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文檔簡介

1、實驗一 典型環(huán)節(jié)的matlab仿真一、實驗目的1熟悉matlab桌面和命令窗口,初步了解simulink功能模塊的使用方法。2通過觀察典型環(huán)節(jié)在單位階躍信號作用下的動態(tài)特性,加深對各典型環(huán)節(jié)響應曲線的理解。3定性了解各參數(shù)變化對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響。二、實驗原理1比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為 其對應的模擬電路及simulink圖形如圖1所示。圖1 比例環(huán)節(jié)的模擬電路及simulink圖形2慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為其對應的模擬電路及simulink圖形如圖2所示。圖2慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及simulink圖形 3積分環(huán)節(jié)(i)的傳遞函數(shù)為其對應的模擬電路及simulink圖形如圖3所示。圖3 積分環(huán)節(jié)的模擬

2、電路及及simulink圖形4微分環(huán)節(jié)(d)的傳遞函數(shù)為 其對應的模擬電路及simulink圖形如圖4所示。圖4 微分環(huán)節(jié)的模擬電路及及simulink圖形5比例+微分環(huán)節(jié)(pd)的傳遞函數(shù)為其對應的模擬電路及simulink圖形如圖5所示。圖5比例+微分環(huán)節(jié)的模擬電路及simulink圖形曲線6比例+積分環(huán)節(jié)(pi)的傳遞函數(shù)為 其對應的模擬電路及simulink圖形如圖6所示。圖6比例+積分環(huán)節(jié)的模擬電路及simulink圖形曲線 三、實驗內容按下列各典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù),建立相應的simulink仿真模型,觀察并記錄其單位階躍響應波形。 比例環(huán)節(jié)和; 慣性環(huán)節(jié)和 積分環(huán)節(jié) 微分環(huán)節(jié) 比例+

3、微分環(huán)節(jié)(pd)和 比例+積分環(huán)節(jié)(pi)和四、實驗報告記錄各環(huán)節(jié)的單位階躍響應波形,并分析參數(shù)對響應曲線的影響。 比例環(huán)節(jié):(如圖7所示) (如圖8所示) 慣性環(huán)節(jié):(如圖9所示) (如圖10所示) 積分環(huán)節(jié): (如圖11所示) 微分環(huán)節(jié):(如圖12所示) 比例+微分環(huán)節(jié)(pd):(如圖13所示) (如圖14所示) 比例+積分環(huán)節(jié)(pi): (如圖15所示) (如圖16所示)實驗二 基于matlab控制系統(tǒng)單位階躍響應分析一. 實驗目的1. 學會使用matlab編程繪制控制系統(tǒng)的單位階躍響應曲線。2. 研究二階控制系統(tǒng)中,wn對系統(tǒng)階躍響應的影響。3. 掌握準確讀取動態(tài)特性指標的方法。4.

4、分析二階系統(tǒng)閉環(huán)極點和閉環(huán)零點對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。二、實驗報告已知單位負反饋前向通道的傳遞函數(shù)為: 1. 試作出其單位階躍響應曲線,準確讀出其動態(tài)性能指標,并記錄數(shù)據(jù)。2. 分析n不變時,改變阻尼比 ,觀察閉環(huán)極點的變化及其階躍響應的變化。當x 0,0.25,0.5,0.75,1,1.25時,求對應系統(tǒng)的閉環(huán)極點、自然振蕩頻率及階躍響應曲線。3. 保持x 0.25不變,分析n變化時,閉環(huán)極點對系統(tǒng)單位階躍響應的影響。當wn10,30,50時,求系統(tǒng)的階躍響應曲線。4. 分析系統(tǒng)零極點對系統(tǒng)階躍響應的影響。實驗三 基于matlab控制系統(tǒng)的根軌跡及其性能分析一、實驗目的1. 熟練掌握使用mat

5、lab繪制控制系統(tǒng)零極點圖和根軌跡圖的方法。2. 學會分析控制系統(tǒng)根軌跡的一般規(guī)律。3. 利用根軌跡圖進行系統(tǒng)性能分析。4. 研究閉環(huán)零、極點對系統(tǒng)性能的影響。二、實驗原理1. 根軌跡與穩(wěn)定性當系統(tǒng)開環(huán)增益從變化時,若根軌跡不會越過虛軸進入s右半平面,那么系統(tǒng)對所有的k值都是穩(wěn)定的;若根軌跡越過虛軸進入s右半平面,那么根軌跡與虛軸交點處的k值,就是臨界開環(huán)增益。應用根軌跡法,可以迅速確定系統(tǒng)在某一開環(huán)增益或某一參數(shù)下的閉環(huán)零、極點位置,從而得到相應的閉環(huán)傳遞函數(shù)。2. 根軌跡與系統(tǒng)性能的定性分析1)穩(wěn)定性。如果閉環(huán)極點全部位于s左半平面,則系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的,即穩(wěn)定性只與閉環(huán)極點的位置有關,而與

6、閉環(huán)零點位置無關。2)運動形式。如果閉環(huán)系統(tǒng)無零點,且閉環(huán)極點為實數(shù)極點,則時間響應一定是單調的;如果閉環(huán)極點均為復數(shù)極點,則時間響應一般是振蕩的。3)超調量。超調量主要取決于閉環(huán)復數(shù)主導極點的衰減率,并與其它閉環(huán)零、極點接近坐標原點的程度有關。4)調節(jié)時間。調節(jié)時間主要取決于最靠近虛軸的閉環(huán)復數(shù)極點的實部絕對值;如果實數(shù)極點距虛軸最近,并且它附近沒有實數(shù)零點,則調節(jié)時間主要取決于該實數(shù)極點的模值。5)實數(shù)零、極點影響。零點減小閉環(huán)系統(tǒng)的阻尼,從而使系統(tǒng)的峰值時間提前,超調量增大;極點增大閉環(huán)系統(tǒng)的阻尼,使系統(tǒng)的峰值時間滯后,超調量減小。而且這種影響將其接近坐標原點的程度而加強。三、實驗報告1

7、. 已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) ,繪制系統(tǒng)的零極點圖。2. 若已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù),繪制控制系統(tǒng)的根軌跡圖,并分析根軌跡的一般規(guī)律。實驗四 線性系統(tǒng)的頻域分析一、實驗目的1掌握用matlab語句繪制各種頻域曲線。2掌握控制系統(tǒng)的頻域分析方法。二、實驗報告1典型二階系統(tǒng)繪制出,0.3,0.5,0.8,2的bode圖,記錄并分析對系統(tǒng)bode圖的影響。2系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為繪制系統(tǒng)的nyquist曲線、bode圖,說明系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并通過繪制階躍響應曲線驗證。 3已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為。求系統(tǒng)的開環(huán)截止頻率、穿越頻率、幅值裕度和相位裕度。應用頻率穩(wěn)定判據(jù)判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4根據(jù)頻域分析方法分析系統(tǒng),

8、說明頻域法分析系統(tǒng)的優(yōu)點。實驗五 線性系統(tǒng)串聯(lián)校正一、實驗目的1熟練掌握用matlab語句繪制頻域曲線。2加深理解串聯(lián)校正裝置對系統(tǒng)動態(tài)性能的校正作用。二、實驗內容1) 采用pi調節(jié)器串聯(lián)校正對于給定的單位反饋閉環(huán)系統(tǒng),如圖1所示: 圖1 原閉環(huán)系統(tǒng)結構圖串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為,試畫出原系統(tǒng)及各校正環(huán)節(jié)的模擬線路圖及校正前后系統(tǒng)的閉環(huán)結構圖,記錄測試數(shù)據(jù)及響應波形,并分析校正前、后系統(tǒng)的性能。2) 采用pd調節(jié)器串聯(lián)校正對于給定的單位反饋閉環(huán)系統(tǒng),如圖2所示: 圖2 原閉環(huán)系統(tǒng)結構圖串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為,試畫出原系統(tǒng)及各校正環(huán)節(jié)的模擬線路圖及校正前后系統(tǒng)的閉環(huán)結構圖,記錄測試數(shù)據(jù)及響應波形,并分析校正前、后系統(tǒng)的

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