控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用

Presentation on theme: "控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用"— Presentation transcript:

1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
第 6 章 控制系统计算机辅助设计 薛定宇 著《控制系统计算机辅助设计—MATLAB 语言与应用》第二版，清华大学出版社 CAI课件开发：鄂大志 、薛定宇 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

2 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
主要内容 超前滞后校正器设计方法 基于状态空间模型的控制器设计方法 过程控制系统的PID控制器设计 最优控制器设计 多变量系统的频域设计方法 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

3 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
6.1 超前滞后校正器 设计方法 串联超前滞后校正器 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

4 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
超前校正器 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

5 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
滞后校正器 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

6 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
超前滞后校正器 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

7 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
超前滞后校正器的设计方法 基于剪切频率和相位裕度的设计方法 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

8 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
超前滞后校正器的设计规则： 且 系统静态误差系数为 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

9 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

10 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-1】 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

11 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
超前滞后校正器 超前校正器 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

12 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

13 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

14 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
基于模型匹配算法的设计方法 假设受控对象的传递函数为 ， 期望闭环系统的频域响应为 ， 超前滞后校正器的一般形式为 使得在频率段 内闭环模型对期望闭环模型 匹配指标 为最小 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

15 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
提出了下面的设计算法 其中 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

16 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
其中，gp 和 f 分别为受控对象和期望闭环 系统的传递函数模型，w1 和 w2 为需要拟 合的频率段上下限。 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

17 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-2】受控对象模型为 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

18 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
控制系统工具箱中的设计界面 控制器设计界面 界面允许选择和修改控制器的结构，允许添加零极点，调整增益，从而设计出控制器模型。 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

19 【例6-3】受控对象和控制器的传递函数模型分别为
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

20 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
6.2 基于状态空间模型的 控制器设计方法 状态反馈控制 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

21 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
将 代入开环系统的状态方 程模型，则在状态反馈矩阵 下，系统的闭环状 态方程模型可以写成 如果系统 完全可控，则选择合适的 矩 阵，可以将闭环系统矩阵 的特征值配置 到任意地方。 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

22 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
线性二次型指标最优调节器 假设线性时不变系统的状态方程模型为 设计一个输入量 , 使得最优控制性能指标 最小 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

23 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
则控制信号应该为 由简化的 Riccati 微分方程 求出 假设 ，其中 ，则 可以得出在状态反馈下的闭环系统的状态方程为 依照给定加权矩阵设计的 LQ 最优控制器 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

24 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
离散系统二次型性能指标 离散 Riccati 代数方程 这时控制律为 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

25 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-4】 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

26 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
极点配置控制器设计 系统的状态方程为 则系统的闭环状态方程为 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

27 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

28 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
Bass-Gura 算法 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

29 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

30 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
Ackermann 算法 其中 为将 代入 得出的矩阵多项式的值 鲁棒极点配置算法 place( ) 函数不适用于含有多重期望极点的问题 acker( ) 函数可以求解配置多重极点的问题 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

31 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-5】 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

32 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-6】 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

33 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
观测器设计及基于观测器的 调节器设计 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

34 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

35 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

36 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-7】 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

37 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

38 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
带有观测器的状态反馈控制结构图 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

39 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

40 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

41 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
如果参考输入信号 ，则控制结构 化简为 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

42 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-8】 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

43 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

44 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
6.3 过程控制系统的 PID 控制器设计 PID 控制器概述 连续 PID 控制器 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

45 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
连续 PID 控制器 Laplace 变换形式 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

46 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
离散 PID 控制器 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

47 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
离散形式的 PID 控制器 Z 变换得到的离散 PID 控制器的传递函数 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

48 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
PID 控制器的变形 积分分离式 PID 控制器 在启动过程中，如果静态误差很大时，可以关闭积 分部分的作用，稳态误差很小时再开启积分作用， 消除静态误差 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

49 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
离散增量式 PID 控制器 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

50 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
抗积分饱和 (anti-windup) PID 控制器 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

51 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
过程系统的一阶延迟模型近似 带有时间延迟一阶模型 (first-order lag plus delay， FOLPD) 一阶延迟模型 (FOLPD) 的数学表示为 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

52 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
由响应曲线识别一阶模型 Nyquist 图近似 阶跃响应近似 编写 MATLAB 函数 getfolpd( ) , key=1 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

53 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
基于频域响应的近似方法 调用编写的 MATLAB 函数 getfolpd( ) , key=2 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

54 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
基于传递函数的辨识方法 调用编写的 MATLAB 函数 getfolpd( ) , key=3 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

55 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
最优降阶方法 调用编写的 MATLAB 函数 getfolpd( ) , key=4 【例6-9】 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

56 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
Ziegler-Nichols 参数整定方法 Ziegler-Nichols 经验公式 编写 MATLAB 函数 ziegler( ) 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

57 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-10】 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

58 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

59 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
改进的 Ziegler-Nichols 算法 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

60 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
PID 控制器 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

61 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
PI 控制器 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

62 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
PID 控制器 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

63 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-11】 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

64 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

65 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
改进 PID 控制结构与算法 微分动作在反馈回路的 PID 控制器 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

66 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
精调的 Ziegler-Nichols 控制器及算法 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

67 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

68 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
若 则保留 Ziegler-Nichols 参数 , 同时为使超调量分别小于 10% 或 20% ，则 若 ， Ziegler-Nichols 控制器的 参数精调为 若 ， 为使系统的超调量小于 10%，则 PID参数调为： 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

69 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-12】 用自编的 MATLAB 函数设计精调的 Ziegler-Nichols PID 控制器 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

70 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
改进的 PID 结构 一种 PID 控制器结构及整定算法的控制器模型为: 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

71 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
最优 PID 整定算法 最优化指标 时间加权的指标 IAE 和 ITAE 指标 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

72 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
庄敏霞与 Atherton 教授提出了基于时间加权指标的最优控制 PID 控制器参数整定经验公式 适用范围 ，不适合于大时间延迟系统 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

73 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
Murrill 提出了使得 IAE 准则最小的 PID 控制器算法 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

74 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
对 ITAE 指标进行最优化，得出的 PID 控制器设计经验公式 在 范围内设计的 ITAE 最优 PID 控制器的经验公式 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

75 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-13】 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

76 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

77 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
其他模型的 PID 控制器参数 整定算法 IPD 模型的 PD 和 PID 参数整定 (integrator plus delay) 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

78 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
各种指标下的 PD 和 PID 参数整定公式 若选择 ISE 指标,则 若选择 ITSE 指标,则 若选择 ISTSE 指标,则 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

79 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

80 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
FOLIPD 模型的 PD 和 PID 参数整定 (first order lag and integrator plus delay) PD 控制器的设计算法 PID 控制器的整定算法 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

81 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

82 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-14】 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

83 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
不稳定 FOLPD 模型的 PID 参数整定 设计的PID 控制器 若使 ISE 指标最小,则 若使 ITSE 指标最小,则 若使 ISTSE 指标最小，则 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

84 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
不稳定 FOLPD 模型的 PID 控制器参数整定函数 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

85 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
基于 FOLPD 的 PID 控制器 设计程序 在 MATLAB 提示符下输入 pid_tuner 。 单击 Plant model 按钮，打开一个允许用户输入受控对象模型参数的对话框。 输入了受控对象模型后，单击 Get FOLPD parameters 按钮获得 FOLPD 模型， 亦即获得并显示 K , L , T 参数。 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

86 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
通过得出的K , L , T 参数 , 设计所需的控制器。 单击 Design controller 按钮 , 将自动设计出所需的 PID 控制器模型，并将其显示出来。 单击 Closed-loop Simulation 按钮，则可以构造出 PID 控制器控制下的系统仿真模型，并在图形界面上显示系统的阶跃响应曲线。 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

87 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
6.4 最优控制器设计 最优控制的概念 在一定的具体条件下，要完成某个控制任务，使 得选定指标最小或增大的控制. 积分型误差指标、时间最短指标、能量最省指标等 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

88 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-16】设计最优控制器 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

89 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
为使得 ITAE 准则最小化，可以编写如下的 MATLAB 函数 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

90 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

91 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
为了降低超调量，改进的仿真框图 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

92 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

93 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-17】考虑前面的例子，假设可以接受的控制信号 限幅值为 20 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

94 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

95 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
基于 MATLAB/Simulink 的最优 控制程序及其应用 最优控制器设计程序 (Optimal Controller Designer，OCD) 的调用过程为： 在 MATLAB 提示符下输入 ocd 。 建立一个 Simulink 仿真模型，该模型至少包含待优化的参数变量和误差信号的准则。 将对应的 Simulink 模型名填写到界面的Select a Simulink model 编辑框中。 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

96 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
将待优化变量名填写到 Select variables to be optimized 编辑框中，且各个变量名之间用逗号分隔。 估计指标收敛的时间段作为终止仿真时间,填写到Simulation terminate time 栏目中去 。 单击 Create File 按钮自动生成描述目标函数的 MATLAB 文件 opt_*.m。 单击 Optimize 按钮将启动优化过程。 本程序允许用户指定优化变量的上下界，选择优化参数的初值，选择不同的寻优算法，选择离散仿真算法等。 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

97 【例6-18】受控对象的模型为 用最优控制器设计程序选择 PID 控制器参数。
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

98 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

99 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-19】用 OCD 同时设计串级控制器 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

100 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
Simulink 仿真模型 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

101 【例6-20】对模型 采用 ISE 准 则设计最优控制器。
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

102 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
最优控制程序的其他应用 【例6-21】对模型 采用 ITAE 准 则，用 OCD 来进行最优降阶研究。 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

103 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
6.5 多变量系统的频域 设计方法 逆 Nyquist 阵列方法 特征轨迹法 (characteristic locus method) 反标架坐标法 (reversed-frame normalisation，RFN) 序贯回路闭合方法 (sequential loop closing) 参数最优化方法 (parameters optimisation method) 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

104 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
对角占优系统与伪对角化 为预补偿矩阵，它使得 为对角占 优矩阵。 对所得对角占优矩阵作动态的补偿。 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

105 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
假设在 频率处的系统传递函数矩阵的逆 Nyquist 阵列表示为 由以下步骤求取最优的补偿矩阵 ： 选择一个函数的频率点 ，求出系统的逆 Nyquist 阵 列 。 对各个 值 ，构成一个矩阵 ，其中 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

106 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
选择 个频率点 ，并假设对第 个频率 点引入加权系数 ，按照如下的方法构造矩阵 求取 矩阵的特征值与特征向量，并将最小特征值的特 征向量记作 。 由上面的各个 值得出的最小特征向量可以构成补偿矩阵 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

107 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
由 MATLAB 编写出为对角化函数 pseudiag( ) 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

108 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-22】 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

109 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

110 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-23】 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

111 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
引入动态补偿矩阵 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

112 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
利用 Simulink 模型，绘制系统的阶跃响应曲线 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

113 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

114 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
多变量系统的参数最优化设计 系统的闭环传递函数矩阵 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

115 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
控制器参数的最小二乘解 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

116 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
【例6-24】 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

117 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
系统选择闭环目标传递函数为 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

118 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
求目标控制器 ，并绘制 Bode 图 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

119 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
按下面方式设置控制器的结构,并建立分母矩阵 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

120 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
绘制在控制器作用下，系统的阶跃响应输出曲线 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

121 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
基于 OCD 的多变量系统最优设计 【例6-25】采用加权 ITAE 准则下的最优 PI 控制器 设计 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

122 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

123 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
6.6 本章要点小结 超前、滞后与超前滞后串联校正器及其在系统控制 中的原理与意义，基于剪切频率与相位裕度配置的 校正器设计算法及其 MATLAB 实现，MATLAB 提 供的基于根轨迹和 Bode 图的控制器设计界面及其 应用。 状态反馈的基本概念，及两种有影响的状态反馈控 制结构：基于二次型指标的最优控制器设计及极点 配置控制器设计方法。观测器的概念，观测器的设 计方法，及基于观测器的控制结构及其应用。 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院

124 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用
各种常用的 PID 控制器结构，侧重于受控对象模型 带有时间延迟的一阶模型 FOLPD 的近似和基于这类 受控对象模型的 PID 控制器设计算法。 最优控制的基本概念，基于数值最优化方法的最优 控制器设计，及作者编写的最优控制器设计程序 OCD ，演示了它在最优控制器设计及模型最优拟合 中的应用。 基于逆 Nyquist 阵列的对角占优及伪对角化设计算 法，参数最优化设计算法。 2019/1/1 控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用 东北大学信息学院