MATLAB控制系统校正工具sisotool的使用

#前言

对于单输入单输出的控制系统矫正，性能指标的分析，使用MATLAB自带的sisotool GUI工具非常方便，他的主要功能如下：

• 时域、频域性能指标可视化
• 绘制根轨迹，零极点配置
• PID的自动矫正等

最大的方便的地方是，当你在校正的参数改变后，系统的根轨迹，bode图，相应曲线能够同步更新。

注：本文使用的 MATLAB 版本是 2014a

目录

1 使用步骤

• 编写M文件，建立各环节的传递函数
• 命令行输如sisotool回车，打开GUI界面
• 将workspace中的模型导入sisotool
• 进行分析或设计

2 工作界面介绍

2.1 architecture界面

该界面用于选择合适的模型结构，导入模型data。点击control architecture选择模型的结构，点击system data导入模型各环节数据。

2.2 compensator editor界面

该界面是校正器编辑界面，用于选择校正的参数,调整参数,同步参数的变化.比如,在graphic tuning的root locus图中使用鼠标在图中增加了开环零极点或改变了闭环极点的未知,响应的变化会在该界面同步更新,显示增益,所增加的开环零极点的具体数值.当然,如果当前打开analysis plot,其中的响应曲线也会响应的变化。

2.3 graphic tuning界面

用于控制要显示的图像，根轨迹校正肯定要选择根轨迹，频域校正选择开环bode图。可以在一个窗口中显示多种类型的图形。
设计工作就是在所显示的图形上完成的。

2.4 analysis plot界面

参数调整后效果好不好，需要看相应曲线图，该界面控制要显示那些用于分析系统性能的图形。

2.5 automated tuning

提供了PID自动整定的功能，实际上PID校正是开环零极点配置，PI控制增加了一个位于原点的开环极点，减小稳态误差，同时，也增加了位于左半平面的开环零点，使相应迅速。

3 实例：单闭环直流调速系统PID校正

3.1 建立模型

编写M脚本

clc
% clear all
Kp=[];
Ti=[];
Ks=44;
Ts=.00167;
Tl=.017;
Tm=.075;
Ce=.192;
a=.01;
Un_=10;
Il=0;
R=1;
Kcr=(Tm*(Tl+Ts)+Ts^2)/(Tl*Ts);
Kp_cr=Kcr*Ce/(Ks*a)
save('单闭环直流调速.mat');
Gupe=tf([Ks],[Ts 1])
G1=tf([1/R],[Tl,1])
G2=tf([R],[Tm 0])
G3=G1*G2
G4=feedback(G3,1)
G5=G4*(1/Ce)*Gupe*a  %广义被控对象的传递函数

3.2 打开sisotool导入模型

如下图将G5赋值给G

进入compensator editor界面，开始时默认采用纯比例校正，且C=1。

3.3 显示图形

在graphic tuning界面选择要显示的用于设计的图形，如下选择了root locus ,open-loop bode, closed-loop bode，

点击show design 打开设计窗口，

在analysis plots中将plot1选择为阶跃响应，

并show analysis plots，

3.4 PI自动校正

默认的参数肯定不是很好，我们采用automated tuning进行自整定一下，选择PID tuning，type为 PI，

点击update compensator后，看看阶跃响应是否效果更好了，

查看一下PI校正的参数

$$K_p(1+\frac{1}{T_{i}s})=11.757\ast \frac{1+0.067s}{s})$$

通过上式不难求出$K_p$ 和 $T_i$.