Matlab控制器设计app（controlSystemDesigner）的使用

作用：

查看根轨迹，操纵根轨迹
修正模型结构并查看实时修正结果
查看时域响应、频域响应等

使用分为7步：

生成动态模型
打开controlSystemDesigner并载入模型
添加设计需求
设计控制器/补偿器
将控制器结果输出至Matlab工作区
保存控制器，保存设计界面
自动生成simulink模型并验证响应结果

以一个简单的电机位置控制模型为例，其系统框图如下：

其中

C(s)为增益（比例）K。

Step1：生成动态模型

在脚本中输入 $G_{p}(s)$ ,运行后，工作区存入 $G_{p}(s)$ 的值

Step2:打开Control system designer并载入模型

继续在脚本中输入以下内容，打卡控制系统设计APP（或直接在APP中找到打开）

点击Edit Architecture,选择结构1，将GP(s)导入。F、C、H默认值为1

点击OK

生成Bode图，跟轨迹图，阶跃响应图。

Step3:添加设计需求

右击阶跃响应图空白处，选择Design Requirements →New Design Requirement

设置参数如下

白色区域为符合设计要求的区域，即超调量<40%，上升时间<1s，稳定时间<3s

想要设置频带宽度，需要画出闭环传递函数Bode图。步骤如下：

闭环函数Bode图如下：

由定义知，控制系统带宽一般指闭环系统的Bode图中幅频特性曲线下降到-3dB所对应的频率。而设计需求中带宽>5rad/s.所以参数设置如下：

黄色区域为符合设计需求的区域。

对根轨迹图添加设计需求如下：

黄色区域为符合设计需求超调量<4%,稳定时间<3s的区域。

Step4:设计控制器/补偿器

本例主要是设计控制器C(S)的K值。可以通过拖动根轨迹玫红色方块来调节K值。调节时可以实时看到阶跃响应及Bode图随K值改变的变化。点击Store可储存当前K值及所有相关图的值。左边中间对话框会出现所存设计名称。单击C可以在预览框中看到K值得实时变化。

如图所示,当K值为0.54828时，从阶跃响应图，闭环、开环Bode图中可以看出。此时，系统符合设计需求。

Step5:将控制器结果输出至Matlab工作区

点击Export将C输出至Matlab工作区

在命令窗口输入C,可查看其值。

Step6：保存控制器，保存设计界面

如下图：

保存后，以便下次打开。

Step7:自动生成simulink模型并验证响应结果

法1：直接打开simulink搭建模型，将所得K值输入，验证响应结果。

法2：用controlSystemDesigner直接生成模型。

会生成Step2所选结构的形式。

验证其阶跃响应结果：

符合设计要求。

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