Проектирование линейных систем управления с SISO DESIGN TOOL / MATLAB: Учебное пособие

Министерство образования Российской Федерации

Рязанская государственная радиотехническая академия

           А.И.БОБИКОВ,   А.М.НИКИТИН

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

С  SISO DESIGN TOOL / MATLAB

У ч е б н о е   п о с о б и е

Рекомендовано УМО по образованию

в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации в качестве учебного пособия

для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 210100

 «Управление и информатика в технических системах»

Рязань 2004

УДК 681.306(075.8)

Проектирование линейных систем управления с SISO DESIGN TOOL / MATLAB: Учеб. пособие / А.И.Бобиков,  А.М.Никитин;  Рязан. гос. радиотехн. акад. Рязань, 2004. 88 с.

ISBN 5-7722-0212-X  

Рассматриваются технологии использования графического интерфейса пользователя SISO DESIGN TOOL, входящего в состав популярного пакета  MATLAB, для интерактивного проектирования линейных систем управления. Изложение сопровождается примерами, иллюстрирующими различные аспекты указанных технологий.

Предназначено для студентов специальности 210100 "Управление  и    информатика    в   технических системах".    

Ил. 74. Библиогр.: 8 назв.

           Проектируемая система, регулятор, корневой годограф, логарифмические частотные характеристики, модель системы, нули и полюсы, неизменяемая часть системы, переходная характеристика

Печатается  по  решению  редакционно-издательского   совета

Рязанской государственной радиотехнической  академии.

Рецензент: кафедра АиММ Рязанской государственной радиотехнической  академии (зав. кафедрой проф. Е.П. Чураков)

                                                                     © Рязанская государственная        

ISBN 5-7722-0212-X                                   радиотехническая академия, 2004

ПРЕДИСЛОВИЕ

В состав пакета Control System системы MATLAB 6.x входит графический интерфейс пользователя SISO Tool Design, позволяющий проектировать линейные  одномерные стационарные системы автоматического управления (SISO Systems) методами корневого годографа и частотных характеристик. К несомненному достоинству этого интерфейса  надо отнести то, что он обеспечивает динамическую связь между параметрами проектируемой системы и ее характеристиками, отображаемыми в основном окне интерфейса, а также в окнах средств просмотра, открываемых с его помощью.

Данный интерфейс весьма полезен при изучении курсов, посвященных проблемам синтеза систем управления, т.к. позволяет  студентам познать весь арсенал средств, применяемых при проектировании систем управления, описываемых моделями типа «вход-выход». В частности, изучить влияние расположения нулей и полюсов системы, формы  частотных характеристик регулятора и предварительного фильтра  на  ее поведение как в переходном, так и в установившемся режимах.

 В связи с тем, что структурная схема проектируемой системы, доступная  в рамках рассматриваемого интерфейса, является фиксированной, пользователю при работе с ним не требуется глубоких знаний в области визуального моделирования динамических систем.

Все вышесказанное позволяет рекомендовать данный интерфейс как базовый инструмент для студентов–заочников при самостоятельном изучении основных положений и методов теории автоматического управления.

Авторы при написании учебного пособия преследовали цель облегчить студентам-заочникам усвоение основных приемов работы с интерфейсом и на конкретных примерах научить последних как его использовать для решения задач синтеза систем управления.

1. Основные   сведения  о средстве  SISODesignTOOL

В состав ППП  ControlSystemToolbox  инструментальной системы MATLAB  6.x включено  специальное средство проектирования линейных стационарных систем управления  SISODesignTool  (графический интерфейс пользователя для проектирования одномерных систем  управления), называемое в дальнейшем сокращённо средство SISOTOOL.

В учебном пособии рассмотрены основные возможности и функции средства SISOTOOL.

2.ЗАПУСК СРЕДСТВА SISOTOOL

 Чтобы запустить средство SISOTOOL:

а) вызовите MATLAB  из среды  Windows, затем в меню View активизируйте команду CommandWindow и отмените все остальные команды.Появляется командное окно (CommandWindow) системы MATLAB. Признаком того, что система MATLAB готова к восприятию и выполнению команд, является расположенный в последней строке текстового поля этого окна знак приглашения >> (ломаные двойные    скобки);

б) введите в командное окно системы MATLAB после знака приглашения  команду sisotool. Появляется окно средства SISOTOOLс названием  SISODesignTool  (рис. 1), которое содержит:

·  строку меню;

·  две панели инструментов, разделенные вертикальной линией. Первая из них является панелью инструментов характеристик системы и включает в себя шесть кнопок с изображением стрелки, крестиков, нуликов и ластика, а вторая  позволяет изменять масштаб изображения в графических окнах средства SISOTOOL;

·  текстовое поле CurrentCompensator (текущий проектируемый регулятор) для информации  о  передаточной  функции  C(s)  проектируемого  в

Рис. 1

текущий момент регулятора;

·  текстовое окно в поле CurrentCompensator, расположенное после выражения C(s)= и позволяющее  получать информацию о текущем значении коэффициента  усиления или приведенного коэффициента  усиления регулятора;

·  графическое поле, расположенное справа от поля CurrentCompensator и отображающее  структурную схему проектируемой системы управления;

·  поле RootLocusEditor(C) с изображением графического окна (окна корневого годографа), в котором осуществляется средством SISOTOOL  построение корневого годографа;

·  поле Open-LoopBodeEditor(C) с изображением двух графических окон, служащих для построения одна под другой логарифмических амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик разомкнутого контура (системы);

·  строку состояний, служащую для обеспечения информацией о ходе проектирования.

3. ЗАГРУЗКА (ИМПОРТ)  МОДЕЛЕЙ

Средство  SISOTOOL  служит для решения задачи  синтеза корректирующего устройства (регулятора) и предварительного фильтра (устройства прямой связи). Другими словами, это средство служит для выбора вида  и параметров управляющего устройства исходя из требований, предъявляемых к качеству работы проектируемой системы управления  в переходном и установившемся  процессах. При таком виде синтеза предполагается, что предварительно получены (следовательно, известны) математические модели элементов неизменяемой части проектируемой системы и что выбран допустимый закон управления, определяющий её структурную схему. К подобным элементам в  данном случае  относятся объект управления и датчик.