模拟设计法构建滞后-超前校正数字控制器

"计算机控制设计论文" 这篇论文主要探讨了如何运用计算机技术进行控制系统的设计，特别是针对一个具有滞后-超前校正的数字控制器的设计过程。设计任务是基于一个具有特定开环传递函数的单位反馈系统，目标是通过模拟设计法满足一系列性能指标。 首先，设计任务明确指出，需要设计一个数字控制器，使校正后的系统在输入信号为单位阶跃时，稳态误差不超过1/126，并且开环系统截止频率设定为[pic]rad/s，同时要求相角裕度达到[pic]。为了实现这些要求，论文提到了以下设计方案： 1. 使用Matlab作为工具，进行控制系统的建模、分析、设计和仿真。Matlab是工程领域常用的软件，其Simulink和Control System Toolbox等工具箱对于控制系统的设计与分析非常有用。 2. 设计过程中选用MCS-51系列单片机作为控制器，这是常见的微控制器，适合执行实时控制任务。此外，虽然论文中未详述，但通常还需要考虑传感器和功率接口等硬件元件，以及人机交互界面的设计。 3. 控制算法的实现则通过单片机汇编语言编程，确保代码经过编译无语法错误。汇编语言允许直接对硬件进行操作，适合对速度和资源有严格要求的控制系统。 在设计控制器的过程中，首先调整开环增益K以满足稳态误差要求，计算得到K=126。然后通过绘制Bode图和阶跃响应曲线来评估系统性能。Bode图用于观察频率域内的增益和相位特性，而阶跃响应则反映系统对瞬态输入的动态行为。通过这些图形，论文得出当前设计的幅值裕度、穿越频率和相角裕度不满足要求。 为解决这一问题，论文提出引入滞后校正，确定了校正后的剪切频率ωc=24.5rad/s。进一步计算滞后部分的参数，得到了滞后校正的传递函数Gc1。使用Matlab再次进行仿真，验证了新的控制器设计能够改善系统性能。 通过图3和图4的Bode图及阶跃响应，可以评估校正后系统的性能是否达到预期指标。这一步骤对于验证设计的有效性至关重要，也是控制系统设计中的关键环节。 总结来说，这篇论文详细阐述了如何利用计算机辅助设计工具，如Matlab，结合单片机技术，设计并优化一个数字控制器，以满足给定的控制性能指标。整个过程涵盖了系统建模、控制器设计、硬件选择、算法实现以及性能分析等多个方面，充分体现了计算机在控制设计中的重要作用。