工厂型号及要求

直流电机装置的传递函数，如SISO示例:直流电机是:

对于本例，设计要求是:

开放式控制系统设计器

在MATLAB^®命令行，创建工厂的传递函数模型，并打开控制系统设计在尼科尔斯编辑器配置。

G = tf(1.5，[1 14 40.02]);controlSystemDesigner (“尼古拉斯”G);

应用程序打开并导入G作为默认控制架构的工厂模型，配置1．

在应用程序中，下面的响应图打开:

同时查看开环频率响应和闭环阶跃响应的观点选项卡上,单击左/右．

该应用程序显示尼科尔斯编辑器和阶跃响应阴谋并排。

调整带宽

由于该设计要求上升时间小于0.5秒，因此将开环直流交叉频率设置为大约3 rad/s。对于一阶近似，这个交叉频率对应于0.33秒的时间常数。

为了调整交叉频率，增加补偿器增益。在尼科尔斯编辑器，将响应向上拖动。这样做会增加补偿器的增益。

当您拖动Nichols图时，应用程序将计算补偿器增益并更新响应图。

将尼科尔斯图向上拖动，直到交叉频率约为3 rad/s。

查看阶跃响应特性

将上升时间加到阶跃响应绘图，右键单击绘图区域，并选择特征>上升时间．

若要查看上升时间，请将光标移动到上升时间指示器上。

上升时间在0.23秒左右，满足设计要求。

类似地，添加峰值响应到阶跃响应绘图，右键单击绘图区域，并选择特征>峰值响应．

峰值超调量在3.5%左右。

在补偿器中添加积分器

为了满足5%稳态误差的要求，通过在补偿器中添加积分器来消除闭环阶跃响应中的稳态误差。在尼科尔斯编辑器在绘图区域中右键单击，并选择添加极/零>积分器．

增加一个积分器产生零稳态误差。然而，改变补偿器的动态也改变了交叉频率，增加了上升时间。为了减少上升时间，增加交叉频率到3 rad/s左右。

调整补偿器增益

为了将交叉频率恢复到3 rad/s左右，进一步增加补偿器增益。右键单击尼科尔斯编辑器Plot area, and select编辑补偿器．

在补偿器编辑器对话框中，在补偿器节，指定增益为99,按输入．

响应图会自动更新。

上升时间0.4秒左右，满足设计要求。然而，峰值超调幅度约为32%。由增益和积分器组成的补偿器不足以满足设计要求。因此，补偿器需要额外的动态。

在补偿器中添加Lead网络

在尼科尔斯编辑器，回顾了电流补偿器设计中的增益裕度和相位裕度。该设计要求增益裕度大于20 dB，相位裕度大于40度。目前的设计不满足这些要求中的任何一个。

为了增加稳定裕度，在补偿器中增加一个引导网络。

在尼科尔斯编辑器，右键单击并选择添加极/零>铅．

要指定引线网络极点的位置，请点击幅度响应。该应用程序添加了一个真正的杆子(红色X)和实零(红色)O)到补偿器和尼科尔斯编辑器情节。

在尼科尔斯编辑器，拖动极点和零点来改变它们的位置。当你拖动它们时，应用程序会更新极点/零值和响应图。

为了减小极点或零点的大小，向左拖动它。由于极点和零在负实轴上，将它们向左拖动，就会使它们更接近复平面中的原点。

作为一个初始估计，拖动0到周围的一个位置－７和杆子到一个位置周围-11年．

相位裕度满足设计要求;然而，增益幅度仍然太低。

编辑Lead Network Pole和Zero

为了提高控制器的性能，需要对前导网络参数进行调整。

在补偿器编辑器对话框中，在动力学部分,单击铅行。

在编辑选定的动力学的部分,真正的零文本框中，指定的位置-4.3,按输入．这个值接近直流电机最慢(最左)的极。

在真正的极文本框中，指定值为-28年,按输入．

当修改前导网络参数时，补偿器响应图会自动更新。

在应用里，在尼科尔斯编辑器的增益幅度20.5刚好符合设计要求。

为了给系统增加鲁棒性，在“补偿器编辑器”对话框中，将补偿器增益降低为84.5,按输入．增益余量增加到21.8，响应图更新。

在控制系统设计，在响应图中，将系统性能与设计要求进行比较。系统性能特点如下:

系统响应满足所有设计要求。