技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于機(jī)械工程控制領(lǐng)域，特別涉及一種設(shè)計(jì)相位滯后校正環(huán)節(jié)的時(shí)域性能曲線圖法。

背景技術(shù)：
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如受控機(jī)械系統(tǒng)的控制性能(穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性)不滿足要求，則可通過(guò)在系統(tǒng)中增加校正環(huán)節(jié)的方法，以改善受控機(jī)械系統(tǒng)的控制性能。相位滯后校正是常用的校正方法之一。

在機(jī)械工程控制領(lǐng)域，設(shè)計(jì)相位滯后校正環(huán)節(jié)最為常用的方法為應(yīng)用伯德圖進(jìn)行設(shè)計(jì)的頻域設(shè)計(jì)方法。該方法一般以相位裕度為性能指標(biāo)，借助伯德圖通過(guò)解析計(jì)算確定校正環(huán)節(jié)參數(shù)。該方法滿足給定的相位裕度要求，是可行解，但不是最優(yōu)解。對(duì)系統(tǒng)控制性能評(píng)價(jià)的性能指標(biāo)不僅僅是相位裕度，還有延遲時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、最大超調(diào)量等時(shí)域性能指標(biāo)；在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上需要驗(yàn)算其它性能指標(biāo)是否也滿足要求，如不滿足，需要多次反復(fù)設(shè)計(jì)和驗(yàn)算，直到滿足所有性能指標(biāo)要求為至，繁瑣而費(fèi)時(shí)。另外，頻域性能指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)控制性能的評(píng)價(jià)是間接的；而時(shí)域性能指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)控制性能的評(píng)價(jià)是直接的。

因?qū)ο到y(tǒng)的控制性能有多方面的要求，多個(gè)控制性能指標(biāo)間是相互矛盾的；校正環(huán)節(jié)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制性能的影響也是相互矛盾的。因此，校正環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)計(jì)是一個(gè)非常重要又非常困難的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種設(shè)計(jì)相位滯后校正環(huán)節(jié)的時(shí)域性能曲線圖法，其具有直觀、系統(tǒng)和全面的特點(diǎn)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的方案是：一種設(shè)計(jì)相位滯后校正環(huán)節(jié)的時(shí)域性能曲線圖法，以相位滯后校正環(huán)節(jié)的兩個(gè)控制參數(shù)分別為縱橫坐標(biāo)，建立一個(gè)有界的二維參數(shù)設(shè)計(jì)空間。以時(shí)域控制性能指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)，以相位滯后校正環(huán)節(jié)的兩個(gè)控制參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，在參數(shù)設(shè)計(jì)空間內(nèi)繪制各個(gè)控制性能指標(biāo)的等值線，可得到系統(tǒng)的控制性能曲線圖?？刂菩阅芮€圖呈現(xiàn)了控制性能指標(biāo)與校正環(huán)節(jié)參數(shù)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。協(xié)調(diào)和對(duì)比各個(gè)性能曲線圖，則可得到控制性能綜合最優(yōu)的的校正環(huán)節(jié)參數(shù)，完成校正環(huán)節(jié)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

附圖說(shuō)明：

圖1為系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖。

圖2為最大超調(diào)量性能曲線圖。

圖3為調(diào)整時(shí)間性能曲線圖。

圖4為延遲時(shí)間性能曲線圖。

圖5為上升時(shí)間性能曲線圖。

圖6為單位階躍響應(yīng)曲線圖。

具體實(shí)施方式：

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述：

如圖1所示為系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖，相位滯后校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為其有兩個(gè)控制參數(shù)，分別為t和β，我們可選擇參數(shù)t和β的取值范圍為1＜t＜20和1＜β＜20。受控機(jī)械系統(tǒng)固有部分的傳遞函數(shù)為

分別以有界的控制參數(shù)t和β為縱橫坐標(biāo)，則可得校正環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)計(jì)空間。以時(shí)域控制性能指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)，以參數(shù)t和β為設(shè)計(jì)變量，在參數(shù)設(shè)計(jì)空間中繪制目標(biāo)函數(shù)等值線，則可得到各個(gè)性能指標(biāo)的性能曲線圖。

圖2所示為最大超調(diào)量性能曲線圖、圖3所示為調(diào)整時(shí)間性能曲線圖、圖4所示為延遲時(shí)間性能曲線圖、圖5所示為上升時(shí)間性能曲線圖。協(xié)調(diào)和對(duì)比各個(gè)性能曲線圖，則可得到綜合性能最優(yōu)的校正環(huán)節(jié)參數(shù)。例如，這里可選擇校正環(huán)節(jié)的參數(shù)為t＝8和β＝12.5。

圖6所示為系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線圖，所述圖6中三個(gè)子圖分別對(duì)應(yīng)為校正環(huán)節(jié)參數(shù)為t＝0和β＝0(無(wú)校正環(huán)節(jié))時(shí)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線；校正環(huán)節(jié)參數(shù)為t＝10和β＝10(為滿足相位裕度大于等于40°，應(yīng)用基于伯德圖的頻域響應(yīng)設(shè)計(jì)方法得到的校正環(huán)節(jié)參數(shù))時(shí)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線；校正環(huán)節(jié)參數(shù)為t＝12.5和β＝8(應(yīng)用所述時(shí)域性能曲線圖法得到的校正環(huán)節(jié)參數(shù))時(shí)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。對(duì)比圖6所示三個(gè)子圖可見，時(shí)域性能曲線圖法可顯著改善系統(tǒng)的控制性能，并具有直觀、系統(tǒng)、全面的特點(diǎn)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種設(shè)計(jì)相位滯后校正環(huán)節(jié)的時(shí)域性能曲線圖法，其特征是以相位滯后校正環(huán)節(jié)的兩個(gè)控制參數(shù)分別為縱橫坐標(biāo)，建立一個(gè)有界的二維參數(shù)設(shè)計(jì)空間；以時(shí)域控制性能指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)，以相位滯后校正環(huán)節(jié)的兩個(gè)控制參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，在參數(shù)設(shè)計(jì)空間內(nèi)繪制各個(gè)控制性能指標(biāo)的等值線，得到系統(tǒng)的控制性能曲線圖；控制性能曲線圖呈現(xiàn)了控制性能指標(biāo)與校正環(huán)節(jié)參數(shù)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；協(xié)調(diào)和對(duì)比各個(gè)性能曲線圖，可得到控制性能綜合最優(yōu)的校正環(huán)節(jié)參數(shù)，完成校正環(huán)節(jié)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。本發(fā)明具有直觀、系統(tǒng)和全面的特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：王冰;高永亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北華航天工業(yè)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.12
技術(shù)公布日：2017.08.18