王玲玲丁學用
（三亞學院理工學院，海南 三亞 572022）
【摘要】在進行自動控制系統的設計和改造中，往往需要對所設計系統的性能指標進行測試，對不合要求的參數進行校正。對串聯校正中常用的幾種校正方式加以詳細討論，藉助MATLAB軟體設計校正裝置，分別從建模、編程、結果分析及比較等方面進行了非常詳細的分析。設計出校正後系統的各項時域性能指標和頻域性能指標均能達到要求。驗證了 MATLAB可以方便的實現自動控制系統的串聯校正。
關鍵詞 自動控制；MATLAB；串聯校正
Cascade Calibration for Control System Using MATLAB
WANG Ling-lingDING Xue-yong
(Polytechnic Institute of San Ya University, Sanya Hainan 572022, China)
【Abstract】Design the automatic control system, it is often required performance testing, the undesirable parameters need to correction. The calibration device for cascade lead network is design by MATLAB software. Separately from aspect and so on modeling, programming, result analysis and comparison has carried on the extremely detailed analysis. The establishment transfer function and obtains the adjustment result and the graph all can manifest in the article.
【Key words】Automatic control; MATLAB; Cascade Calibration
對於初步設計的自動控制系統來說，通常其性能指標達不到要求，這就提出了如何進一步改善系統性能的問題，也就是系統校正的問題。根據被控對象及其技術指標要求設計自動控制系統，需要進行大量地分析計算，需要考慮的問題是多方面的，既要保證所設計的系統具有良好的性能，滿足給定技術指標要求，又要照顧到方便加工、經濟性好、可靠性高等。在元器件的選擇，校正裝置的添加，參數的調整過程中都需要進行反覆的運算；採用傳統的自動控制系統的設計方法，很難立即看出設計的正確性與質量，為提高設計與校正的效率，且降低設計與校正成本，採用計算機計算並仿真是對其進行研究的一個重要的、不可缺少的手段。MATLAB語言在其仿真研究中被成功地應用在自動控制系統的設計與校正過程中。
MATLAB是一款高性能的集數值分析、矩陣運算、自動控制、信號處理、神經網絡和圖像顯示於一體的可視化軟體。具有極高的編程效率，可用作動態系統的建模與仿真。它的大量工具箱函數為各個領域的研究和工程應用提供了有力的手段。其中的Control Toolbox工具箱是針對自動控制系統分析的。MATLAB語言能夠有效、快速地實現系統校正的仿真，所以只有把MATLAB與自動控制系統更好的結合起來才能發揮其巨大的作用。
1自動控制系統的校正
為改善系統的動態性能和穩態性能，常在系統中附加校正裝置，這就是系統校正[1-3]。按校正裝置在系統中的位置不同，系統校正分為串聯校正，反饋校正和復合校正。
校正裝置與系統不可變部分成串聯連接的方式稱為串聯校正，串聯校正從設計到具體實現均比較簡單，是設計中最常使用的。為了減少校正裝置的輸出功率，以降低成本和功耗，通常將串聯校正裝置安置在正向通道的前段，因前部信號的功率較小，為信號低能源端。串聯校正的主要問題是對參數的變化的敏感性強。
在串聯校正中，解決問題的方法主要有頻率法和根軌跡法，根據校正環節對系統開環頻率特性相位的影響，又可分為相位超前校正、相位滯後校正和相位超前-滯後校正。串聯校正裝置的設計方法較多，本文選取頻率特性設計法。
2串聯校正的MATLAB實現
用頻率法校正控制系統，主要是改變頻率特性形狀，使之具有合適的高頻、中頻、低頻特性和穩定裕度，以得到滿意的閉環品質。在用頻率法進行校正時，直接採用幅相頻率特性校正和設計控制系統是不方便的。因為除了改變放大係數的影響可以從圖上直接看出來外，改變其他參數時就要重新繪製幅相頻率特性曲線。在一般情況下幅相頻率特性的一般特徵可以準確的由伯德圖的形狀看出，所以，在初步設計時，常常採用伯德圖[4-5]來校正系統。
2.1超前校正
單位負反饋系統被控對象的傳遞函數為：用bode圖設計方法對系統進行串聯超前校正設計，未校正系統的相位裕度γ=18°，其超調量達60%，系統的相對穩定性和平穩性都較差；未校正系統的bode圖如圖1所示：
由圖可知，校正後系統的相位穩定裕度γ=55.2°、Kg=16.9dB，校正後系統系統由不能正常工作到穩定工作，性能指標達到要求。
3結論
用 MATLAB語言針對不同的串聯校正形式，超前校正、滯後校正、超前-滯後校正，設計出相應的程序，完成了控制系統仿真設計，通過仿真結果，看到校正後的系統性能得到改善，說明MATLAB 語言非常適合控制領域內的仿真及研究，是控制系統分析設計的有利工具。特別需要說明的是，在設計參數的整定上，合理參數的選取尤其重要，在很大程度上依賴於設計者的經驗和技巧，而且設計過程帶有試探性。所以，高質量設計是以充分了解校正網絡的特性並且伴有長時間的設計經驗為前提的。使用 MATLAB 語言通過建模、以及 SIMULINK 圖形化仿真把設計者分析、推理和決策能力和計算機的快速、準確的信息處理能力和存貯能力結合起來，直觀、快速，有效地完成高質量的設計任務。
參考文獻
［１］程鵬.自動控制原理課[M].2版.北京:高等教育出版社,2011:192-205.
［２］王建輝,顧樹生.自動控制原理[M].北京:清華大學出版社,2010:269-317.
［３］王劃一,楊西俠.自動控制原理[M].2版.北京:國防工業出版社,2010:210-226.
［４］師宇傑,等.自動控制原理-基於matlab仿真的多媒體授課[M].北京:國防工業出版社,2009:236-257.
［5］黃忠霖.自動控制原理的matlab實現[M].北京:國防工業出版社,2009:316-349.
［６］john j.d』azzo. Linear control system analysis and design with matlab[M].北京:機械工業出版社,2008:167-180.
［責任編輯：湯靜］
（三亞學院理工學院，海南 三亞 572022）
【摘要】在進行自動控制系統的設計和改造中，往往需要對所設計系統的性能指標進行測試，對不合要求的參數進行校正。對串聯校正中常用的幾種校正方式加以詳細討論，藉助MATLAB軟體設計校正裝置，分別從建模、編程、結果分析及比較等方面進行了非常詳細的分析。設計出校正後系統的各項時域性能指標和頻域性能指標均能達到要求。驗證了 MATLAB可以方便的實現自動控制系統的串聯校正。
關鍵詞 自動控制；MATLAB；串聯校正
Cascade Calibration for Control System Using MATLAB
WANG Ling-lingDING Xue-yong
(Polytechnic Institute of San Ya University, Sanya Hainan 572022, China)
【Abstract】Design the automatic control system, it is often required performance testing, the undesirable parameters need to correction. The calibration device for cascade lead network is design by MATLAB software. Separately from aspect and so on modeling, programming, result analysis and comparison has carried on the extremely detailed analysis. The establishment transfer function and obtains the adjustment result and the graph all can manifest in the article.
【Key words】Automatic control; MATLAB; Cascade Calibration
對於初步設計的自動控制系統來說，通常其性能指標達不到要求，這就提出了如何進一步改善系統性能的問題，也就是系統校正的問題。根據被控對象及其技術指標要求設計自動控制系統，需要進行大量地分析計算，需要考慮的問題是多方面的，既要保證所設計的系統具有良好的性能，滿足給定技術指標要求，又要照顧到方便加工、經濟性好、可靠性高等。在元器件的選擇，校正裝置的添加，參數的調整過程中都需要進行反覆的運算；採用傳統的自動控制系統的設計方法，很難立即看出設計的正確性與質量，為提高設計與校正的效率，且降低設計與校正成本，採用計算機計算並仿真是對其進行研究的一個重要的、不可缺少的手段。MATLAB語言在其仿真研究中被成功地應用在自動控制系統的設計與校正過程中。
MATLAB是一款高性能的集數值分析、矩陣運算、自動控制、信號處理、神經網絡和圖像顯示於一體的可視化軟體。具有極高的編程效率，可用作動態系統的建模與仿真。它的大量工具箱函數為各個領域的研究和工程應用提供了有力的手段。其中的Control Toolbox工具箱是針對自動控制系統分析的。MATLAB語言能夠有效、快速地實現系統校正的仿真，所以只有把MATLAB與自動控制系統更好的結合起來才能發揮其巨大的作用。
1自動控制系統的校正
為改善系統的動態性能和穩態性能，常在系統中附加校正裝置，這就是系統校正[1-3]。按校正裝置在系統中的位置不同，系統校正分為串聯校正，反饋校正和復合校正。
校正裝置與系統不可變部分成串聯連接的方式稱為串聯校正，串聯校正從設計到具體實現均比較簡單，是設計中最常使用的。為了減少校正裝置的輸出功率，以降低成本和功耗，通常將串聯校正裝置安置在正向通道的前段，因前部信號的功率較小，為信號低能源端。串聯校正的主要問題是對參數的變化的敏感性強。
在串聯校正中，解決問題的方法主要有頻率法和根軌跡法，根據校正環節對系統開環頻率特性相位的影響，又可分為相位超前校正、相位滯後校正和相位超前-滯後校正。串聯校正裝置的設計方法較多，本文選取頻率特性設計法。
2串聯校正的MATLAB實現
用頻率法校正控制系統，主要是改變頻率特性形狀，使之具有合適的高頻、中頻、低頻特性和穩定裕度，以得到滿意的閉環品質。在用頻率法進行校正時，直接採用幅相頻率特性校正和設計控制系統是不方便的。因為除了改變放大係數的影響可以從圖上直接看出來外，改變其他參數時就要重新繪製幅相頻率特性曲線。在一般情況下幅相頻率特性的一般特徵可以準確的由伯德圖的形狀看出，所以，在初步設計時，常常採用伯德圖[4-5]來校正系統。
2.1超前校正
單位負反饋系統被控對象的傳遞函數為：用bode圖設計方法對系統進行串聯超前校正設計，未校正系統的相位裕度γ=18°，其超調量達60%，系統的相對穩定性和平穩性都較差；未校正系統的bode圖如圖1所示：
由圖可知，校正後系統的相位穩定裕度γ=55.2°、Kg=16.9dB，校正後系統系統由不能正常工作到穩定工作，性能指標達到要求。
3結論
用 MATLAB語言針對不同的串聯校正形式，超前校正、滯後校正、超前-滯後校正，設計出相應的程序，完成了控制系統仿真設計，通過仿真結果，看到校正後的系統性能得到改善，說明MATLAB 語言非常適合控制領域內的仿真及研究，是控制系統分析設計的有利工具。特別需要說明的是，在設計參數的整定上，合理參數的選取尤其重要，在很大程度上依賴於設計者的經驗和技巧，而且設計過程帶有試探性。所以，高質量設計是以充分了解校正網絡的特性並且伴有長時間的設計經驗為前提的。使用 MATLAB 語言通過建模、以及 SIMULINK 圖形化仿真把設計者分析、推理和決策能力和計算機的快速、準確的信息處理能力和存貯能力結合起來，直觀、快速，有效地完成高質量的設計任務。
參考文獻
［１］程鵬.自動控制原理課[M].2版.北京:高等教育出版社,2011:192-205.
［２］王建輝,顧樹生.自動控制原理[M].北京:清華大學出版社,2010:269-317.
［３］王劃一,楊西俠.自動控制原理[M].2版.北京:國防工業出版社,2010:210-226.
［４］師宇傑,等.自動控制原理-基於matlab仿真的多媒體授課[M].北京:國防工業出版社,2009:236-257.
［5］黃忠霖.自動控制原理的matlab實現[M].北京:國防工業出版社,2009:316-349.
［６］john j.d』azzo. Linear control system analysis and design with matlab[M].北京:機械工業出版社,2008:167-180.
［責任編輯：湯靜］
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