王久奇—計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)性能分析報(bào)告模版

1、實(shí)驗(yàn)一：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)性能分析、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模航⒂?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；掌握判別計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的一般方法觀察控制系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)，記錄其時(shí)域性能指標(biāo)；掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)分析的一般方法；掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)頻率響應(yīng)曲線的一般繪制方法。、實(shí)驗(yàn)容：考慮如圖1所示的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)圖1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)圖1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)C(s)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析K的取值圍;K的取值圍;(1)首先分析該計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，討論令系統(tǒng)穩(wěn)定的、程序與運(yùn)算結(jié)果：y=tf(1,110)Transferfunction:1sA2+sY=c2d(y,1,zoh)Transferfunction:0.3679z+0.2642zA

2、2-1.368z+0.3679Samplingtime:1rlocus(Y)rlocfind(Y)Selectapointinthegraphicswindowselected_point=0.2433-0.9735ians=2.4040rlocfind(Y)Selectapointinthegraphicswindowselected_point=-1.0014-0.0029ians=26.30852、仿真圖片：EileEditVie-wInsertZoolsOcskiopindowHelpoea|4|哽x|具E口RoolIOCHSRoolIOCHS3)、分析：對(duì)于具有零階保持器采樣開關(guān)的離

3、散系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)的特征根必位于單位圓。圖中虛線構(gòu)成單位圓，實(shí)線為根軌跡，“x表示極點(diǎn)，“o表示零點(diǎn)，又知根軌跡起始于極點(diǎn)，終于零點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的K值不斷增大，因此0K26.3085。2假設(shè)不考慮采樣開關(guān)和零階保持器的影響，即看作一連續(xù)系統(tǒng)，討論令系統(tǒng)穩(wěn)定的K的取值圍；1)、程序：y=tf(1,110)Transferfunction:1sA2+srlocus(y)rlocfind(G)2、仿真圖片:3、分析：對(duì)于二階連續(xù)型系統(tǒng)，只要特征根位于s的左半平面，系統(tǒng)就穩(wěn)定。開環(huán)傳遞函數(shù)的特征根s1=0；s2=-1，因此要使其穩(wěn)定，K03分析導(dǎo)致上述兩種情況下K取值圍差異的原因。分析：連續(xù)系統(tǒng)比離散系

4、統(tǒng)穩(wěn)定性好，參加采樣開關(guān)以后，采樣周期越大，離散系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定性越差，能使系統(tǒng)穩(wěn)定的K的圍越小。時(shí)域特性分析令K201假設(shè)不考慮采樣開關(guān)和零階保持器的影響，即看作一連續(xù)系統(tǒng)，觀察其單位階躍響應(yīng)，記錄上升時(shí)間、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間、峰值時(shí)間等一系列的時(shí)域性能指標(biāo)；1、程序：G仁tf(20,110)Transferfunction:20sA2+ssisotool(GI)、仿真圖片：3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：由圖可知，上升時(shí)間tr為0.254s，超調(diào)量？為70.2%,調(diào)節(jié)時(shí)間ts為7.82,峰值時(shí)間tp為0.702s。2、考慮采樣開關(guān)和零階保持器的影響，觀察其單位階躍響應(yīng)，記錄上升時(shí)間、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間、峰值時(shí)間等一

5、系列的時(shí)域性能指標(biāo)；1)、程序：G2=c2d(G1,0.02,zoh)Transferfunction:0.0009967z+0.0009934采樣時(shí)間：0.02szA2-1.98z+0.9802Samplingtime:0.02SisotoolG22、仿真圖片：亠“7回、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：由圖可知，上升時(shí)間tr為0.247s，超調(diào)量？為72.8%，調(diào)節(jié)時(shí)間ts為8.57s，峰值時(shí)間tp為0.71s3分析其時(shí)域性能指標(biāo)的差異與產(chǎn)生原因。離散系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)相比，上升時(shí)間減小，超調(diào)量增大，調(diào)節(jié)時(shí)間增大，峰值時(shí)間減小。采樣器可使得系統(tǒng)的峰值時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間略有減小，但設(shè)超調(diào)量增大，故采樣造成的信息損失會(huì)較低系

6、統(tǒng)的穩(wěn)定程度。而零階保持器使系統(tǒng)的上升時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間都加長(zhǎng)，超調(diào)亮有所增加。這是因?yàn)槌瞬蓸釉斐傻牟环€(wěn)定因素外，零階保持器的相角滯后降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。頻域特性分析(1)假設(shè)不考慮采樣開關(guān)和零階保持器的影響，即看作一連續(xù)系統(tǒng)，繪制其頻率特性響應(yīng);1、程序：num=1;den=110;G=tf(num,den)Transferfunction:1sA2+smargin(G)2、仿真圖片：Figure1FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelp呂PQ|口匪l|旦0odeD泊gynnGm=InfdBInfrsdfeec).Pm=51.8degtat0.7rsd

7、/sec)ulajstsmlJELri11lri1li-r41ripiii1rtirirp11141TjTti-ijn-r1141.一s-inminiiiI1I1u1i1Hi111iii11111Mill!1udi1l41!l!1ki1iiirl11Hillliii1U11111Illi11i1I1M1111141i141niiiii1II4lS-Lai1iiIa111TT-FF-1na|iFrI11iFFFrr|LTTrvrriiiaII1IIiiiIIIIIniaaiihni|1I1VIS!1I1Ii1*1i1Wiihii1iiiLi1iAih1h111101ial11HiIliHIlli

8、l1III111i14111lIi1Ii111iiaiiiii1fiiiaiiIiP11|ii|a1|11|MiRhIiI|i|!i11IilI_H-IIT-II-lr-i:h-1-i-K-a-1*1l-+*1-1-rQ二-+-*1-It-ll-F1l1*111l4111b1Ii417|i1Ii11111iiii1inailiiiiririiiTiiiii|P|a1|p1iiiiti|i|Iiaii1=tPiI1h1i1B1h!“I*Irrii111i!1i1110111iinuiiii1H1i11ibT-!1i111l|1iii|iIIi1I丄11J一i；hlJL丄亠L(fēng)h-10110Freq

9、uentiradrsec)3、結(jié)果：相角裕度Pn=51.8deg幅值裕度G=nf無窮大2考慮采樣開關(guān)和零階保持器的影響，繪制其頻率特性響應(yīng)；1)、程序：G2=c2d(G,0.02,zoh)Transferfunction:0.003973z+0.003947zA2-1.98z+0.9802Samplingtime:0.02采樣時(shí)間：0.02smarginG22)、仿真圖片：lElllfiVi-a-w丄円匚mirfc工ogi*ED&-&IttopnWindlulptU3I囪I*rj節(jié)丫置4X十dIS3I口El曰4Diia|ifam3、結(jié)果：相角裕度Pm=51.4deg，幅值裕度Gm=40dB3討

10、論上述兩種情況下頻率特性響應(yīng)的區(qū)別和聯(lián)系。1頻率特性是w的周期函數(shù)，當(dāng)wT沿著單位圓每轉(zhuǎn)一周時(shí)，頻率特性周期性重復(fù)一次，這是連續(xù)系統(tǒng)沒有的。2、幅頻特性是w的偶函數(shù)，相頻特性是w的奇函數(shù)，連續(xù)系統(tǒng)也有這個(gè)特性。3、離散環(huán)節(jié)頻率特性形狀與連續(xù)系統(tǒng)頻率特性形狀有較大差異，特別是當(dāng)采樣周期較大以與頻率較高時(shí)，由于混疊，使頻率特性形狀有較大變化，主要表現(xiàn)有:高頻時(shí)會(huì)出現(xiàn)多個(gè)峰值；可能出現(xiàn)正相位；僅在較小的采樣周期或低頻段與連續(xù)系統(tǒng)頻率特性相接近。三、實(shí)驗(yàn)小結(jié)通過本次實(shí)驗(yàn)，我知道并熟悉了Matlab中關(guān)于對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)離散化的指令，以與系統(tǒng)離散化對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)性能，頻域響應(yīng)的影響?？傊到y(tǒng)的離散化會(huì)使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，而這其中的關(guān)鍵就是采樣時(shí)間T的選擇。根本掌握了判別計(jì)算機(jī)控制系