15級自動控制實驗資料

--#-對應的結構圖如圖10。圖10振蕩環(huán)節(jié)結構圖1RC)2RC1

RC)213=nRC11R12R221 11改變C可改變3的大小，改變R可改變。的大小。按表2給出的參數(shù)測量階躍響1n 2應，并記入表中。表1不同的3和。所對應的時域性能指標n^^^___記錄參數(shù)o%pt(ms)pt(ms)階躍響應波形3=10rad/sn(R]=100KC廣1nf)R=8亡=0100%R=200K￡=0.25R=100K￡=0.5R=50K2￡=13=100rad/sn(R]=100KC=0.01Mf)R=200K￡=0.25R=100K￡=0.5當3=10,C=0.25時用Simulink仿真結果如圖11。n

（a（a）仿真模塊 （b）仿真輸出圖11振蕩環(huán)節(jié)的Simulink仿真2、實驗報告（1）記錄每個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，保存相應的仿真波形。（2）討論慣性環(huán)節(jié)（一階系統(tǒng)）：在單位階躍和斜坡信號作用下，T的影響（可以修改相應參數(shù)，通過波形進行說明）。（3）討論振蕩環(huán)節(jié)（二階系統(tǒng)）：按實驗給出的欠阻尼下的響應曲線，討論振蕩環(huán)節(jié)性能指標與。，3的關系。n附加說明：針對振蕩環(huán)節(jié)，可直接按照下面要求完成實驗：32 n s2+213s+32nn（3n=6 匕=0.1，0.3，0.5，0.7，1，2）（匕=0.7 3n=2，6，10，12）加入單位階躍信號，分析阻尼比己和自然振蕩頻率3n對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。實驗二參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響1、實驗內容（1）開環(huán)增益K對系統(tǒng)的影響GG(s)=5(5-1)K分別為0.1、0.5、1、5時系統(tǒng)的階躍響應和斜坡響應，總結K對系統(tǒng)動靜態(tài)性能的影響。（2）增加閉環(huán)零極點對系統(tǒng)的影響

a、閉環(huán)傳遞函數(shù)①a、閉環(huán)傳遞函數(shù)①(s)=(s+1)(s2+2s+2)增加零點z=-2、-0.8、-0.5、-0.1；s+2b、閉環(huán)傳遞函數(shù)①(s)=FZ2，增加極點p"5、-2、-5、-10。不,、1.82(s+1.1)(s+2)c、觀察偶極子的影響。①(s)=-~~— r-二c、觀察偶極子的影響。(s+1)s2+2s+2)針對上述三種情況，從系統(tǒng)動態(tài)性能(指標)說明對系統(tǒng)的影響。(3)主導極點的含義已知高階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為45s5+8.6s4+29.8s3+67.4s2+51s+45用低階系統(tǒng)近似原系統(tǒng)s2+0.6s+1a、用 分別求原系統(tǒng)和降階系統(tǒng)的零點、極點和增益，判斷該是否可用低階系統(tǒng)近似原系統(tǒng)。b、將原系統(tǒng)和低階系統(tǒng)的單位階躍響應曲線繪制在一個圖中，記錄它們的響應曲線和動態(tài)性能指標(上升時間、峰值時間、超調量以及調整時間)，進行比較分析。2、實驗報告(1)記錄每個實驗的單位階躍響應曲線，并總結實驗結果。()設計表格記錄不同增益K的系統(tǒng)性能指標(上升時間、峰值時間、超調量以及調整時間)的異同，同時記錄斜坡信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差，并給出結論。(3)設計表格記錄增加閉環(huán)零極點的系統(tǒng)性能指標(上升時間、峰值時間、超調量以及調整時間)的異同，并給出結論。()記錄高階系統(tǒng)和低階系統(tǒng)的零點、極點和增益K以及單位階躍響應曲線；設計表格記錄原系統(tǒng)和低階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(上升時間、峰值時間、超調量以及調整時間)，進行比較分析，確定高階系統(tǒng)是否可用低階系統(tǒng)近似？實驗三線性控制系統(tǒng)的根軌跡1、實驗內容(1)控制系統(tǒng)的根軌跡分析已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=-———-,s(s+1)(s+3)繪制開環(huán)增益K變化時的根軌跡，并由根軌跡分析K變化對閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響：a、K等于何值時，閉環(huán)極點有一對在虛軸上的根，閉環(huán)系統(tǒng)處于無阻尼0=0狀態(tài)，系統(tǒng)等幅振蕩臨界穩(wěn)定；

b、K在什么范圍時，根軌跡進入$右半平面，閉環(huán)系統(tǒng)處于阻尼。<0狀態(tài)，系統(tǒng)發(fā)散不穩(wěn)定；c、K為何值時，閉環(huán)極點有一對實部為負的相等實根，閉環(huán)系統(tǒng)處于臨界阻尼0=1狀態(tài)，系統(tǒng)為單調衰減過程；d、長在什么范圍時，閉環(huán)極點有一對實部為負的共軛復數(shù)，閉環(huán)系統(tǒng)處于欠阻尼0<0<1狀態(tài)，系統(tǒng)為衰減振蕩過程；e、K為何值時，根軌跡與0=0.707等阻尼線相交，閉環(huán)極點有一對實部為負的共軛復數(shù)，系統(tǒng)呈現(xiàn)最佳衰減振蕩過程。a、Ga、G(s)=s（s+1）（s+3），增加開環(huán)零點z=-5、】2、-0.4，分析對系統(tǒng)的影響。（觀察k=5時閉環(huán)的單位階躍響應）Kb、G（s）=—―-，增加開環(huán)極點p=-0.5、-2、-5，分析對系統(tǒng)的影響。（觀察k=5時s（s+1）閉環(huán)的單位階躍響應）（3）系統(tǒng)的框圖如圖圖12系統(tǒng)的框圖。、繪制以為變量的根軌跡，確定臨界阻尼時的值b、繪制無局部反饋時。系統(tǒng)單位斜坡響應的曲線，以求穩(wěn)態(tài)誤差；繪制無局部反饋時Q系統(tǒng)單位階躍響應的曲線，以求系統(tǒng)暫態(tài)性能指標上升時間、峰值時間、超調量以及調整時間）。C、繪制有局部反饋時。系統(tǒng)單位斜坡響應的曲線，以求穩(wěn)態(tài)誤差；繪制有局部反饋時Q系統(tǒng)單位階躍響應的曲線，以求系統(tǒng)暫態(tài)性能指標上升時間、峰值時間、超調量以及調整時間）。2、實驗報告（1）記錄每個實驗所對應的根軌跡圖和相關的單位階躍響應曲線。（2）設計表格記錄增加開環(huán)零極點時系統(tǒng)的動態(tài)性能指標（上升時間、峰值時間、超調量以及調整時間），并給出結論。（3）討論增加局部反饋對系統(tǒng)性能的影響。實驗四線性控制系統(tǒng)的頻域分析1、實驗內容

32()典型二階系統(tǒng)G(s)=s2+2有s+32，繪制。取不同值時的Bode圖。nn(3 匕. . . .)(2)繪制下列各系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的伯德圖和乃奎斯特圖，并求相位裕量和增益裕量，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。a、(1+a、(1+s)(1+2s)b、1s(1+s)(1+2s)c、c、10s(0.1s+1)(0.5s+1)d、Gd、G(s)=1s2(1+s)(1+2s)(3)串聯(lián)校正0.1s+10.01s+1I： 0.1s+10.01s+1G(s廠不二，加入超前校正環(huán)節(jié)G(s)=e'G(s)=1--' 0.7s+1 0.15s+1G(s)=一一，加入滯后校正環(huán)節(jié)G(s)=，G(s)=——「。C 3s+1 c s+1。、繪制系統(tǒng)附加校正前后的 圖，求出它們相角裕度和增益裕度，進行比較分析。b、繪制系統(tǒng)附加零、極點前后的單位階躍響應曲線，記錄它們的性能指標(上升時間、峰值時間、超調量以及調整時間)，并給出結論。2、實驗報告(1)記錄每個實驗所對應的伯德圖和奈氏圖。(2)設計表格記錄不同系統(tǒng)的相位裕量和幅值裕量以及穩(wěn)定性。(3)討論加入超前或滯后校正對系統(tǒng)的影響。實驗五 連續(xù)系統(tǒng)的PID校正1、實驗內容(1)系統(tǒng)動態(tài)性能的改善比例微分

測速反饋_25G(s尸三,圖13系統(tǒng)的校正框圖測速反饋_25G(s尸三,圖13系統(tǒng)的校正框圖T==0.1,1,5,觀察參數(shù)T”勺變化對系統(tǒng)的影響。圖14系統(tǒng)的校正框圖Kt=0.1,1,5,觀察參數(shù)Kt的變化對系統(tǒng)的影響。(2)PID校正裝置對系統(tǒng)性能的影響a、比例()控制器e輸出V0圖15沒加入比例控制器的系統(tǒng)仿真圖加入比例控制器之前和之后的系統(tǒng)輸出V0圖15沒加入比例控制器的系統(tǒng)仿真圖b、積分（）控制器圖16加入比例控制器的系統(tǒng)仿真圖輸入b、積分（）控制器圖16加入比例控制器的系統(tǒng)仿真圖輸入eKI

s輸出V0積分控制器校正的控制系統(tǒng)Simulink仿真如圖，得出輸出曲線。圖17僅加入積分控制器的系統(tǒng)仿真圖c、比例積分（I控制器的校正仿真比例積分控制器校正的控制系統(tǒng)Simulink比例積分控制器校正的控制系統(tǒng)Simulink仿真如圖18所示，圖16和圖1做7比較。得出輸出曲線，并與圖15、圖18加入比例積分控制器的系統(tǒng)仿真圖d圖18加入比例積分控制器的系統(tǒng)仿真圖d、比例微分（）控制器未加入比例微分控制器校正的控制系統(tǒng)Simulink仿真如圖19所示，校正后如圖20所示。得出相應的輸出曲線，并做比較。圖19沒加入控制器的系統(tǒng)仿真圖圖加入比例微分控制器的系統(tǒng)仿真圖e、比例積分微分（）控制器PID控制器校正的控制系統(tǒng)Simulink仿真，校正前如圖21所示，校正后如圖22所示。得出相應的輸出曲線，并做比較。圖21沒加入控制器的系統(tǒng)仿真圖圖加入控制器的系統(tǒng)仿真圖仿真 控制器的比例P、積分I、微分D參數(shù)發(fā)生變化時，其相應的輸出曲線，設計表格比較在不同參數(shù)下，系統(tǒng)的性能指標，以理解比例、積分、微分環(huán)節(jié)的基本控制規(guī)律，及控制器參數(shù)整定的重要性。參考表格如下：暫態(tài)參數(shù)穩(wěn)態(tài)誤差2、實驗報告（1）討論比例微分和測速反饋兩種方式對系統(tǒng)動態(tài)性能的改善，并探討對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的影響。（）通過校正的單位階躍響應曲線，分析每種校正方式的意義。（3）總結系統(tǒng)校正方式及相應的作用（包括超前和滯后校正）。Matlab簡單指令一、多項式1、多項式并求根P=[abcd]r=roots(p)2、根據(jù)根構造多項式r=[abcd];p=poly(r)3、多項式的乘積A=[];B=[];C=conv(A,B)二、傳遞函數(shù)的表示1、多項式形式傳遞函數(shù)(1)num=[];den=[];G=tf(num,den)(2)多項式乘積構成num=k*conv([],[]);den=conv([],conv([],[])G=tf(num,den)2、零極點傳遞函數(shù)G=zpk(z,p,k)z=[]零點；p=[]極點；k為增益3、單位反饋閉環(huán)傳遞函數(shù)H=feedback(G,1)G為開環(huán)傳遞函數(shù)三、傳遞函數(shù)形式的轉換1、傳遞函數(shù)轉換為零極點形式[z,p,k]=tf2zp(num,den)G=zpk(z,p,k)2、零極點形式轉換為傳遞函數(shù)[num,den]=zp2tf(z,p,k)G=tf(num,den)四、線性系統(tǒng)的分析1、系統(tǒng)的脈沖響應impulse(G)或：t=a:b:cimpulse(G,t)a起始時間，b間隔時間，c終止時間2、系統(tǒng)的階躍響應和斜坡響應step(G)ste