SISOTOOL在自动控制系统校正中的应用

控制系统

文章编号：１００８－０５７０（２００７）０２－１－００３２－０２

中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００７年第２３卷第２－１期

SISOTOOL在自动控制系统校正中的应用

ＴｈｅＳＩＳＯＴＯＯＬＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎＣｏｒｒｅｃｔｏｒＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＡｕｔｏｍａｔｉｃＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ

（１．廊坊师范学院；２．北华航天工业学院；３．廊坊职业技术学院）甄景涛

１

马光

２

许友丽

３

ＺＨＥＮＪＩＮＧＴＡＯＭＡＧＵＡＮＧＸＵＹＯＵＬＩ

直观的方式摘要：本文介绍了ＳＩＳＯ系统图形交互式设计工具ＳＩＳＯＴＯＯＬ，并以小功率角度跟踪位置随动系统为例，用简洁、

设计出校正装置，给出仿真曲线和相应的时域、频域性能指标，对自动控制系统的设计有一定的参考意义。关键词：ＳＩＳＯ设计工具；位置随动系统；ＭＡＴＬＡＢ中图分类号：ＴＰ１５文献标识码：Ｂ

技术创新

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｔｒｏｄｕｃｅＳＩＳＯＴＯＯＬ，ｔａｋｉｎｇｔｈｅｓｍａｌｌｐｏｗｅｒａｎｇｌｅ－ｔｒａｃｅｓｙｓｔｅｍａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ａｋｉｎｄｓｏｆｃｏｒｒｅｃｔｏｒｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅａｕｔｏｍａｔ－ｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＳＩＳＯＴＯＯＬｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｓａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｉｎｄｅｘｍａｒｋｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎａｒｅｇｉｖｅｎ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｍｏｒｅｃｏｎｃｉｓｉｏｎａｎｄｍｏｒｅｉｎｔｕｉｔｉｏｎｉｓｔｉｃ，ｉｔｃａｎｇｉｖｅｓｏｍｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ＇ｓｄｅｓｉｇｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＩＳＯｄｅｓｉｇｎｔｏｏｌ，ｌｏｃａｔｉｏｎｔｒａｃｅｓｙｓｔｅｍ，ＭＡＴＬＡＢ

１引言

ＭＡＴＬＡＢ是目前控制系统计算机辅助设计中实用有效的工具之一，ＭＡＴＬＡＢ控制系统工具箱提供了ＳＩＳＯ设计工具（ＳＩＳＯＤｅｓｉｇｎＴｏｏｌ），ＳＩＳＯ设计工具为ＳＩＳＯ（单输人单输出）线性

系统的补偿器的设计和分析提供了一个交互式环境。引入对象的模型后就能自动显示根轨迹图和伯德图，用鼠标可以直接对屏幕上的对象进行操作，如：加入补偿器（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ），加入预滤波器（ｐｒｅｆｉｌｔｅｒ），在根轨迹图或伯德图上拖动补偿器的零、极点等，则在与ＳＩＳＯＴＯＯＬ动态连接的可视分析工具ＬＴＩｖｉｅｗｅｒ上可以立刻显示出设计结果。设计者可以一边看闭环响应，一边调整补偿器的参数，直到设计出满足要求的补偿器为止。

在实际工程中，一个电力拖动控制系统的被控对象常常是已知的，其性能指标也是预先给定了的，要求设计者选择合适的结构和参数，使控制器与被控对象组成一个其性能指标能满足要求的系统，这也就是通常所说的控制系统的综合问题。由此可见，系统综合的目的就是在原控制系统中引入合适的附加装置，使原有系统的性能缺点得到校正，从而满足工程要求的性能指标。而所引入的附加装置通常被称为校正装置，所以电力拖动控制系统的综合问题实质上就是选择校正装置合适的接入位置以及它的结构参数的问题。

用只有位置环的单环结构。

所以小功率的角度跟踪电力拖动控制系统采用只有位置环的单环结构，其结构图如图１所示。要求设计补偿器，使得调整时间ｔｓ＜０．１ｓ，超调量Ｍｐ＜５０％。

图１小功率随动系统结构图

３利用ＳＩＳＯ设计工具对系统进行校正

在ＭＡＴＬＡＢ命令窗口用函数ｔｆ建立直流电机的模型ｓｙｓ＿ｇ菜单中“Ｆｉｌｅ”，输人ＳＩＳＯＴＯＯＬ打开ＳＩＳＯ设计工具窗口，单击

命令打开对话框，可以导入系统的“ＩｍｐｏｒｔＳｙｓｔｅｍＤａｔａ”“Ｉｍｐｏｒｔ”

数学模型，如图２所示。

２小功率角度跟踪电力拖动控制系

统的设计要求

对于小功率的随动系统，由于电机的电枢电阻比较大，允许过载的倍数比较高，又不必过多限制过渡过程中的电流，于是为了提高系统的快速性，可以不设置转速环和电流环，而采甄景涛：讲师硕士

基金项目：基于实时交通信息的城市车辆组合定位定向导航系统的研究（０５２１３５１４１）

－－

图２导入系统数学模型对话框

将ＳＩＳＯ模型ｓｙｓ＿ｇ导人ＳＩＳ０设计工具后，立刻得到校正前系统的根轨迹图和伯德图如图３所示。图中左上方的Ｃ（ｓ）为补偿器的传递函数，默认值为１。右上方的结构图为加补偿器后的系统结构图，补偿器Ｃ放置在与受控对象Ｇ相串

现场总线技术应用２００例》

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联的前向通道上，Ｆ为预滤波器，Ｈ为传感器。点击方框图左下方的＋／－按钮，可改变系统的反馈极性；点击方框图右下方的ＦＳ按钮，可改变系统的反馈结构。左侧为系统的根轨迹图，右侧为系统的开环频率特性曲线，这样就可以方便地从两个角度对系统进行校正，工程上通常用频率特性对系统进行设计和校正，而采用根轨迹对系统进行定性分析。最下边的状态栏可给出操作提示信息。

控制系统

图５校正后系统的根轨迹图和伯德图

图３校正前系统的根轨迹图和伯德图

单击菜单下的命“Ａｎａｌｙｓｉｓ”“ＲｅｓｐｏｎｓｅｔｏＳｔｅｐＣｏｍｍａｎｄ”令，得到校正前系统的单位阶跃响应，如图４所示。从图中可以看到，该系统在校正前的阶跃响应曲线是发散振荡的，说明这样的系统是不稳定的，必须进行校正。

为了使根轨迹左移，给补偿器Ｃ增加两个实零点－５，－２５。考虑到校正装置的可实现性，同时增加两个实极点－２．５，－４００。利用下的菜单设定调整时间“ＤｅｓｉｇｎＣｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ”“Ｎｅｗ”“Ｓｅｔｔｌｉｎｇ小于０．１秒，超调量小于５０％。调整闭“ＰｅｒｃｅｎｔＯｖｅｒｓｈｏｏｔ”Ｔｉｍｅ”

环极点的位置，同时观察系统的单位阶跃响应，对数幅频相频曲线，直到满足要求为止。图５为校正后系统的根轨迹图和伯德图，图６为校正后系统的单位阶跃响应曲线。校正后，调整时间

图６校正后系统的单位阶跃响应曲线

技

术创新

４应用案例

随着科技的进步和社会经济的发展，对机床加工精度的要求越来越高。提高零部件精度和机床装配精度是设计制造高精度数控机床的一条有效途径，但机床的成本将成倍地提高，有时甚至无法实现。

结合机床结构，采用新的控制方法，可以实现在低成本条件下数控机床的高精度轨迹控制。在某型高精度数控机床的开发过程中，采用了对机床运动部件进行双位置闭环控制的方法，一方面有效抑制了非线性因素的影响，保证了机床可靠稳定工作，同时又获得了较高的动态性能。在对双位置闭环控制系统进行校正时，采用ＳＩＳＯＴＯＯＬ设计工具既提高了校正精度又大大地缩短了系统设计时间，保证了机床可在生产环境中长期高精度运行，取得了良好的效果。

ｔｓ＝０．８秒，超调量Ｍｐ＝３２％，完全满足要求，补偿器设计完毕。

校正后的数学模型可以很方便地导出。单击菜单中“Ｆｉｌｅ”的命令，打开系统数学模型导出对话框，可以从中选择“Ｅｘ …… 此处隐藏：2110字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……