控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真試驗報告x

1、控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真上機實驗報告學(xué)院 班級 姓名 學(xué)號自動化學(xué)院 自動化、第一次上機任務(wù)1、熟悉matbb軟件的運行環(huán)境，包扌舌命令窗體，workspace等，熟 悉繪圖命令。2、采用四階龍格庫塔法求如下二階系統(tǒng)的在幅值為1脈寬為1刺激 下響應(yīng)的數(shù)值解。3、采用四階龍格庫塔法求高階系統(tǒng)階單位躍響應(yīng)曲線的數(shù)值解。*花+2如4（如）'f皿g4、自學(xué)OED45指令用法，并求解題2中二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。程序代碼如下:E fLinet i on dK=func (tj x)Ldx=xC2)：-10*xC2)-100*xCl) + 1001: function 72=g(x)if x<=l

2、y2=l;elsey2=0;-end%二階徽分方程clear： h=0.01： r=0. 5： wn=10： y=0：0:yn=y：A= 0, 1 :-wn"2,-2*r*wn:B=0,0：0,wn2: for 1=10:0-01:4.99:U=0：g(i>： kl=A*ym+B*U：k2=A* (ym+h/2*k1)+B*U：k3=A* (ym+hZ2*k2)+B*U：k4=A* (ym+h*k 3) +B*U: jm=y>+h* (kl+2*i2+2*k3+k4)/6: y= B ym;-endC=bO:y=c*7：X=0:0.01:51：;曲線如下:plot ex,

3、 Y)clear：h=0.01： 尸0:0:0:ym=y：cosi=0.5:wn=10：T=5：A=0, Ij 0 ：0j Oj 1 ：-wxi*'2ZT, - (T*wn*2-i-2*cosi*wn)/T,-C2*T*cosi*wn+l)/T:B=0 0 0:0 0 0:0 0 1:IMOOE; for 1=0:0-01:49.99kl=A 邯 ym+B*U:k2=A» (ym+-h/2#bl)+-B*U:k3=A* (ym+h/ 2 *k2)+-B*U:k4=A* (ym+h*k3)+B*U：yiiL=ym+h* (kl+2*k2-h2*k3+k4)/6:y=幾 ym:-

4、endX=(0: 0.01:50:c=b 0, 0:Y=C*7：plot Cx,y)clear:kO=0：0:tj 刃=ode450, 5, xO);Y=7(：. 1):plot (t Y)二.第二次上機任務(wù)1、試用simulink方法解微分方程，并封裝模塊，輸出為片。得到各狀態(tài)變量的時間序列，以及相平面上的吸引子。X, = -<ZX| + 禺=_應(yīng)+0/3%3 = _西大2 + /2 _ “3參數(shù)入口為a、隊Y的值以及兀的初值。（其中a=8/3" = l（V = 28 ,以及初值分別為=0,x. =0/3 =0001 ）提不：-模塊輸入是輸岀量的微分。SSimulink:Ga

5、ind<iy<t *Int«gr3lorPiodict心)GainlIdegratcH判？ I rite grater?Prcduetl<1X2)Cain?Scope曲線如下:5s+ 1(1)、(2).析(3)、比例系數(shù)山小到大以及積分時間山小到大對階躍響應(yīng)曲線的影響。 控制器輸出有飽和以及反饋有時滯悄況下，階躍響應(yīng)曲線的變化。 主控制回路傳遞函數(shù)為：!,副回路為：丄，上回路采用PI 20$ +15s +1控制器，副回路采用P控制器，分析控制系統(tǒng)對主回路以及副回路的階躍擾動的抑制。注：PI控制器表達(dá)式為Us) = Kp + E(s). $級控制如圖所示。 Rs(1)

6、lpffset_O(2)3.編寫S函數(shù)模塊，實現(xiàn)兩路正弦信號的疊加，正弦信號相位差為60度。 還沒做出來，正在努力做。第三次上機任務(wù)1、利用使能原理構(gòu)成一個半波整流器，并模擬市電輸入下(220V, 50Hz), 整流器接一一階慣性環(huán)節(jié)GO) =一,慣性環(huán)節(jié)的輸出波形。5$ + 0.8ScQpel2、利用觸發(fā)子系統(tǒng)構(gòu)建以零階保持器，實現(xiàn)對正弦信號的采樣，并比較不同采用周期下的采樣波形。0'012345678310%02345678910noI jT0.17'3、若被控對象傳遞函數(shù)為G($) = 叱控制器為=,試5(S+1)1-嚴(yán)"Zy"用simulink搭建一

7、單位反饋控制系統(tǒng)，分析采用周期T對系統(tǒng)單位階躍響應(yīng) 的影響。CD Out1clear: for i= 0- 2, 0. 4,0.6, 0. 8T=i：zl=exp(-0. 1*T):p l=exp <-T):K=(l-pl)ZCl-zl):tJ X, y=sim. (' no3', 20); switch icase 0. 2j plot 'b'): hold on:case 0. 4j plot (ty,' g')： case 0. 6jplot (t.y, ' r')： case 0. 8jplot (ty, '

8、If )： otherwise.：end-end4、設(shè)一單位反饋控制系統(tǒng)，控制器釆用PI控制，Kp=200,Ki=10,控制器飽和非線性寬度為2,受控對象為時變模型，山微分方程給出，如下:y(r)+«"Zy(f)+e" sin+ 6)y(f) = H(f)求系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)，并分析不同Kp取值對響應(yīng)曲線的影響。Forstep200(*0.05)sZero-PoleSaturation44Pfoductiexp(-02"u) 4ClockoScope141$IntegratodIntegratorFcnlCDGut1Product44四.第四次上機任務(wù)熟悉

9、控制系統(tǒng)各個模型表示方法的命令以及它們之間的相互轉(zhuǎn)化。(展開形式，零極點形式，狀態(tài)空間形式以及部分分式形式。)2、試用至少三種方法，判斷一下系統(tǒng)的穩(wěn)定性:GG)=廣嚴(yán)+嚴(yán)+ 15 +55 +25"+5 + 1(2)解：(1)-4-6024clear ：clc :den= 1,5,2,1,1: rl=roots (den) num= b 2,3J: G=t'£ (num, den);r2=eig(G)p zmap (G):-0-65010. 1263 十0- 1263 -0.564210.56421r2 =-4-6024-0.65010- 1263 +0.564210

10、. 1263 -0.564212合5105 405105 4051clear-OMO-2= 【mDFig (A:DGwpoly(A)- EHroo: (G) Q"eye (size (A)八 Ylyap F Q 二 dolt 巴4? 1 deH P2世 (p)2 4Q51de H0- 0278Imaginary Axis (seconds )0bloinobl:來：3Po-eze6 sap2:* 0:3、試產(chǎn)生一周期為5秒，時長為30秒，最大值為:L最小值為0的三角波；得到如下一階系統(tǒng)在三角波輸入下的時間響應(yīng)曲線。clearclct=XO: 0.01:30:u=0： for 

11、3;=1:3001teiiLp=fixCt (b i)/2. 5): x=nLO d (t emp, 2) =0;if x=0;ud, i) = l-rejn(t Cl, i)，2. 5)/2.5 ： elseTidj i) = re3n (t <1, i)j2. 5)/2. 5： end-endfigure (1)hold on.plot Ct, u):ron=l:den= 2, 1：IsimCnujii. den, u, t)：51015202530Linear Simulation Results3 c!9 c!6 5 4 c! d ci8 7 c! c!o2 10c! ci4、對

12、如下二階系統(tǒng)做時域分析，得到阻尼比在之間變化的時候，階躍響應(yīng)的上升時間，調(diào)節(jié)時間，峰值時間，超調(diào)量以及衰減比（第一個峰值與穩(wěn)態(tài)值之差與第二個峰值與穩(wěn)態(tài)值之差的比）其中q=5。clearclcfigur&d):hold oncosi=rO- 2:0.2:1:*wn=5：iiujn=rwi*2:甲for i=cosiden= U 2*i*wnj wi"2: st ep (num, den):-endstep Resp onse345序 4 N8 6 4 2 0 e e e c!3pntl-d6、已知開環(huán)傳遞函數(shù)如下，1）試用根軌跡方法得到其臨界穩(wěn)定增益。2）若k“0,試用伯徳圖方

13、法，判斷其穩(wěn)定性。kGG)H($) =(2s+ 1)(5+ 1)(0. Is+ 1)clearclcfigure(1):nuin=l:den=coiw( 2, 1, corw(M$ 1, CL 1$ 1): rlocus (nuiRj den):Kj po 1 es =rlocf ind (nuHij den):Knxjjn= 10;nag, pbase, w =bode (ton, den):figure (2)：maf gin (mag，phas® w):G=tf (mun, den):r=e£g (G)M-20冬 -30-25-20-15-10-515Real Axi

14、s (seconds" )50Bode DiagramGm = 10,8 dB (at 3.94 rad/s). Pm = 27.9 deg (at 207 rad/s)10101010 10Frequency (r©d/$)7、已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)如下G(s)H($) - s(o 5S +1)(0.IS +1)試設(shè)計一超前校正環(huán)節(jié)，使得超調(diào)量為20%,調(diào)節(jié)時間為1S。系統(tǒng)單位斜坡穩(wěn)態(tài)響應(yīng)誤差為10%0并作出校正前后后的系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)時域曲線加以比較。clear:clc:k0=2：nl=l：dl=conv(U Oh convCCO. 5J, 0. 1,1): figure

15、 (1)： hold onmag J phase J w =bode (kO *n 1 j dl);margin (mag，pbase, w):figure (2)sl=t (kO*nl,dl): sys=feedback (si, 1): st ep (sys):figure (3)k0=10：sope=tf <kO*n.lj dl):m.agj phase, w =bode (sope):margin (mag, pbase, w):ga>a=70:ga>=gajna*pi/180: alpha= (1+sxn. (gam) ) / (1 - s in (gam);a(i

16、b=20*logl0 (mag):ajn.=-10*log 10( alpha);%a>= 1/sqrt (alpha);wc=spline (adbj w, am):T= 1/ (wc*sqrt (alpha):alf a't=alpha*T:G-c=tf (alfat, 1, T, 1 )：sl=t (kO*nbdl):s2=Gc；sope=sl»s2:figure nag J p base J w =bode (sope): margin (mag, pbase, w): figure S7S=feedback(sope, 1):step(sys):50TOBode DiagramGm = 15.6 d0 (at 447 rad/s). Pm = 432 deg (at 155 rad/s)o101040°o o 5 o 55 9 3 8 21 - 1 1 21010Frequency frad/s)2o2ci4B 6Time (seconds)4Bode DiagramOm = 1.58 d5 (at 4,47 radXs) . Pm = 4 02 deg (at 4,07 radte)oTOJ§101010Frequency (rad/s)o o 5 o 5 o 孔5 s 3 8 2 71 - 1 1 2 2- -