基于MATLAB可视化界面频域控制器及其使用方法技术

本发明专利技术公开了基于MATLAB可视化界面频域控制器及其使用方法，包括：用于输入校正前开环传递函数参数、并构建和计算校正前开环传递函数的校正前传递函数模块；用于显示校正前开环传递函数的校正前频域开环性能指标和校正前频域闭环性能指标的显示模块；用于输入校正模式和预期校正后频域开环性能指标的预期输入模块；对校正前开环传递函数在校正模式下进行校正重构得到校正后开环传递函数、直到校正后频域开环性能指标满足预期校正后频域开环性能指标的校正器；用于显示校正后开环传递函数的显示模块；用于显示校正后频域开环性能指标和校正后频域闭环性能指标的显示模块。

【技术实现步骤摘要】
基于MATLAB可视化界面频域控制器及其使用方法
本专利技术涉及一种基于MATLAB可视化界面频域控制器设计方法，该方法主要通过图形化界面(GUI)实现控制器设计，解决控制器设计过程中繁琐的参数计算问题。
技术介绍
在工程控制领域，经常会遇到根据生产实际的要求，提出各项动、稳态性能指标，确定系统的结构、参数，选择合适的元器件，设计一个系统，最后进行校验，使其各项性能指标满足预期的要求。然而，大多数情况下,仅由系统固有部分组成的反馈控制系统，其动、稳态特性较差，甚至不能正常工作。因此,常常在系统中添加某些环节，来改善系统的性能，这个"某些环节"称为校正装置。而整个过程，就是控制系统的校正设计。在实际工作中，系统校正设计过程是一个反复试探的过程，需要对校正器的参数不断调整、试探，而这个试探、调整的过程，即使拥有丰富的经验积累，仍然需要大量的繁复计算，最后还要通过验算来考验校正器的校正效果，若验算失败，则需要重新进行试探和调整。此外，对于一些结构复杂的系统，采用这种传统方法很可能无法完成校正。因此，寻找一种更简洁、高效的方法来实现控制系统校正设计是非常有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于MATLAB可视化界面频域控制器及其使用方法，实现简化控制器的设计过程，可以简单的获得参数性能达到目标预期的传递函数。本专利技术通过下述技术方案实现：基于MATLAB可视化界面频域控制器，校正前传递函数功能模块，包括：用于输入校正前开环传递函数参数、并构建和计算校正前开环传递函数的校正前传递函数模块；校正前系统性能功能模块，包括：用于显示校正前开环传递函数的校正前频域开环性能指标和校正前频域闭环性能指标的显示模块；预期的性能参数与校正模式选择功能模块，包括：用于输入校正模式和预期校正后频域开环性能指标的预期输入模块；校正器传递函数功能模块：包括：对校正前开环传递函数在校正模式下进行校正重构得到校正后开环传递函数、直到校正后频域开环性能指标满足预期校正后频域开环性能指标的校正器；用于显示校正后开环传递函数的显示模块；校正后系统性能指标功能模块：包括：用于显示校正后频域开环性能指标和校正后频域闭环性能指标的显示模块。基于上述内容，可以看出，本专利技术的设计原理为：本专利技术在已知待校正系统的开环传递函数的前提下，以待校正系统校正后的开环传递函数的截止频率、幅值裕度、相角裕度3个频域指标为约束条件，即以上述校正前传递函数模块基于校正前开环传递函数参数构建的校正前开环传递函数的前提下，再以人为设置预期校正后频域开环性能指标(截止频率、幅值裕度、相角裕度3个频域指标)为约束条件，对控制系统校正方式(校正模式)已及校正参数(预期校正后频域开环性能指标)进行选取，系统会自动的在校正模式下修正校正前开环传递函数，使得校正前开环传递函数的性能指标满足预期校正后频域开环性能指标，此时修正后的开环传递函数，即为校正后开环传递函数，从而实现系统基于频域下的控制器设计。本专利技术可以通过将控制器设计算法嵌入到MATLAB图形界面软件程序中，设计人员全程仅需进行2步操作，即先输入开环传递函数参数，用于构建校正前开环传递函数，在此基础上，再次输入校正模式和约束条件，即可，而传统的公式及繁琐的数字运算都将在软件后台自动运行，通过短时间的运行，便可在可视化界面上得到系统运算得出的控制器。设计人员通过比对计算出的控制器与预期的控制器性能指标的符合情况，从而确定经由该校正方式得出的控制器是否满足性能要求，如果不满足，则需要重新选择校正方式或者频域指标进行迭代设计以获取令人满意的控制器。使用该界面对控制系统进行校正设计，可以极大的简化控制器的设计过程，操作简洁、直观，而且校正过程不需要进行任何人工计算，其工作效率大大提高。优选的，所述校正前传递函数模块包括：用于输入校正前多项式分子系数和校正前多项式分母系数的输入模块，用于依据校正前多项式分子系数和校正前多项式分母系数构建校正前开环传递函数的构建模块；用于计算开环传递函数的频域开环性能指标和频域闭环性能指标的计算模块。优选的，所述校正器包括：用于在校正模式下、重构校正前开环传递函数的校正前多项式分子系数和校正前多项式分母系数并得到校正后多项式分子系数和校正后多项式分母系数的校正重构模块；用于依据每次重构后的校正后多项式分子系数和校正后多项式分母系数构建校正后开环传递函数的校正构建模块；用于计算每次重构后的校正后开环传递函数的校正后频域开环性能指标和校正后频域闭环性能指标的计算模块，用于比较每次重构后的校正后频域开环性能指标与预期校正后频域开环性能指标的比较模块；当比较校正后频域开环性能指标满足预期校正后频域开环性能指标校时，校正重构模块停止重构。优选的，用于显示校正后开环传递函数的显示模块将校正后开环传递函数的校正后多项式分子系数和校正后多项式分母系数分别显示。优选的，校正前频域开环性能指标包括校正前开环剪切频率、校正前相位裕度、校正前幅值裕度，校正前频域闭环性能指标包括校正前带宽、校正前谐振峰值、校正前谐振频率；预期校正后频域开环性能指标包括预期开环剪切频率、预期相位裕度、预期幅值裕度校正后频域开环性能指标包括校正后开环剪切频率、校正后相位裕度、校正后幅值裕度，、校正后频域闭环性能指标包括校正后带宽、校正后谐振峰值、校正后谐振频率。优选的，校正后频域开环性能指标满足预期校正后频域开环性能指标的标准为：校正后频域开环性能指标大于预期校正后频域开环性能指标。优选的，所述校正模式为超前校正或滞后校正或PI校正。优选的，还包括校正前系统开环波特图功能模块，包括：利用MATLAB可视化界面生成校正前开环传递函数的开环波特图的显示模块；还包括校正后系统开环波特图功能模块，包括：利用MATLAB可视化界面生成校正后开环传递函数的开环波特图的显示模块。优选的，校正前传递函数功能模块、校正前系统性能功能模块、预期的性能参数与校正模式选择功能模块、预期的性能参数与校正模式选择功能模块、校正器传递函数功能模块、校正后系统性能指标功能模块均利用MATLAB可视化界面生成交互界面，其中，校正前传递函数功能模块的校正前传递函数模块利用MATLAB可视化界面生成用于输入校正前开环传递函数参数的交互界面；校正前系统性能功能模块的显示模块利用MATLAB可视化界面生成用于显示校正前频域开环性能指标和校正前频域闭环性能指标的交互界面；预期的性能参数与校正模式选择功能模块的预期输入模块分别利用MATLAB可视化界面生成用于校正模式输入和预期校正后频域开环性能指标输入的交互界面；校正器传递函数功能模块的显示模块利用MATLAB可视化界面生成用于显示开环传递函数的交互界面；校正后系统性能指标功能模块的显示模块利用MATLAB可视化界面生成用于显示校正后频域开环性能指标和校正后频域闭环性能指标的交互界面。基于MATLAB可视化界面频域控制器的使用方法，包括以下操作：S1、对校正前传递函数模块输入校正前开环传递函数参数，校正前传递函数模块计算出校正前频域开环性能指标和校正前频域闭环性能指标后，使用校正前系统性能功能模块的显示模块进行显示；S2、对预期输入模块输入校正模式和预期校正后频域开环性能指标，校正器传递函数功能模块的校正器对校正前开环传递函数在校正本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于MATLAB可视化界面频域控制器，其特征在于，校正前传递函数功能模块，包括：用于输入校正前开环传递函数参数、并构建和计算校正前开环传递函数的校正前传递函数模块；校正前系统性能功能模块，包括：用于显示校正前开环传递函数的校正前频域开环性能指标和校正前频域闭环性能指标的显示模块；预期的性能参数与校正模式选择功能模块，包括：用于输入校正模式和预期校正后频域开环性能指标的预期输入模块；校正器传递函数功能模块：包括：对校正前开环传递函数在校正模式下进行校正重构得到校正后开环传递函数、直到校正后频域开环性能指标满足预期校正后频域开环性能指标的校正器；用于显示校正后开环传递函数的显示模块；校正后系统性能指标功能模块：包括：用于显示校正后频域开环性能指标和校正后频域闭环性能指标的显示模块。

【技术特征摘要】
1.基于MATLAB可视化界面频域控制器，其特征在于，校正前传递函数功能模块，包括：用于输入校正前开环传递函数参数、并构建和计算校正前开环传递函数的校正前传递函数模块；校正前系统性能功能模块，包括：用于显示校正前开环传递函数的校正前频域开环性能指标和校正前频域闭环性能指标的显示模块；预期的性能参数与校正模式选择功能模块，包括：用于输入校正模式和预期校正后频域开环性能指标的预期输入模块；校正器传递函数功能模块：包括：对校正前开环传递函数在校正模式下进行校正重构得到校正后开环传递函数、直到校正后频域开环性能指标满足预期校正后频域开环性能指标的校正器；用于显示校正后开环传递函数的显示模块；校正后系统性能指标功能模块：包括：用于显示校正后频域开环性能指标和校正后频域闭环性能指标的显示模块。2.根据权利要求1所述的基于MATLAB可视化界面频域控制器，其特征在于：所述校正前传递函数模块包括：用于输入校正前多项式分子系数和校正前多项式分母系数的输入模块，用于依据校正前多项式分子系数和校正前多项式分母系数构建校正前开环传递函数的构建模块；用于计算开环传递函数的频域开环性能指标和频域闭环性能指标的计算模块。3.根据权利要求1所述的基于MATLAB可视化界面频域控制器，其特征在于：所述校正器包括：用于在校正模式下、重构校正前开环传递函数的校正前多项式分子系数和校正前多项式分母系数并得到校正后多项式分子系数和校正后多项式分母系数的校正重构模块；用于依据每次重构后的校正后多项式分子系数和校正后多项式分母系数构建校正后开环传递函数的校正构建模块；用于计算每次重构后的校正后开环传递函数的校正后频域开环性能指标和校正后频域闭环性能指标的计算模块，用于比较每次重构后的校正后频域开环性能指标与预期校正后频域开环性能指标的比较模块；当比较校正后频域开环性能指标满足预期校正后频域开环性能指标校时，校正重构模块停止重构。4.根据权利要求1所述的基于MATLAB可视化界面频域控制器，其特征在于：用于显示校正后开环传递函数的显示模块将校正后开环传递函数的校正后多项式分子系数和校正后多项式分母系数分别显示。5.根据权利要求1所述的基于MATLAB可视化界面频域控制器，其特征在于：所述校正前频域开环性能指标包括校正前开环剪切频率、校正前相位裕度、校正前幅值裕度，校正前频域闭环性能指标包括校正前带宽、校正前谐振峰值、校正前谐振频率；预期校正后频域开环性能指标包括预期开环剪切频率、预期相位裕度、预期幅值裕度校正后频域开环性能指标包括校正后开环剪切频率、校正后相位裕度、校正后幅值裕度，、校正后频域闭环性能指标包括校正后带宽、校正后谐振峰值、校正后谐振频率。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李波，向学辅，文云，陈浩，刘娜，刘启辉，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团自动化研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51