华中科技大学电学院matlab选修课大作业——PI控制器的设计.doc

2008 级 《MATAB语言与控制系统仿真》课程 大作业 姓 名 赖智鹏 学 号 u座机电话号码6 所在院系 电气与电子工程学院 班 级 电气0809 日 期 1月16日 同组人员 作业评分 评阅人 设计报告评分表 　 项 目 应包括的主要内容或考核要点 常见问题 扣分 得分 基本部分 63分 方案论证9分 性能指标分析；控制方法及实现方案 未分析指标 没有说明方案理由 未进行方案比较 有分析指标，未用程序分析 有方案说明，未用程序说明 -5 -1 -1 -1 -1 设计过程35分 控制器设计与参数计算 有设计过程，未运用程序 有简单程序应用，无算法 有程序，没有程序说明 未说明设计理由 -20 -5 -5 -2 结果分析10分 对设计结果的分析与核算，分析原因和改进 没有误差分析 没有对结果验证 有量化指标，但没有分析 有分析验证，没有运用程序 没有总结或总结太虚 -9 -3 -2 -2 -2 格式规范9分 重点考查完整性，图表，公式的规范性 图号图名等问题 没有对图表说明 中英文参杂，不一致 字体不一致 图形截屏 参考文献规范问题 参考文献的引用问题 -2 -2 -1 -1 -1 -1 -1 提高部分 27分 第1项9分 提出改进的性能指标，完成分析，设计并对结果予以验证 未提出其他方案 有，未用程序验证 有程序，未对程序说明 -9 -4 -2 第2项9分 考虑参数变化，干扰影响等其他因素，完成分析，设计并对结果予以验证 未对误差干扰进行分析 有，未用程序验证 有程序，未对程序说明 -9 -4 -2 第3项9分 提出其他更完善的性能指标，完成分析，设计并对结果予以验证 未提出其他指标要求 有，未用程序验证 有程序，未对程序说明 -9 -4 -2 报告得分 90分 合计 特色加分0-30分 报告的特色和难度系数，掌握程度予以评价 总分 报告得分+答辩/特色加分 ＰＩ控制器设计与讨论 1.引言 本文讨论的对象是智能交通/高速公路系统IVHS 习题7.3 ，系统通过电子技术为驾驶者和控制系统提供实时路面情况，该系统还提供更方便服务，驾驶者可不用自己操纵驾驶，而系统自动控制车辆，且保持车相对速度，以实现交通的有序进行。 本文前半部分讨论了PI控制器参数的设计问题，根据性能指标推导控制器参数的约束条件，通过相关算法找到问题的解，后半部分讨论系统参数变化时对系统性能的影响，通过比较得出综合性能较优的控制器参数。 2.给定系统的控制器设计 2.1性能分析： （1）阶跃响应零稳态误差。由原系统为零型系统，故必须通过控制器在原点加入至少一个开环极点，可选择的由PI控制器、PID控制器等，而单独使用比例控制器已达不到目标。 （2）要求系统对爬坡响应的跟踪误差小于25%，故Kv 4，从而有： 。 （3）阶跃响应的超调量小于5%，所以如果校正后系统近似为2阶系统，要求阻尼比 0.7。 （4） 调节时间Ts 4/ 1.5s（2%），所以有 4/1.5 2.67。 就目前分析，单独使用比例控制器不能满足要求，而在考虑选择PID控制器之前我们选择相对简单的PI控制器： 。 图 1 原系统 做出根轨迹图并作出满足性能指标的区域： rlocus G ; hold on; plot [-2.66 -2.66],[-20 20] ;％指定性能指标在根轨迹图中所在区域 zeta 0.7; plot [0 -20*zeta],[0 20*sqrt 1-zeta^2 ],[0 -20*zeta],[0 -20*sqrt 1-zeta^2 ] ; ％指定性能指标在根轨迹图中所在区域。 图 2 原系统根轨迹图（黑线表示所要达到的指标边界） 系统波特图及其近似画法： figure; sys1 tf [1/16],[1] ;%第一段直线近似 sys2 tf [1/8],[1 0] ; %第二段直线近似 sys3 tf [1],[1 0 0] ; %第三段直线近似 bodemag sys1, 0.1,2 hold on; bodemag sys2, 2,8 bodemag sys3, 8,100 bode num,den, 0.1,100 grid; 图 3 原系统波特图 由波特图可看出原系统开环波特式增益小于1，低频区水平，转折频率为2rad/s和8rad/s，是一个稳定的二阶系统。 下图为其开环阶跃响应和斜坡响应： subplot 2,1,1 ; step feedback G,1 subplot 2,1,2 ; t [0:0.01:5]; lsim feedback G,1 ,t,t 图 4 原系统响应 阶跃响应稳态误差接近1，斜坡响应不能跟踪输入信号变化，可通过PI控制器增加