技術領域：

本發(fā)明屬于機械工程控制領域，特別涉及一種設計相位滯后-超前校正環(huán)節(jié)的性能曲線圖法。

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

在機械工程控制領域，設計相位滯后-超前校正環(huán)節(jié)最為常用的方法為應用伯德圖進行設計的頻域設計方法。該方法一般以相位裕度為性能指標，借助伯德圖通過解析計算確定校正環(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。對系統(tǒng)控制性能評價的性能指標不僅僅是相位裕度，還有幅值裕度、剪切頻率、諧振峰值、截止頻率等頻域性能指標，及延遲時間、調整時間、最大超調量等時域性能指標；在初步設計的基礎上需要驗算其它性能指標是否也滿足要求，如不滿足，需要多次反復設計和驗算，直到滿足所有性能指標要求為至，繁瑣而費時。

因對系統(tǒng)的控制性能有多方面的要求，多個控制性能指標間是相互矛盾的；校正環(huán)節(jié)參數(shù)對系統(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)設計是一個非常重要又非常困難的問題。

技術實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中的不足，提出一種設計相位滯后-超前校正環(huán)節(jié)的性能曲線圖法，其具有直觀、系統(tǒng)和全面的特點。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的方案是：一種設計相位滯后-超前校正環(huán)節(jié)的性能曲線圖法，選取相位滯后-超前校正環(huán)節(jié)的兩個控制參數(shù)分別為縱橫坐標，建立一個有界的二維參數(shù)設計空間。以控制性能指標為目標函數(shù)，以相位滯后-超前校正環(huán)節(jié)的兩個控制參數(shù)為設計變量，在參數(shù)設計空間內繪制各個控制性能指標的等值線，得到系統(tǒng)的控制性能曲線圖?？刂菩阅芮€圖呈現(xiàn)了控制性能指標與校正環(huán)節(jié)參數(shù)之間的一一對應關系。協(xié)調和對比各個性能曲線圖，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)化設計。

附圖說明：

圖1為系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖。

圖2為相位裕度性能曲線圖。

圖3為剪切頻率性能曲線圖。

圖4為幅值裕度性能曲線圖。

圖5為諧振峰值性能曲線圖。

圖6為調整時間性能曲線圖。

圖7為上升時間性能曲線圖。

圖8為單位階躍響應曲線圖。

具體實施方式：

以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳述：

如圖1所示為系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖，相位滯后-超前校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為其有三個控制參數(shù)，分別為t1、t2和β，一般可取參數(shù)β＝10(參數(shù)β對系統(tǒng)控制性能的影響，可通過調整參數(shù)t1和t2進行補償，因此可設參數(shù)β為等于10的常量)，選擇參數(shù)t1和t2的取值范圍為0.05≤t1＜2和1＜t2＜20，且選取t1和t2為設計變量。受控機械系統(tǒng)固有部分的傳遞函數(shù)為

分別以有界的所述控制參數(shù)t1和t2為橫縱坐標，則可得校正環(huán)節(jié)的參數(shù)設計空間。以控制性能指標為目標函數(shù)，以參數(shù)t1和t2為設計變量，在參數(shù)設計空間中繪制目標函數(shù)等值線，則可得到各個性能指標的性能曲線圖。

圖2所示為相位裕度性能曲線圖、圖3所示為剪切頻率性能曲線圖、圖4所示為幅值裕度性能曲線圖、圖5所示為諧振峰值性能曲線圖、圖6所示為調整時間性能曲線圖、圖7所示為上升時間性能曲線圖。協(xié)調和對比各個性能曲線圖，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＝1.5和t2＝6。

圖6所示為系統(tǒng)的單位階躍響應曲線圖，所述圖6中三個子圖分別對應為校正環(huán)節(jié)參數(shù)為t1＝0和t2＝0(無校正環(huán)節(jié))時系統(tǒng)的單位階躍響應曲線；校正環(huán)節(jié)參數(shù)為t1＝1.43和t2＝6.67(為滿足相位裕度大于等于50°，應用基于伯德圖的頻域響應設計方法得到的校正環(huán)節(jié)參數(shù))時系統(tǒng)的單位階躍響應曲線；校正環(huán)節(jié)參數(shù)為t1＝1.5和t2＝6(應用所述性能曲線圖法得到的校正環(huán)節(jié)參數(shù))時系統(tǒng)的單位階躍響應曲線。對比圖6所示三個子圖可見，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。

技術特征：

技術總結
一種設計相位滯后?超前校正環(huán)節(jié)的性能曲線圖法，其特征是選取相位滯后?超前校正環(huán)節(jié)的兩個控制參數(shù)分別為縱橫坐標，建立一個有界的二維參數(shù)設計空間；以控制性能指標為目標函數(shù)，以相位滯后?超前校正環(huán)節(jié)的兩個控制參數(shù)為設計變量，在參數(shù)設計空間內繪制各個控制性能指標的等值線，得到系統(tǒng)的控制性能曲線圖；控制性能曲線圖呈現(xiàn)了控制性能指標與校正環(huán)節(jié)參數(shù)之間的一一對應關系；協(xié)調和對比各個性能曲線圖，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)化設計。本發(fā)明具有直觀、系統(tǒng)和全面的特點。

技術研發(fā)人員：王冰;高永亮
受保護的技術使用者：北華航天工業(yè)學院
技術研發(fā)日：2017.04.12
技術公布日：2017.07.04