自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)

1、自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)指 導(dǎo) 書(shū)呂瑞豐 楊華編哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)中心2005年8月目錄模擬實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)一 典型環(huán)節(jié)的過(guò)渡過(guò)程1實(shí)驗(yàn)二 典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性10實(shí)驗(yàn)三 采用PI的串聯(lián)校正18實(shí)驗(yàn)四 具有微分負(fù)反饋的反饋校正22仿真試驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)一 繪制系統(tǒng)的波特圖28實(shí)驗(yàn)二 繪制控制系統(tǒng)的奈魁斯特曲線31實(shí)驗(yàn)三 控制系統(tǒng)根軌跡的計(jì)算機(jī)繪制及分析34實(shí)驗(yàn)四 控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正37實(shí)驗(yàn)五 控制系統(tǒng)的反饋校正41附錄一：仿真程序45附錄二：PC示波器功能介紹59實(shí)驗(yàn)一 典型環(huán)節(jié)的過(guò)渡過(guò)程一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握典型模擬電路的構(gòu)成方法。2、了解各種典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)。3、了解參數(shù)變化對(duì)典型

2、環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的影響。二、實(shí)驗(yàn)要求： 1、觀測(cè)各種典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。 2、觀測(cè)參數(shù)變化對(duì)典型環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)的影響。三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1、TDN-AC/ACS 教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 一套2、NM4630A超低頻雙蹤示波器 一臺(tái)3、萬(wàn)用表 一塊四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟及原理 1、各典型環(huán)節(jié)的方塊圖及傳函表11典型環(huán)節(jié)名 稱方塊圖傳遞函數(shù)比例（P）積分（I）比例積分（PI）慣性（T） 2、各典型環(huán)節(jié)的模擬電路圖及輸出響應(yīng)表12典型環(huán)節(jié)名 稱模擬電路圖輸出響應(yīng)比例（P）Uo(t)=K(t0)K=R1/R0積分（I）Uo(t)=t(t0)K=RoC比例積分（PI）Uo(t)=K+t (t0)K= R1/R0T=RoC

3、慣性（T）U0(t)=K=R1/R0T=R1C 3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟內(nèi)容： 觀測(cè)比例、積分、比例積分和慣性環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。步驟：a、準(zhǔn)備：使運(yùn)放處于工作狀態(tài)： 將信號(hào)源單元（U1 SG）的ST端（插針）與+5V端（插針）用“短路塊”短接，使模擬電路中的場(chǎng)效應(yīng)管（3DJ6）夾斷，這時(shí)運(yùn)放諸處于工作狀態(tài)。b、階躍信號(hào)的產(chǎn)生： 電路可采用圖11所示電路，它由：“單脈沖”（u3 SP）及電位器單元（U14 P）組成。 在U13 SP單元中，將H1與+5V插針用“短路塊”短接，H2插針用排線接至U14 P單元的X插針；在U14 P單元中，將Z插針和GND插針用“短路塊”短接，最后由插座的Y端輸出信號(hào)。

4、圖11階躍信號(hào)產(chǎn)生電路以后實(shí)驗(yàn)若再用到階躍信號(hào)，方法同上。c、按表12中的各典型環(huán)節(jié)的模擬電路圖將比例環(huán)節(jié)線接好。d、將模擬電路輸入端（Ui）與階躍信號(hào)的輸出端Y相連接；模擬電路的輸出端（Uo）接至示波器。e、按下按鈕H時(shí)，用示波器觀測(cè)輸出端的實(shí)際響應(yīng)曲線Uo（t），且將結(jié)果記下。改變比例參數(shù)，重新觀測(cè)結(jié)果并記錄。f、同理得出積分環(huán)節(jié)的實(shí)際響應(yīng)曲線，g、同理得出比例積分環(huán)節(jié)的實(shí)際響應(yīng)曲線，h、同理得出慣性環(huán)節(jié)的實(shí)際響應(yīng)曲線。各典型環(huán)節(jié)的理想曲線及記錄實(shí)際響應(yīng)曲線見(jiàn)表13表13-1 比例環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)參數(shù)與模擬電路參數(shù)關(guān)系 單位階躍響應(yīng)Uo（t）=KR0=200K、R1=100K 時(shí)： 理想階躍響

5、應(yīng)曲線實(shí)測(cè)階躍響應(yīng)曲線R0=200K、R1=200K 時(shí)： 理想階躍響應(yīng)曲線實(shí)測(cè)階躍響應(yīng)曲線表13-2 積分環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)參數(shù)與模擬電路參數(shù)關(guān)系單位階躍響應(yīng)R0=200K、C=1u 時(shí)： 理想階躍響應(yīng)曲線實(shí)測(cè)階躍響應(yīng)曲線R0=200K、R1=200K 時(shí)： 理想階躍響應(yīng)曲線實(shí)測(cè)階躍響應(yīng)曲線表13-3比例積分環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)參數(shù)與模擬電路參數(shù)關(guān)系 T=RoC單位階躍響應(yīng)Uo（t）=K + Ro=200K、R1=200K、C1=1u 時(shí)： 理想階躍響應(yīng)曲線實(shí)測(cè)階躍響應(yīng)曲線Ro=200K、R1=200K、C1=2u 時(shí)： 理想階躍響應(yīng)曲線實(shí)測(cè)階躍響應(yīng)曲線表13-4慣性環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)參數(shù)與模擬電路參數(shù)關(guān)系 T

6、=R1C單位階躍響應(yīng)R0=200K、R1=100K、C=1u 時(shí)： 理想階躍響應(yīng)曲線實(shí)測(cè)階躍響應(yīng)曲線R0=200K、R1=200K 、C=2u時(shí)： 理想階躍響應(yīng)曲線實(shí)測(cè)階躍響應(yīng)曲線五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、實(shí)驗(yàn)前對(duì)選定的典型環(huán)節(jié)模擬電路進(jìn)行推導(dǎo)傳遞函數(shù)。2、實(shí)驗(yàn)觀測(cè)記錄。3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析討論。六、思考題 1、由運(yùn)算放大器各環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)是在什么條件下推導(dǎo)出來(lái)的？怎樣選用運(yùn)算放大器？輸入電阻、反饋的電阻阻值范圍可以任意選用嗎？ 2、實(shí)驗(yàn)電路中串聯(lián)的后一個(gè)運(yùn)放的作用？若沒(méi)有則其傳遞函數(shù)有什么差別？ 3、慣性環(huán)節(jié)在什么條情況下可以近似為比例環(huán)節(jié)？而在什么條件下可以近似為積分環(huán)節(jié)？ 實(shí)驗(yàn)二 典型系統(tǒng)瞬態(tài)

7、響應(yīng)和穩(wěn)定性二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握典型模擬電路的構(gòu)成方法。2、了解各種典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)。3、了解參數(shù)變化對(duì)典型環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的影響。二、實(shí)驗(yàn)要求： 1、學(xué)習(xí)瞬態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試能力。 2、了解參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能及穩(wěn)定性的影響。三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1、TDN-AC/ACS 教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 一套2、NM4630A超低頻雙蹤示波器 一臺(tái)3、萬(wàn)用表 一塊四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟及原理1. 典型二階系統(tǒng)（1） 典型二階系統(tǒng)的方框圖及傳函圖2-1是典型二階系統(tǒng)原理方塊圖，其中 To=1S,T1=0.1S,K1分別為10、5、2.5、1. R(s) + 1 K1 C(S) - ToS T1S+1 圖2-1 典型二階系統(tǒng)原理

8、方塊圖開(kāi)環(huán)傳函： G(S)= = 其中 K = K1/To = k1 = 開(kāi)環(huán)增益閉環(huán)傳函： 其中 表2-1列出有關(guān)二階系統(tǒng)在三種情況（欠阻尼，臨界阻尼，過(guò)阻尼）下具體參數(shù)的表達(dá)式，以便計(jì)算理論值。至于推導(dǎo)過(guò)程請(qǐng)參照有關(guān)原理書(shū)。表2-1二階系統(tǒng)參數(shù)的表達(dá)式 一種情況各參數(shù) (2)模擬電路圖：見(jiàn)圖2-2 圖2-2二階系統(tǒng)模擬電路圖 由 得： 2. 典型三階系統(tǒng)（1） 典型三階系統(tǒng)方塊圖：見(jiàn)圖2-3 圖2-3三階系統(tǒng)方塊圖開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：其中 (開(kāi)環(huán)增益)（2） 模擬電路圖：見(jiàn)圖2-4 圖2-4三階系統(tǒng)模擬電路圖開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： (其中k=510/R) 由系統(tǒng)特征方程：1+ G(S)H(S)=0

9、+11,96+19,6S+19.6K=0由Routh判據(jù)，得 0<K<11.96 時(shí) R > 42.6K 系統(tǒng)穩(wěn)定 K=11.96 時(shí) R = 42.6K 系統(tǒng)臨界穩(wěn)定 K>11.96 時(shí) R < 42.6K 系統(tǒng)不穩(wěn)定3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟準(zhǔn)備：將“信號(hào)源單元”（U1 SG）的插針和+5V插針用“短路塊”短接，使運(yùn)算放大器反饋網(wǎng)絡(luò)上的場(chǎng)效應(yīng)管3DJ6夾斷. （1）典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試 按圖2-2接線，R=10K. 用示波器觀察系統(tǒng)階躍響應(yīng)C(t),測(cè)量并記錄超調(diào)量，峰值時(shí)間tp和調(diào)節(jié)時(shí)間ts，記錄在表2中 分別按R = 20K, 40K , 100K改變

10、系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益，觀察相應(yīng)的階躍響應(yīng)C(t)，測(cè)量并記錄性能指標(biāo)Mp 、tp和ts以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并將測(cè)量值和計(jì)算值（實(shí)驗(yàn)前必需按公式計(jì)算出）進(jìn)行比較。參數(shù)取值及響應(yīng)曲線，詳見(jiàn)表2表21 R=10K時(shí)：0 1K =n =C（tp）=C（）=Mp（%）tp（S）ts（S）計(jì)算值實(shí)測(cè)值階躍響應(yīng)曲線表22 R= 20K時(shí)：0 1K =n =C（tp）=C（）=Mp（%）tp（S）ts（S）計(jì)算值實(shí)測(cè)值階躍響應(yīng)曲線表23 R=40K時(shí)： = 1K =n =C（tp）=C（）=Mp（%）tp（S）ts（S）計(jì)算值實(shí)測(cè)值階躍響應(yīng)曲線表24 R=100K時(shí)： 1K =n =C（tp）=C（）=Mp（%）tp（

11、S）ts（S）計(jì)算值實(shí)測(cè)值階躍響應(yīng)曲線（2）典型三階系統(tǒng)的性能 按圖2-4接線，R=30K 觀察系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，并記錄波形。 減小開(kāi)環(huán)增益，觀察系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，參數(shù)取值及響應(yīng)曲線見(jiàn)表3。R（K）K輸出波形穩(wěn)定性五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、實(shí)驗(yàn)前按給定參數(shù)算出二階系統(tǒng)的性能指標(biāo)Mp、tp機(jī)ts的理論值。 2、實(shí)驗(yàn)觀察記錄。 3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析討論。六、思考題 1、在圖22、圖24電路中再串聯(lián)11的反向放大器，系統(tǒng)是否會(huì)穩(wěn)定？ 2、在圖4電路中，改變?cè)鲆媸欠駮?huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象？實(shí)驗(yàn)三 采用PI的串聯(lián)校正一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解和觀測(cè)校正裝置對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及瞬態(tài)特性的影響。2、驗(yàn)證頻率法校正是否滿足性能要求。二、實(shí)

12、驗(yàn)要求： 1、觀測(cè)未校正系統(tǒng)的穩(wěn)定性及瞬態(tài)響應(yīng)。 2、觀測(cè)校正后系統(tǒng)的穩(wěn)定性極瞬態(tài)響應(yīng)。三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1、TDN-AC/ACS 教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 一套2、NM4630A超低頻雙蹤示波器 一臺(tái)3、萬(wàn)用表 一塊四、實(shí)驗(yàn)原理、內(nèi)容及步驟 1、原系統(tǒng)的原理方塊圖 未校正系統(tǒng)的方框圖如圖31所示圖31未校正系統(tǒng)的方框圖要求設(shè)計(jì)PI串聯(lián)校正裝置，校正時(shí)使期望特性開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為典型型并使系統(tǒng)滿足下列指標(biāo)： 校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為： 校正后的方塊圖如圖32所示圖32 校正后的方塊圖2、系統(tǒng)校正前后的模擬電路圖圖33系統(tǒng)校正前的模擬電路圖圖34系統(tǒng)校正后的模擬電路圖 3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟a：測(cè)量未校正系統(tǒng)的性能指標(biāo)。

13、 準(zhǔn)備：將信號(hào)源單元（U1 SG）的ST插針和+5V插針用“短路塊”短接。 步驟：按圖33接線；加入階躍電壓，觀察階躍響應(yīng)曲線，并測(cè)出超調(diào)量Mp和調(diào)節(jié)時(shí)間Ts，將曲線及參數(shù)記錄下來(lái)。b：測(cè)量校正系統(tǒng)的性能指標(biāo)準(zhǔn)備：設(shè)計(jì)校正裝置參數(shù) R0= R1= R2 = R3= C =步驟：按圖34接線，加入階躍電壓，觀察階躍響應(yīng)曲線，并測(cè)出超調(diào)量Mp和調(diào)節(jié)時(shí)間Ts，看是否達(dá)到期望值，若為達(dá)到，請(qǐng)仔細(xì)檢查接線、參數(shù)值并適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)值。將達(dá)標(biāo)的校正裝置的實(shí)測(cè)參數(shù)記錄在表31中。表31記錄表未校正系統(tǒng)： Mp= Ts=校正后系統(tǒng)：Mp= Ts=五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1、未校正系統(tǒng)性能分析； 2、校正后系統(tǒng)分析； 3

14、、實(shí)驗(yàn)觀測(cè)記錄； 4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。六、思考題 1、是推導(dǎo)典型II型開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)Ka與中頻寬1、2的關(guān)系。 2、在本實(shí)驗(yàn)的典型II型系統(tǒng)校正外，還有沒(méi)有其它校正方式？實(shí)驗(yàn)四 具有微分負(fù)反饋的反饋校正三、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、按給定性能指標(biāo)，對(duì)固有模擬對(duì)象運(yùn)用并聯(lián)校正對(duì)數(shù)頻率特性的近似作圖法，進(jìn)行反饋校正。2、用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果 。 3、 熟悉期望開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為典型型的參數(shù)計(jì)算及微分反饋校正調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn).。二、實(shí)驗(yàn)要求： 1、觀測(cè)未校正系統(tǒng)的穩(wěn)定性及瞬態(tài)響應(yīng)。 2、觀測(cè)校正后系統(tǒng)的穩(wěn)定性極瞬態(tài)響應(yīng)。三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1、TDN-AC/ACS 教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 一套2、NM4630A超低頻雙蹤示波器 一臺(tái)

15、3、萬(wàn)用表 一塊四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟及原理 1、原系統(tǒng)的原理方塊圖 未校正系統(tǒng)的方框圖如圖41所示圖41未校正系統(tǒng)的方框圖要求設(shè)計(jì)具有微分校正裝置，校正時(shí)使期望特性開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為典型I型并使系統(tǒng)滿足下列指標(biāo)： 放大倍數(shù)： 閉環(huán)后阻尼系數(shù)： 超調(diào)量： Mp4.3%調(diào)節(jié)時(shí)間： Ts0.3 S 校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為： 校正后的方塊圖如圖42所示圖42校正后的方塊圖2、系統(tǒng)校正前后的模擬電路圖圖43系統(tǒng)校正前的模擬電路圖圖44系統(tǒng)校正后的模擬電路圖3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟a：測(cè)量未校正系統(tǒng)的性能指標(biāo)。 準(zhǔn)備：將信號(hào)源單元（U1 SG）的ST插針和+5V插針用“短路塊”短接。 步驟：按圖43接線；加入階躍電壓，

16、觀察階躍響應(yīng)曲線，并測(cè)出超調(diào)量Mp和調(diào)節(jié)時(shí)間Ts，將曲線及參數(shù)記錄下來(lái)。b：測(cè)量校正系統(tǒng)的性能指標(biāo)準(zhǔn)備：設(shè)計(jì)校正裝置參數(shù) 根據(jù)給定性能指標(biāo)，設(shè)期望開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G（S）=19/S（TS+1）。 因?yàn)殚]環(huán)特征方程為：TS2+S+19=0 已知 =0.707 故 T=1/39=0.026 由于微分反饋通道的Bode圖是期望特性Bode圖的倒數(shù)，所以微分反饋通道的放大倍數(shù)為期望特性的放大倍數(shù)的倒數(shù)，即1/19。而微分反饋通道傳遞函數(shù)的時(shí)間常數(shù)取期望特性時(shí)間常數(shù)T的二倍，為80。因此，反饋通道的傳遞函數(shù)為： 根據(jù)上式中各時(shí)間常數(shù)值，圖44中按R1=100K R2=24K C=0.526u設(shè)定，微分反饋

17、對(duì)系統(tǒng)的性能有很大的改善。步驟：按圖44接線，加入階躍電壓，觀察階躍響應(yīng)曲線，并測(cè)出超調(diào)量Mp和調(diào)節(jié)時(shí)間Ts，看是否達(dá)到期望值，若為達(dá)到，請(qǐng)仔細(xì)檢查接線、參數(shù)值并適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)及W1值。將達(dá)標(biāo)的校正裝置的實(shí)測(cè)參數(shù)記錄在表41中。表41記錄表未校正系統(tǒng)： Mp= Ts=校正后系統(tǒng)：Mp= Ts=五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1、未校正系統(tǒng)性能分析； 2、校正后系統(tǒng)分析； 3、實(shí)驗(yàn)觀測(cè)記錄； 4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。六、思考題 1、當(dāng)電位器W1中間點(diǎn)移動(dòng)到反饋信號(hào)最大端，系統(tǒng)的輸出波形C（t）、Mp 增加了不是減少了？為什么？2、是否能用4個(gè)運(yùn)算放大器環(huán)節(jié)組成與圖44功能相同的模擬電路 ?為什么？ 計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)

18、仿真軟件使用說(shuō)明計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)室利用電子計(jì)算機(jī)及其仿真軟件來(lái)模擬實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。MATLAB是一個(gè)高級(jí)的數(shù)學(xué)分析與運(yùn)算軟件，可以用作動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模與仿真，非常適用于矩陣分析與運(yùn)算。因?qū)W時(shí)有限，已將仿真程序編好，同學(xué)們只須學(xué)會(huì)使用即可，如對(duì)MATLAB語(yǔ)言感興趣，可參考有關(guān)書(shū)籍，自行編制程序進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。下面介紹實(shí)驗(yàn)中用到的有關(guān)命令：1. hold 要想在同一圖中畫(huà)兩條以上的曲線用“hold on”,解除用“hold off”2. clf 清除會(huì)圖框中的所有圖形。在每次繪圖前最好先將繪圖區(qū)清除，以免出現(xiàn)混淆圖形。3. zoom 要放大圖形用“zoom on”，然后在繪圖框內(nèi)點(diǎn)擊左鍵放大，點(diǎn)擊右

19、鍵縮小。雙擊可以還原。4. axis ( x1,x2,y1,y2 ) 自定義橫、縱坐標(biāo)的范圍。x 橫坐標(biāo)，y 縱坐標(biāo)。x1為最小值，x2為最大值,y1為最小值,y2為最大值。5. conv (a,b,c,d) 計(jì)算兩多項(xiàng)式的乘積。比如：conv (1,2,2,3)=2，7，6。即 (S+1)(2S+3)=2S+7S+6。6. rlocfind 與 zoom 一起使用可以較精確的獲得某點(diǎn)的坐標(biāo)及k值，先鍵入zoom on在繪圖區(qū)將要選的點(diǎn)附近放大；后鍵入rlocfind(G)，在選取要選的點(diǎn)。7. axis fill 使圖形充滿整個(gè)繪圖區(qū)。8. 上、下箭頭表示向前/后重復(fù)使用以前的命令。實(shí)驗(yàn)一

20、繪制系統(tǒng)的波特圖一、試驗(yàn)?zāi)康?. 掌握用計(jì)算機(jī)繪制系統(tǒng)波特圖的方法。2. 通過(guò)仿真結(jié)果和理論計(jì)算的對(duì)照，加深對(duì)波特圖的理解。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. 實(shí)驗(yàn)仿真軟件一套。2. IBM計(jì)算機(jī)或兼容機(jī)一臺(tái)。三、實(shí)驗(yàn)舉例： 首先將a:matlabtest下所有的文件拷貝到matlabbin (這是在matlab5.2的版本下；若在 matlab5.3版本下拷貝到 matlabwork)的目錄下。 (以下畫(huà)橫線的部分是需要鍵入的)1. 運(yùn)行MATLAB。開(kāi)始 程序 matlab5.3 (或雙擊圖標(biāo))2. 繪制波特圖。(1) 為多項(xiàng)式形式，例如：鍵入：bodepoly出現(xiàn)： “ input num .eg:0 0

21、 1:” 1 5 “input den .eg:1 3 2:” 1 1.5 0.5 0命令框顯示： Transfer function: ; 傳遞函數(shù)表達(dá)式。“the roots of den” ;特征方程的根，即極點(diǎn)值。Ans= 0-1.0000-0.5000Wc gama ;以下為剪切頻率和相角裕量。Ans=1.6231 -23.2077“Get self-define ” w” . input ” boderun” ;要自定義頻率軸，輸入“boderun”自定義的時(shí)間軸，以10為底。依次為：最小坐標(biāo)、最大坐標(biāo)、所取的點(diǎn)數(shù)?！癰egin Value .eg: -2” : -3 (起始值)“

22、final Value .eg: 2” : 3 （終止值）“number of dot.eg:1000” : 2000 （點(diǎn)數(shù)）Compare in one graph.input “hold on ”: 要將多條曲線畫(huà)在一張圖中，輸入“hold on ”(2) 為零、極點(diǎn)形式，例如：鍵入：bodezp出現(xiàn)： “ Zero vector .eg: -1 -2 -3:” -1 “Polar vector .eg: -1 -5 -4:” -2 -3 -6“Gain K.eg: 5” 1命令框顯示： Zero/pole/gain: ; 傳遞函數(shù)表達(dá)式?！皌he roots of den” ;特征方程

23、的根，即極點(diǎn)值。Ans= -6.0000-3.0000-2.0000Wc gama ;以下為剪切頻率和相角裕量。Ans= NaN Inf ; NaN 為極大值；Inf 為極小值?！癎et self-define ” w” . input ” boderun” ;要自定義頻率軸，輸入“boderun”自定義的時(shí)間軸，以10為底。依次為：最小坐標(biāo)、最大坐標(biāo)、所取的點(diǎn)數(shù)?！癰egin Value .eg: -2” : -3 (起始值)“final Value .eg: 2” : 3 （終止值）“number of dot. .eg:1000” : 2000 （點(diǎn)數(shù)）Compare in one gr

24、aph.input “hold on ”: 要將多條曲線畫(huà)在一張圖中，輸入“hold on ”(3) 為時(shí)間常數(shù)形式，將傳函化為多項(xiàng)式形式或零、極點(diǎn)形式輸入。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 繪制下列系統(tǒng)的波特圖。(1) (2) (3) (4) 2. 理論上計(jì)算并畫(huà)出上述系統(tǒng)的波特圖，與計(jì)算機(jī)繪出的圖形相比較。實(shí)驗(yàn)二 繪制控制系統(tǒng)的奈魁斯特曲線一、試驗(yàn)?zāi)康?. 掌握用計(jì)算機(jī)繪制控制系統(tǒng)的奈魁斯特曲線的方法。2. 通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)比 0 型、1 型、2 型系統(tǒng)的奈魁斯特曲線的理論計(jì)算和計(jì)算機(jī)繪制的不同。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. 實(shí)驗(yàn)仿真軟件一套。2. IBM計(jì)算機(jī)或兼容機(jī)一臺(tái)。三、實(shí)驗(yàn)舉例： 首先將a:matlabte

25、st下所有的文件拷貝到matlabbin (這是在matlab5.2的版本下；若在 matlab5.3版本下拷貝到 matlabwork)的目錄下。 (以下畫(huà)橫線的部分是需要鍵入的)1. 運(yùn)行MATLAB。開(kāi)始 程序 matlab5.3 (或雙擊圖標(biāo))2. 繪制奈魁斯特曲線。(1) 為多項(xiàng)式形式，例如：鍵入：nyquistpoly出現(xiàn)： “ input num .eg:0 0 1:” 10 “input den .eg:1 3 2:” 1 8 18 10命令框顯示： Transfer function: ; 傳遞函數(shù)表達(dá)式?！皌he roots of den” ;特征方程的根，即極點(diǎn)值。Ans

26、= -4.4812-2.6889-0.8299“Wc gama” ;以下為剪切頻率和相角裕量。Ans=NaN Inf ; NaN 為極大值；Inf 為極小值。Compare in one graph.input “hold on ”: 要將多條曲線畫(huà)在一張圖中，輸入“hold on ”(2) 若為零、極點(diǎn)形式，例如：鍵入：nyquistzp出現(xiàn)： “ Zero .eg: -1 -2 -3:” “Polar .eg: -1 -2 -3 -4:” -1 -2 -5“Gain K.eg: 1” 10命令框顯示： Zero/pole/gain: ;傳遞函數(shù)表達(dá)式?！皌he roots of den”

27、;特征方程的根，即極點(diǎn)值。Ans= -5.0000-2.0000-1.0000“Wc gama” ;以下為剪切頻率和相角裕量。Ans= NaN Inf ;NaN 為極大值；Inf 為極小值。Compare in one graph.input “hold on ”: 要將多條曲線畫(huà)在一張圖中，輸入“hold on ”(3) 為時(shí)間常數(shù)形式，將傳函化為多項(xiàng)式形式或零、極點(diǎn)形式輸入。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 繪制下列系統(tǒng)的奈魁斯特曲線。(1) (2) (3) (4) (5) (6) 2. 理論上計(jì)算并畫(huà)出上述系統(tǒng)的奈魁斯特曲線，與計(jì)算機(jī)繪出的圖形相比較。實(shí)驗(yàn)三 控制系統(tǒng)根軌跡的計(jì)算機(jī)繪制及分析一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

28、1.掌握用計(jì)算機(jī)繪制根軌跡的方法。2.通過(guò)仿真結(jié)果和理論計(jì)算的對(duì)照，加深對(duì)繪制根軌跡法則的理解。3. 通過(guò)計(jì)算機(jī)繪出的圖形，分析其系統(tǒng)的穩(wěn)定性。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. 實(shí)驗(yàn)仿真軟件一套。2. IBM計(jì)算機(jī)或兼容機(jī)一臺(tái)。三、實(shí)驗(yàn)舉例： 首先將a:matlabtest下所有的文件拷貝到matlabbin (這是在matlab5.2的版本下；若在 matlab5.3版本下拷貝到 matlabwork)的目錄下。 (以下畫(huà)橫線的部分是需要鍵入的)1. 運(yùn)行MATLAB。開(kāi)始 程序 matlab5.3 (或雙擊圖標(biāo))2. 繪制根軌跡（給出的G（S）為開(kāi)環(huán)傳函）。(1) 為多項(xiàng)式形式，例如：鍵入：rlocusp

29、oly出現(xiàn)： “ input num .eg:0 0 1:” 1 “input den .eg:1 3 2:” 1 3 2 0命令框顯示： Transfer function: ; 傳遞函數(shù)表達(dá)式?！皌he roots of den” ;特征方程的根，即極點(diǎn)值。Ans= 0-2-1“ the value of Wc gama ” ;以下為剪切頻率和相角裕量。Ans=0.4456 53.3856Select a point in the graphics window ; 在圖中選一點(diǎn)。 Selected-point= -0.3227+0.6185i ; 所選點(diǎn)的坐標(biāo)。 K1= 27.7661

30、所選點(diǎn)的k值。Compare in one graph.input “hold on ”: 要將多條曲線畫(huà)在一張圖中，輸入“hold on ”Get the value of K , input “ zoom on ” and “ rlocfind (G)” ;如下“快捷操作”?？旖莶僮鳎嚎蛇x者某點(diǎn)，觀察該點(diǎn)的坐標(biāo)值及對(duì)應(yīng)的k值。首先，鍵入zoom on在繪圖曲將要選的點(diǎn)附近放大；然后，鍵入rlocfind(G)，再選取要選的點(diǎn)。 Get asymptote ; input “ rlocasymp” ;要得到漸近線，鍵入” rlocasymp”。(2) 若為零極點(diǎn)形式，例如：鍵入：rlocus

31、zp出現(xiàn)： “ Zero .eg: -1 -2 -3:” “Polar .eg: -1 -2 -3 -4:” -1 -2 -5“Gain K.eg: 1” 1命令框顯示： Zero/pole/gain: ; 傳遞函數(shù)表達(dá)式?！皌he roots of den” ;特征方程的根，即極點(diǎn)值。Ans= -5.0000-2.0000-1.0000“Wc gama” ;以下為剪切頻率和相角裕量。Ans= NaN Inf ; NaN 為極大值；Inf 為極小值。Select a point in the graphics window ; 在圖中選一點(diǎn)。 Selected-point= -0.4299-0

32、.0224i ; 所選點(diǎn)的坐標(biāo)。 K1= 0.3857 所選點(diǎn)的k值。Compare in one graph.input “hold on ”: 要將多條曲線畫(huà)在一張圖中，輸入“hold on ”Get the value of K , input “ zoom on ” and “ rlocfind (G)” ;如下“快捷操作”?？旖莶僮鳎嚎蛇x者某點(diǎn)，觀察該點(diǎn)的坐標(biāo)值及對(duì)應(yīng)的k值。鍵入zoom on在繪圖曲將要選的點(diǎn)附近放大；然后，鍵入rlocfind(G)，再選取要選的點(diǎn)。Get asymptote ; input “ rlocasymp” ;要得到漸近線，鍵入” rlocasymp”。

33、 (3) 為時(shí)間常數(shù)形式，將傳函化為多項(xiàng)式形式形式輸入。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 繪制下列系統(tǒng)的根軌跡。(1) (2) (3) (4) (5) 2. 理論上計(jì)算并畫(huà)出上述系統(tǒng)的根軌跡，與計(jì)算機(jī)繪出的圖形相比較。實(shí)驗(yàn)四 控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正一、試驗(yàn)?zāi)康?. 掌握利用計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行超前、滯后、滯后超前等串聯(lián)校正的方法及特點(diǎn)。2. 利用系統(tǒng)波特圖分析校正裝置對(duì)系統(tǒng)的影響。3. 利用系統(tǒng)根軌跡圖分析校正裝置對(duì)系統(tǒng)的影響。4. 加深理解改變調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. 實(shí)驗(yàn)仿真軟件一套。2. IBM計(jì)算機(jī)或兼容機(jī)一臺(tái)。三、實(shí)驗(yàn)舉例： 某單位反饋系統(tǒng)固有部分的開(kāi)環(huán)傳函為要求設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置，使系

34、統(tǒng)具有K=50 及Mp25%，Ts1.50 S 的性能指標(biāo)。先求取固有系統(tǒng)的性能指標(biāo)。選取串聯(lián)校正，串聯(lián)裝置傳函為：求取校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)。首先將a:matlabtest下所有的文件拷貝到matlabbin (這是在matlab5.2的版本下；若在 matlab5.3版本下拷貝到 matlabwork)的目錄下。 (以下畫(huà)橫線的部分是需要鍵入的)1. 運(yùn)行MATLAB。開(kāi)始 程序 matlab5.3 (或雙擊圖標(biāo))2. 繪制固有系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。(1) 為多項(xiàng)式形式，例如：鍵入： steppoly出現(xiàn)： “ num vector .eg:0 0 1:” 50 “ den vector .e

35、g:1 3 2:” 0.06 1 0命令框顯示： Transfer function: ; 傳遞函數(shù)表達(dá)式。 Yss,Pos(%),Ts(S) ;依次是：終值，超調(diào)量，調(diào)整時(shí)間Ans= 1.0000 38.6660 0.4695Get sel-define T-axis,input “steprun” ;要自定義時(shí)間軸，輸入“steprun”鍵入：steprun出現(xiàn)：”time axis.eg:0:0.1:50:” 0: 0.05: 40，初始值：步長(zhǎng)：終值Compare in one graph.input “hold on ”: 要將多條曲線畫(huà)在一張圖中，輸入“hold on ”(2) 若

36、為零極點(diǎn)形式，例如：鍵入： stepzp出現(xiàn)： “ Zero vector .eg: -1 -2 -3:” “Polar vector .eg: -1 -5 -4:” 0 -16.7“Gain K.eg: 5” 833命令框顯示： Zero/pole/gain: ; 傳遞函數(shù)表達(dá)式。 Yss,Pos(%),Ts(S) ;依次是：終值，超調(diào)量，調(diào)整時(shí)間Ans= 1.0000 38.6660 0.4695Get sel-define T-axis,input “steprun” ;要自定義時(shí)間軸，輸入“steprun”鍵入：steprun出現(xiàn)：”time axis.eg:0:0.1:50:” 0:

37、 0.05: 40，初始值：步長(zhǎng)：終值Compare in one graph.input “hold on ”: 要將多條曲線畫(huà)在一張圖中，輸入“hold on ” (3) 為時(shí)間常數(shù)形式，將傳函化為多項(xiàng)式形式或零、極點(diǎn)形式輸入。3 繪制校正后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，并加以比較。 (1) (2) (3) 鍵入： steppoly出現(xiàn)： “ num vector .eg: 0 0 1 :” 9.3 15.3 “den vector .eg: -1 -5 -4:” 0.06 1 0 0 命令框顯示： Transfer function: ; 傳遞函數(shù)表達(dá)式。 Yss,Pos(%),Ts(S) ;依次

38、是：終值，超調(diào)量，調(diào)整時(shí)間Ans= 1.0000 23.0908 1.3187Get sel-define T-axis,input “steprun” ;要自定義時(shí)間軸，輸入“steprun”鍵入：steprun出現(xiàn)：”time axis.eg:0:0.1:50:” 0: 0.05: 40，初始值：步長(zhǎng)：終值Compare in one graph.input “hold on ”: 要將多條曲線畫(huà)在一張圖中，輸入“hold on ”4 繪制系統(tǒng)前，后系統(tǒng)的波特圖，并加以比較。5 繪制系統(tǒng)前，后系統(tǒng)的奈魁斯特曲線，并加以比較。6 繪制系統(tǒng)前，后系統(tǒng)的根軌跡圖，并加以比較。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 某

39、單位反饋系統(tǒng)固有部分的開(kāi)環(huán)傳函為：要求設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置，使系統(tǒng)具有K=12 及Mp35%，Ts1.8 S 的性能指標(biāo)。先求取固有系統(tǒng)的性能指標(biāo)。選取串聯(lián)超前校正校正裝置傳函為：求取校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)。2. 已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳函為：選擇適當(dāng)?shù)男Ｕ椒?，求出調(diào)節(jié)器參數(shù)使串聯(lián)校正后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)為：Mp40%，Ts1.5 S。并通過(guò)仿真加以驗(yàn)證。3 某一單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳函為：選擇適當(dāng)?shù)男Ｕ椒?，求出調(diào)節(jié)器參數(shù)使串聯(lián)校正后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)為：Mp40%，Ts1.5 S。并通過(guò)仿真加以驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)五 控制系統(tǒng)的反饋校正一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握利用計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行反饋校正的方法及特點(diǎn)。2.、利用系統(tǒng)波特

40、圖分析校正裝置對(duì)系統(tǒng)的影響。3、利用系統(tǒng)根軌跡圖分析校正裝置對(duì)系統(tǒng)的影響。4、加深理解改變調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. 實(shí)驗(yàn)仿真軟件一套。2. IBM計(jì)算機(jī)或兼容機(jī)一臺(tái)。三、實(shí)驗(yàn)舉例： 某單位反饋系統(tǒng)固有部分的開(kāi)環(huán)傳函為G1 (S)=1 要求設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置，使系統(tǒng)具有K=250 及Mp4.3%，Ts0.3 S 的性能指標(biāo)。先求取固有系統(tǒng)的性能指標(biāo)。選取反饋校正，校正裝置傳函為：求取校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)。首先將a:matlabtest下所有的文件拷貝到matlabbin (這是在matlab5.2的版本下；若在 matlab5.3版本下拷貝到 matlabwork)的目錄下

41、。 (以下畫(huà)橫線的部分是需要鍵入的)1. 運(yùn)行MATLAB。開(kāi)始 程序 matlab5.3 (或雙擊圖標(biāo))2. 繪制固有系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。(1) 為多項(xiàng)式形式，例如：鍵入：steppoly出現(xiàn)： “ num vector .eg:0 0 1:” 250 “ den vector .eg:1 3 2:” 0.3 1 0命令框顯示：Transfer function: ; 傳遞函數(shù)表達(dá)式。 Yss,Pos(%),Ts(S) ;依次是：終值，超調(diào)量，調(diào)整時(shí)間Ans= 1.0000 83.2639 2.3010Get sel-define T-axis,input “steprun” ;要自定義時(shí)間

42、軸，輸入“steprun”鍵入：steprun出現(xiàn)：”time axis.eg:0:0.1:50:” 0: 0.05: 40，初始值：步長(zhǎng)：終值Compare in one graph.input “hold on ”: 要將多條曲線畫(huà)在一張圖中，輸入“hold on ”(2) 若為零、極點(diǎn)形式，例如：鍵入：stepzp出現(xiàn)： “ Zero vector .eg: -1 -2 -3:” “Polar vector .eg: -1 -5 -4:” 0 -3.33“Gain K.eg: 5” 833命令框顯示： Zero/pole/gain: ; 傳遞函數(shù)表達(dá)式。 Yss,Pos(%),Ts(S)

43、 ;依次是：終值，超調(diào)量，調(diào)整時(shí)間Ans= 1.0000 83.2641 2.3033Get sel-define T-axis,input “steprun” ;要自定義時(shí)間軸，輸入“steprun”鍵入：steprun出現(xiàn)：”time axis.eg:0:0.1:50:” 0: 0.05: 40，初始值：步長(zhǎng)：終值Compare in one graph.input “hold on ”: 要將多條曲線畫(huà)在一張圖中，輸入“hold on ” (3) 為時(shí)間常數(shù)形式，將傳函化為多項(xiàng)式形式或零、極點(diǎn)形式輸入。3 繪制校正后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，并加以比較。 鍵入： steppoly出現(xiàn)： “ n

44、um vector .eg: 0 0 1 :” 3.125 250 “den vector .eg: -1 -5 -4:” 0.00375 0.3125 14.15 0 命令框顯示： Transfer function: ; 傳遞函數(shù)表達(dá)式。 Yss,Pos(%),Ts(S) ;依次是：終值，超調(diào)量，調(diào)整時(shí)間Ans= 1.0000 -0.2636 0.1965Get sel-define T-axis,input “steprun” ;要自定義時(shí)間軸，輸入“steprun”鍵入：steprun出現(xiàn)：”time axis.eg:0:0.1:50:” 0: 0.05: 40，初始值：步長(zhǎng)：終值Compare in one graph.input “hold on ”: 要將多條曲線畫(huà)在一張圖中，輸入“hold on ”4 繪制系統(tǒng)前，后系統(tǒng)的波特圖，并加以比較。5 繪制系統(tǒng)前，后系統(tǒng)的奈魁斯特曲線，并加以比較。6 繪制系統(tǒng)前，后系統(tǒng)的根軌跡圖，并加以比較。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 某單位反饋系統(tǒng)固有部分的開(kāi)環(huán)傳函為：G1 (S)=1 ， 要求設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置，使系統(tǒng)具有K=100 及Mp23%，Ts0.7 S 的性能指標(biāo)。先求取固有系統(tǒng)的性能指標(biāo)。選取反饋校正，校正裝置傳函為：求取校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)。2. 某單位