MATLAB在控制系统校正中的应用：根轨迹与奈奎斯特图绘制

"本次课程设计任务是通过MATLAB软件，对一个特定的机器人远程监控系统进行串联校正，以改善其动态性能和稳定性。设计目标包括理解串联校正的作用，熟悉其对系统性能的影响，掌握设计方法和技术，并利用MATLAB进行计算机辅助分析与设计。系统开环传递函数已知，需要在满足特定性能指标的情况下设计校正网络。设计任务分为多个阶段，包括未校正系统的时域仿真、校正装置设计、时域仿真验证、参数比较、电路图绘制以及根轨迹图和奈奎斯特图的绘制与分析。" 在这个设计任务中，首先要了解串联校正是如何改善控制系统性能的。串联校正是一种在系统原有的控制器之外添加额外控制环节的方法，它可以改变系统的频率响应特性，以达到提高稳定性和动态性能的目的。在MATLAB中，可以利用控制系统工具箱来实现这一过程。 未校正系统的时域仿真是设计的第一步，这有助于分析系统在无校正情况下的动态响应，如超调量、上升时间、调整时间等关键性能指标。通过MATLAB的Simulink或Control System Toolbox，可以建立系统模型并进行仿真。 接着，使用频率响应法设计校正装置。这通常涉及绘制Bode图，通过观察相角裕度和幅值裕度，确保系统在频域内的稳定性。MATLAB的bode命令可以帮助绘制Bode图，通过调整校正网络的参数，以满足设定的相角裕度和幅值裕度要求，同时优化截止频率，以改善系统的快速响应。 在确定了校正网络后，再次进行时域仿真，检查校正后的系统性能。如果需要，可以尝试不同的参数组合，比较它们的效果。 绘制根轨迹图和奈奎斯特图是验证系统稳定性的重要手段。根轨迹图展示了系统闭环极点随控制器参数变化的轨迹，而奈奎斯特图则显示了系统的频率响应在复平面上的分布。MATLAB的rootlocus和nyquist命令可以方便地完成这两项任务。通过对校正前后系统的根轨迹和奈奎斯特图进行对比，可以直观地看出校正对系统稳定性及动态性能的改善。 最后，设计说明书应详细记录整个设计过程，包括理论分析、设计步骤、仿真结果和结论，确保条理清晰、逻辑严谨。同时，电路图的绘制是将校正网络物理实现的关键，应确保其准确无误。 参考文献的选择涵盖了控制系统的基础理论、MATLAB的计算与仿真以及自动控制原理，为设计提供了坚实的理论基础。通过这些资源，学生将能够全面掌握串联校正的设计和分析方法。