基于MATLAB的控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)分析.pdf

1、電子科技大學(xué)中山學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院： 機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)： 17 自動(dòng)化課程名稱：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)與仿真班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：組別：實(shí)驗(yàn)名稱：基于MATLAB的控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)分析實(shí)驗(yàn)時(shí)間：成績：批改時(shí)間：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1）學(xué)會(huì)使用 MATLAB編程繪制控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。（ 2）研究二階控制系統(tǒng)中 ，n 對(duì)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響。（ 3）掌握準(zhǔn)確讀取動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)的方法。（ 4）分析二階系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)和閉環(huán)零點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)設(shè)備：每人一臺(tái)計(jì)算機(jī)奔騰系列以上計(jì)算機(jī)，配置硬盤2G，內(nèi)存 64M。實(shí)驗(yàn)軟件： WINDOWS操作系統(tǒng)（ WINDOWS XP或 WINDOWS

2、 2000），并安裝 MATLAB語言編程環(huán)境。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為G( s)100,試?yán)L制單位負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，1.s23s并測出動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。代碼、曲線及性能指標(biāo)：代碼 sys=tf(100,1 3 0); sysc=feedback(sys,1); damp(sysc) step(sysc)曲線注：實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析等。性能指標(biāo)PoleDampingFrequencyTime Constant(rad/seconds)(seconds)-1.50e+00 + 9.89e+00i1.50e-01

3、1.00e+016.67e-01-1.50e+00 - 9.89e+00i1.50e-011.00e+016.67e-012.當(dāng)= 0， 0.25 ，0.5 ，0.75 ， 1， 1.25 時(shí)，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)和自然振蕩頻率n見表，編程求取對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，并分析n 一定時(shí)，變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響。閉環(huán)極點(diǎn)=0j=0.252.5j 9.68=0.55j8.66=0.757.5j 6.61=1兩實(shí)重根 -10=1.25兩不等實(shí)根-5 和 -20n / (rad / s)階躍響應(yīng)曲線10等幅振蕩10衰減振動(dòng)10衰減振動(dòng)10衰減振動(dòng)10單調(diào)上升5,20單調(diào)上升曲線：結(jié)論： 可見當(dāng)n/ ( ra

4、d / s) 一定時(shí)， 系統(tǒng)隨著阻尼比增大，閉環(huán)極點(diǎn)的實(shí)部在S 左半平面的位置更加遠(yuǎn)離原點(diǎn)，虛部減小到0，超調(diào)量減小，調(diào)節(jié)時(shí)間縮短，穩(wěn)定性更好。注：實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括：實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析等。3.0.25,10,30,50時(shí)，對(duì)應(yīng)點(diǎn)的單位階躍響應(yīng)曲線并分析不變，對(duì)系統(tǒng)性能的影響。nn曲線：結(jié)論：可見當(dāng)一定時(shí)，隨著n / ( rad/ s) 增大，系統(tǒng)響應(yīng)加速，振蕩頻率增大，系統(tǒng)調(diào)整時(shí)間縮短，但是超調(diào)量沒有變化。注：實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析等。103. 試做出以下系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，并

5、與原系統(tǒng) G(s)= 的階躍響應(yīng)曲線比較， s2 2s 10做出實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析.）系統(tǒng)分別增加零點(diǎn)， （ ）s22( s 5)（ ）5( s 2)1z1 -5, z2 -2 G1 s2s 10 ,G2 ss22s 10代碼及曲線：代碼：sys=tf(10,1 2 10);step(sys)hold onsysc=tf(2,10,1 2 10);step(sysc)hold onsysx=tf(5,10,1 2 10);step(sysx)hold offtitle( 單位階躍系統(tǒng)增加零點(diǎn)比較);lab1=增加零點(diǎn) -2;text(1,1.8,lab1)lab2= 增加零點(diǎn) -5;text(0.2

6、5,1.1,lab2)lab3=原系統(tǒng) ;text(1.5,1.3,lab3)曲線 :結(jié)論：閉環(huán)零點(diǎn)使得超調(diào)量增大，峰值時(shí)間前移，且加入的零點(diǎn)越靠近虛軸，影響越明顯注：實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析等。）系統(tǒng)分別增加極點(diǎn) p-5,p2，G（s）50,G（s）2021-21(s5)(s22s 10)2(s2)(s22s 10)代碼及曲線：代碼： sys=tf(10,1 2 10); step(sys)hold on num=50; den=conv(1,5,1 2 10); sysc=tf(num ,den); step(sysc)hol

7、d on num1=20; den1=conv(1,2,1 2 10); sysx=tf(num1,den1); step(sysx)hold offtitle( 單位階躍系統(tǒng)增加極點(diǎn)比較 ) lab1= 原系統(tǒng) G(s);text(1,1.3,lab1) lab2= 增加極點(diǎn) -2;text(0.25,1.1,lab2) lab3= 增加極點(diǎn) -5;text(0.95,0.771,lab3)結(jié)論：閉環(huán)極點(diǎn)使得超調(diào)量減小，峰值時(shí)間后移，且加入的極點(diǎn)越靠近虛軸，影響越明顯。注：實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析等。四 . 實(shí)驗(yàn)作業(yè)要求（ 1）完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中的實(shí)驗(yàn)，編寫程序，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，并分析，得出結(jié)論。（ 2）總結(jié)閉環(huán)零極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)階躍響應(yīng)影響的規(guī)律。五、拓展思考當(dāng)輸入信號(hào)為u( t) 1(t)時(shí)，求系統(tǒng)G( s)( s 1)(s5)的輸出響應(yīng)曲線，并測出動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。t *1( t)(s 2)( s2s1)代碼、曲線及性能指標(biāo)：代碼：num=conv(1,1,1,5);den=conv(1,2,1,1,1);G=tf(num,den);t=0:0.1:10;u=t+1;lsim(G,u,t),h