matlab 动态优化,基于Matlab的测控系统动态性能优化与仿真

随着测试技术的发展,人们采用传感器测控系统的动态性能指标来表征系统性能。描述传感器的主要动态性能指标是工作频带,系统的动态性能研究的重要一步是在辨识出合适的模型结构和模型参数的基础上,根据现有的工作频带设计出动态补偿网络来拓展系统的工作频带,从而对测控系统的测量误差进行动态补偿,达到提高其测量速度和范围的目的[1]。系统动态性能补偿的方法就是给系统加入校正环节,附加一些具有某种典型环节特性的电网络、模拟运算部件以及测量装置等,根据这些环节的配置来有效地改善整个系统的动态性能,以达到系统动态性能指标的要求。1传感器测控系统1.1系统简介在计算机数控测量中,测头是其中的关键部件,它本身就是电感式位移传感器,测量时它与被测工件直接接触,获得工件的表面位移信息,并把位移量转化为电压量,经数据采集卡将数据送入到计算机进行显示和进一步的处理。系统工作原理如图1所示。被工测件(传测感头器)采数集据卡计算机图1测控系统工作原理1.2系统动态数学模型从系统原理图可以看出,传感器的性能优劣直接影响到整个测控系统的精度。因此,当传感器测量快速变化的参数时,就对它的动态性能提出了更高的要求。文献[2]给出了获得动态性能指标的过程和结果。通过搭建动态校准实验装置,在频域内对微位移传感器系统进行了动态校准,根据实验数据结果利用一种幅频建模方法完成了动态数学模型的建立,并进行了模型检验。微位移传感器系统的传递函为232()268.15122411.2549486447751.36288245.5548727932GSSSSSS=+++++(1)根据系统的开环传递函数,建立系统的动态数学模型,如图2所示,其中,输入量IN为被测工件的位移信息,输出量OUT为从传感器出来的电压量。I+N?-G(S)OUT图2系统数学模型1.3系统动态性能分析根据系统的动态数学模型,利用Matlab工具画出系统bode图,包括幅频特性曲线和相频特性曲线。从bode图中求出传感器系统的动态性能指标工作频带。幅值误差为10%的工作频带为[2]g1=178.007rad/s=28.33Hz;f(g1)=-32.6幅值误差为5%的工作频带为g1=141.126rad/s=22.46Hz;f(g1)=-24.1动态性能优化是为了拓展系统的工作频带,即在保证原有测量精度的基础上,根据现有的工作频带设计出动态补偿滤波器来拓展系统的工作频带,从而对传感器的测量误差进行动态补偿,提高传感器的测量速度和测量范围。幅频特性曲线、相频特性曲线分别见图3、图4。频率/(rads-1)101001000100000Bd/值幅100-10-20-30-400图3系统幅频特性曲线10100100010000频率/(rads-1))o(/位相-45-900图4系统相频特性曲线2动态性能优化设计2.1校正模型对一个测试系统来说,其基本要求是稳定、准确、快速。所谓校正(或称补偿),就是给系统附加一些具有某种典型环节特性的电网络、模拟运算部件以及测量装置等,靠这些环节的配置来有效地改善整个系统的动态性能,以达到系统要求的指标。图5是微位移传感器的校正模型,采用的是串联校正法,即在原有系统的基础上,串联一个环节来改善系统的动态性能,其中,G(S)是传感器系统的固有传递函数;Gj(S)是校正环节的传递函数。IN?+-G(s)Gj(s)OUT图5微位移传感器的校正模型串联校正的方法分为超前校正、滞后校正、滞后-超前校正3种。其中,超前网络串入系统,可以增加系统的频带宽度,提高快速性,但损失增益,不利于稳态精度;滞后校正则可提高平稳性及稳态精度,

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