 位 于 极 点 的 左 面 。 点 击“ Compensator” 下 拉 式 菜 单 “ Edit” 选 项 ， 从弹 出 的 对 话 框 中 点 击 “ Add Real Zero” ， 并 在 编辑 框 中 输 入 零 点 位 置 7， 则 显 示 如 图 4所 示 。 图 4 添 加 零 点 后 SISO图 形 界 面 点 击 图 标 ， 并 将 鼠 标 移 到 根 轨 迹 图 中 的 负 实 轴上 ；点 击 图 标 ， 移 动 鼠 标 到 刚 添 加 的 极 点 附 近 ， 出现 手 形 光 标 ， 移 动 并 观 察 根 轨 迹 的 变 化 ， 直 到 根 轨迹

9、通 过 等 频 率 线 和 等 阻 尼 比 线 的 交 点 。这 时 ， 在 “ Current Compensator” 区 就 显 示 补 偿器 的 传 递 函 数 。 7） 设 置 补 偿 器 增 益 ： 在 “ Current Compensator” 的编 辑 框 中 输 入 增 益 值 ， 同 时 观 察 稳 定 裕 度 的 数 据 ， 当输 入 13时 ， 相 位 裕 度 是 61.4， 幅 值 裕 度 14.8dB， 以满 足 稳 定 裕 度 要 求 ， 因 此 ， 最 后 选 用 的 补 偿 器 传 递 函数 是 ： 系 统 设 计 完 成 后 SISO图 形 界 面 如 图

10、 5所 示 。7( ) 13 24.6sC s s 图 5 设 计 完 成 后 SISO图 形 界 面 系 统 设 计 完 成 以 后 ， 可 以 使 用 线 性 时 不 变 浏 览 器LTI Viewer绘 制 控 制 系 统 的 阶 跃 响 应 、 闭 环 伯 得 图 、补 偿 器 伯 得 图 和 开 环 乃 奎 斯 特 图 ， 对 控 制 系 统 进 行分 析 。SISO设 计 器 提 供 了 与 Simulink集 成 的 方 法 ， 可 以 直接 生 成 Simulink系 统 框 图 。在 生 成 Simulink系 统 模 型 之 前 ， 必 须 保 存 线 性 系 统的 执 行

11、 机 构 、 补 偿 器 以 及 传 感 器 等 LTI对 象 至MATLAB工 作 空 间 中 。在 生 成 Simulink系 统 框 图 后 ， 便 可 以 对 设 计 好 的 系统 进 行 仿 真 以 验 证 系 统 设 计 的 正 确 性 。 8） 检 查 其 他 性 能 指 标 ：在 “ Analysis” 下 拉 式 菜 单 “ Other Loop Response” 选 项 中 设 置 有 关 性 能 的 图 形 。例 如 ， 设 置 4幅 画 面 ， 有 阶 跃 响 应 曲 线 、 脉 冲 响 应 曲线 、 伯 得 图 和 乃 奎 斯 特 图 ， 经 确 认 后 显 示 如

12、 图 6所 示的 画 面 。 图 6 用 LTI绘 制 的 系 统 特 性 曲 线 另 外 ， 点 击 “ To o l s ” 下 拉 式 菜 单 中 的“ Continuous/Discrete Conversions”选 项 ， 弹 出将 连 续 系 统 转 换 为 离 散 系 统 的 转 换 画 面 ， 转 换 的 方法 有 零 阶 保 持 器 法 、 一 阶 保 持 器 法 、 图 斯 汀 法 、 带频 率 预 畸 的 图 斯 汀 法 和 零 极 点 匹 配 法 等 。 点 击 “ Draw Simulink Diagram”选 项 前 ， 应 先将 sisotool操 作 环 境

13、的 数 据 传 送 到 MATLAB的 工 作 空间 ， 选 用 “ Export”将 数 据 导 出 ， 然 后 点 击 该 选项 ， 则 在 Simulink环 境 下 自 动 绘 制 已 完 成 的 仿 真 系统 ， 如 图 7所 示 。 图 7 用 Simulink生 成 的 系 统 仿 真 模 型 将 输 入 信 号 换 为 阶 跃 信 号 ， 仿 真 得 到 如 图 8所示 信 号 。 与 图 6所 示 信 号 一 样 。 图 8 仿 真 模 型 的 阶 跃 响 应 曲 线 例 2： 已 知 永 磁 电 机 开 环 传 递 函 数 为 试 用 根 轨 迹 法 设 计 电 机 速 度 回 路 和 位 置 回 路 的 控 制器 。 解 ： 在 MATLAB空 间 输 入 ： G tf（ 1318982,1 765 36061） ; 启 动 sisotool， 输 入 系 统 数 据 ， 用 LTI Viewer观 看 阶 跃 响 应 特 性 。 2 1318982( ) 765 36061G s s s