自動控制理論實(shí)驗(yàn) 中北信商 有圖有程序

1、自 動 控 制 理 論中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院電子信息工程實(shí)驗(yàn)一：控制系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)分析一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)在給定二階系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型情況下，在取不同的阻尼比或不同的無阻尼振蕩角頻率時(shí)來仿真、分析系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)和性能；在給定系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型情況下仿真、分析高階系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)和性能。 二、 實(shí)驗(yàn)原理利用MATLAB語言工具對二階控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分析系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)。 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1、給定二階系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為 ，其中n為無阻尼振蕩頻率，為阻尼系數(shù)。2、仿真、分析當(dāng)（學(xué)號單號=5，學(xué)號雙號=6，），分別取0.1，0.2，1.0，2.0時(shí)的單位階躍響應(yīng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出與各時(shí)域性能指標(biāo)間的關(guān)系。程序如下：wn=5 ;k

2、osi=0.1:0.1:1.0,2.0;figure(1)hold onfor kos=kosi num=wn.2; den=1,2*kos*wn,wn.2; step(num,den)endtitle('Step Response')hold off3、當(dāng)（學(xué)號單號=0.7，學(xué)號雙號=0.6，），分別取2，4，6，8，10，12時(shí)的單位階躍響應(yīng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出與各時(shí)域性能指標(biāo)間的關(guān)系。程序如下：w=2:2:12;kos=0.7;figure(1)hold onfor wn=w num=wn.2; den=1,2*kos*wn,wn.2; step(num,den)endtitl

3、e('Step Response')hold off4、當(dāng)=0.7，=6時(shí)的單位沒脈沖響應(yīng)并分析響應(yīng)結(jié)果。程序如下：wn=6 ;kosi=0.7;figure(1)hold onfor kos=kosi num=wn.2; den=1,2*kos*wn,wn.2; step(num,den)endtitle('Step Response')hold off四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝有MATLAB軟件的計(jì)算機(jī)40臺。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1給出二階系統(tǒng)的仿真過度過程。2在給定模型或自設(shè)模型的基礎(chǔ)上記錄、分析響應(yīng)曲線，給出分析結(jié)果。3改變或后記錄、分析響應(yīng)曲線變化情況，給出分析結(jié)果。

4、4思考題：確定最佳阻尼比的取值。六、附件(參考結(jié)果)附1：固定變化時(shí)的參考曲線如下：附2：固定變化時(shí)的參考曲線如下：附3：固定固定時(shí)的單位脈沖響應(yīng)參考曲線如下：11實(shí)驗(yàn)二：控制系統(tǒng)頻域響應(yīng)分析實(shí)驗(yàn)類別：設(shè)計(jì)性 實(shí)驗(yàn)級別：必做開課單位：電子信息工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)中心 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑诮o定二階系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型情況下，在取不同的阻尼比時(shí)來仿真、分析系統(tǒng)的頻域響應(yīng)和性能。二、實(shí)驗(yàn)原理 利用MATLAB語言工具對二階控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分析系統(tǒng)頻域響應(yīng)。 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1、給定二階系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為 其中n為無阻尼振蕩頻率，為阻尼系數(shù)。2、仿真、分析當(dāng)（學(xué)號單號=5，學(xué)號雙號=6，），分別取0.1，0.

5、2，1.0時(shí)系統(tǒng)的伯德圖，根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線分析系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性隨的變化而變化情況，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。程序如下：wn=6;kosi=0.1:0.1:1.0;w=logspace(-1,1,100);figure(1)num=wn.2;for kos=kosi den=1 2*kos*wn wn.2; mag,pha,wl=bode(num,den,w); subplot(2,1,1);hold on semilogx(wl,mag); subplot(2,1,2);hold on semilogx(wl,pha);endsubplot(2,1,1);grid ontitle('Bod

6、e Plot');xlabel('Frequency (rad/sec)');ylabel('Gain dB');subplot(2,1,2);grid onxlable('Frequency (rad/sec)');ylable('Phase deg');hold off3、給定二階系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為 ，仿真、分析系統(tǒng)的Nyquist曲線，根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。程序如下：k=50;z=;p=-5 2;num,den=zp2tf(z,p,k);figure(1)nyquist(num,den)title('Ny

7、quist Plot');四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝有MATLAB語言的計(jì)算機(jī)40臺。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1給出二階系統(tǒng)的仿真頻率特性。2在給定模型或自設(shè)模型的基礎(chǔ)上記錄、分析響應(yīng)曲線，特別是Nyquist曲線和Bode圖，給出分析結(jié)果。3通過分析系統(tǒng)頻率特性和仿真曲線判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，給出結(jié)論。4思考題：用已給定的系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)能否驗(yàn)證該系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如能驗(yàn)證，如何進(jìn)行？六、附件(參考曲線)附1：變化時(shí)的伯德圖參考曲線如下： 附2：給定具體系統(tǒng)的Nyquist圖參考曲線如下： 實(shí)驗(yàn)三：控制系統(tǒng)串聯(lián)超前校正分析實(shí)驗(yàn)類別：設(shè)計(jì)性 實(shí)驗(yàn)級別：必做開課單位：電子信息工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)中心 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4一、實(shí)驗(yàn)

8、目的基于頻率特性法設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)串聯(lián)超前校正裝置，通過實(shí)驗(yàn)更好地熟悉、掌握系統(tǒng)綜合與校正中的相關(guān)知識點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)原理利用MATLAB語言工具或其它語言工具對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分析系統(tǒng)綜合與校正及其相關(guān)性能指標(biāo)的驗(yàn)證或優(yōu)化。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1、給定系統(tǒng)模型如圖3-1所示，圖3-2為校正后的系統(tǒng)方框圖。Go(s)Gc(s)Go(s)R(s) C(s) R(s) C(s) C(s) H(s)H(s)- -圖3-1 圖3-22、根據(jù)性能指標(biāo)的要求，確定開環(huán)增益K。3、求取開環(huán)頻率特性和穩(wěn)定裕度。4、選定串聯(lián)超前校正裝置并將已知條件輸入（K、）。5、若滿足性能指標(biāo)，則打印相應(yīng)指標(biāo)，若不滿足性能指標(biāo)，須重

9、新進(jìn)行設(shè)計(jì)或調(diào)整性能指標(biāo)。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備計(jì)算機(jī)40臺五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1對一個綜合控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析與仿真。2給出分析綜合控制系統(tǒng)的方法和思路。3給出控制系統(tǒng)串聯(lián)超前校正分析程序和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。4思考題：參考本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遲后校正裝置的程序流程圖和實(shí)驗(yàn)程序。六、附件附1：串聯(lián)校正裝置設(shè)計(jì)參考流程圖內(nèi)容:設(shè)有一單位反饋系統(tǒng),其開環(huán)傳遞函數(shù)為,要求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù),相位裕度,幅值裕度,試確定串聯(lián)朝前校正.解:根據(jù) 利用下列語句 >> num0=40;den0=conv(1,0,1,2);>> bode(num0,den0);>> Gm,Pm,Wcg,Wcp=marg

10、in(num0,den0);>> disp幅值裕度=,num2str(20*log10(Gm),dB,相位裕度=,num2str(Pm),?？衫L制未校正系統(tǒng)的bode 圖，并求出未校正系統(tǒng)的幅值裕度為,相位裕度程序：num0=40;den0=conv(1,0,1,2);Gm1,Pm1,Wcg1,Wcp1=margin(num0,den0);r=50;r0=Pm1;w=logspace(-1,3);bode(num0,den0,w);mag1,phase1=bode(num0,den0,w)for epsilon=5:15 phic=(r-r0+epsilon)*pi/180; al

11、pha=(1+sin(phic)/(1-sin(phic); i1,ii=min(abs(mag1-1/sqrt(alpha); wc=w(ii); wc T=1/(wc*sqrt(alpha); numc=alpha*T,1;denc=T,1; num,den=series(num0,den0,numc,denc); Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(num,den); if(Pm>=r);break;endendprintsys(numc,denc)printsys(num,den)grid onmag2,phase2=bode(numc,denc,w);%bode(numc,denc,w);mag,phase=bode(num,den,w);%bode(num,den,w);grid onsubplot(2,1,1);semilogx(w,20*log10(mag),w,20*log10(mag1),'-',w,20*log10(mag2),'-.');grid;ylabel('幅值（dB）');title('-G0,-.Gc,-G0Gc');subplot(2,1,2);semilogx(w,phase,w,phase1,'-',w,phase2,'-.&#