用MATLAB代码表示一个单位反馈系统的开环传递函数为G(S)=k/(s*(s+1)*(0.2s+1)),设计迟后校正装置,满足以下条件:开环增益K=8;相角裕度r=40度。
时间: 2024-10-28 17:09:42 浏览: 66
在MATLAB中,设计一个迟后校正装置通常涉及到绘制根轨迹图来确定适当的校正参数,然后利用控制工具箱的功能来实现。给定的单位反馈系统开环传递函数为 \( G(s) = \frac{k}{s(s+1)(0.2s+1)} \),其中 \( k = 8 \)。为了达到相角裕度 \( r = 40^\circ \),我们需要找到一个合适的滞后校正网络,其一般形式可以写作 \( L(s) = K_c \frac{s + z}{s} \),其中 \( K_c \) 是校正环节的比例系数,\( z \) 是校正环节的极点。
首先,我们需要找到 \( z \) 的值,使得校正后的开环相位 \( \phi(s) = -\arctan(\frac{b_0}{a_0}) + \arctan(\frac{z}{a_1}) - \arctan(\frac{z}{a_2}) \),其中 \( a_0 = 1 \), \( a_1 = 1 \), 和 \( a_2 = 0.2 \)。给定相角裕度 \( r = 40^\circ \),我们可以解这个方程找到 \( z \):
\[ r = \frac{\phi(0)}{-j\omega_c} = 40^\circ \]
这里 \( \phi(0) \) 是校正前系统的自然频率处的相位差,\( \omega_c \) 是希望稳定的工作频率。假设我们选择一个较高的工作频率,例如 \( \omega_c = \pi \) rad/s(对应于频率大约为 6 Hz),则有:
\[ 40^\circ = \frac{\arctan(z)}{-j\pi} \]
\[ z = tan(40^\circ \cdot \pi) \]
计算出 \( z \) 后,我们可以设置 \( K_c \) 来调整开环增益 \( G_c(s) = G(s) \cdot L(s) \) 到 \( K = 8 \)。然后,创建MATLAB代码来实现这一过程,包括绘制根轨迹并找到最优的 \( z \) 和 \( K_c \) 值:
```matlab
% 定义原系统和校正环节
G = tf([k], [1 1 0.2 1]);
L = tf('Kc', 'zo'); % zo 表示极点-零点校正,需要手动设定
% 设置希望的相角裕度和工作频率
r_deg = 40;
w_c = pi; % 频率 (rad/s)
% 计算极点位置 z
z = tan(r_deg * w_c);
% 设定 K_c 以保持总增益 K=8
Kc = k / (L(1,1)); % 根据 G(s) 和 L(s) 的乘积等于 k
% 更新校正环节
L = tf(Kc, [1 z]);
% 绘制根轨迹
rlocus(G * L);
```
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