自動(dòng)控制原理MATLAB實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)的MATLAB仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?■熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模塊的使用方法。2■通過(guò)觀察典型環(huán)節(jié)在單位階躍信號(hào)作用下的動(dòng)態(tài)特性，加深對(duì)各典型環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線的理解。3■定性了解各參數(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)原理1■比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為Z RG(s)=——2=——2=—2 R=100K,R=200KZ R 1 211其對(duì)應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1所示。Gmi「i Gmi「i ￡i：：i：ipR"=RCR"=RC+12120.2s+1圖1比例環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形2■慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為R=100K,R=200K,C=1uf121其對(duì)應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖2所示。圖2慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形3■積分環(huán)節(jié)（I）的傳遞函數(shù)為R=100K,CR=100K,C=1uf1一RCs 0.1s11其對(duì)應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖3所示。Ir^nsterFi：：nIr^nsterFi：：n圖3圖3積分環(huán)節(jié)的模擬電路及及SIMULINK圖形4■微分環(huán)節(jié)（D）的傳遞函數(shù)為G(s)一？一R1C1s一s1R=100K,G(s)一？一R1C1s一s1R=100K,C=10wfi 1C<<C21=0.01uf其對(duì)應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖4所示。StepDeriuativp圖4微分環(huán)節(jié)的模擬電路及及SIMULINK圖形5■比例+微分環(huán)節(jié)（PD）的傳遞函數(shù)為7 RG(s)=—-=—-2(RCs+1)=—(0.1s+1)7 R 1111R=R=100K,C=10uf121C<<C=0.01uf其對(duì)應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖5所示。StepDerivjtive學(xué)號(hào)：圖5比例+微分環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形曲線6■比例+積分環(huán)節(jié)（PI）的傳遞函數(shù)為=-(1+-)sR=R=100K,C=10uf=-(1+-)s121Stsp Integrator其對(duì)應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖6Stsp Integrator三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容圖6比例+積分環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形曲線三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按下列各典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，建立相應(yīng)的SIMULINK仿真模型，觀察并記錄其單位階躍響應(yīng)波形。比例環(huán)節(jié)G(s)=1和G(s)=2；11慣性環(huán)節(jié)G(s)=丄和G(s)=-一1s+1 2 0.5s+1積分環(huán)節(jié)q(s)=A；微分環(huán)節(jié)G(s)=s1比例+微分環(huán)節(jié)(PD)G(s)=s+2和G(s)=s+112比例+積分環(huán)節(jié)(pi)g(s)=1+ys和g(s)=1+y2s四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告記錄各環(huán)節(jié)的單位階躍響應(yīng)波形，并分析參數(shù)對(duì)響應(yīng)曲線的影響。比例環(huán)節(jié)：G(s)=1(如圖7所示)1

G(s)=2(如圖8所示)1慣性環(huán)節(jié)：如圖10所示）G（s）=丄（如圖如圖10所示）1s+1積分環(huán)節(jié)：q（s）=苴（如圖11所示）微分環(huán)節(jié)：GJs）=s（如圖12所示）比例+微分環(huán)節(jié)（PD）：G（s）=s+2（如圖13所示）1

G（s）=s+1（如圖14所示）2G2G2（s）=1+5如圖16所示）比例+積分環(huán)節(jié)（PI）：G（s）=1+1s（如圖15所示）5班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)二基于MATLAB控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)分析一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(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。掌握準(zhǔn)確讀取動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)的方法。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)報(bào)告已知單位負(fù)反饋前向通道的傳遞函數(shù)為：G(s)=51?試作出其單位階躍響應(yīng)曲線，準(zhǔn)確讀出其動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，并記錄數(shù)據(jù)。分析sn不變時(shí)，改變阻尼比，觀察閉環(huán)極點(diǎn)的變化及其階躍響應(yīng)的變化。當(dāng)=0,,,，1，時(shí)，求對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)、自然振蕩頻率及階躍響應(yīng)曲線。3.保持=不變，分析3n變化時(shí)，閉環(huán)極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的影響。當(dāng)n=10,30,50時(shí)，求系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。4.分析系統(tǒng)零極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)三基于MATLAB控制系統(tǒng)的根軌跡及其性能分析一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖炀氄莆帐褂肕ATLAB繪制控制系統(tǒng)零極點(diǎn)圖和根軌跡圖的方法。學(xué)會(huì)分析控制系統(tǒng)根軌跡的一般規(guī)律。利用根軌跡圖進(jìn)行系統(tǒng)性能分析。研究閉環(huán)零、極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。二、 實(shí)驗(yàn)原理根軌跡與穩(wěn)定性當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益從變化時(shí)，若根軌跡不會(huì)越過(guò)虛軸進(jìn)入s右半平面，那么系統(tǒng)對(duì)所有的K值都是穩(wěn)定的；若根軌跡越過(guò)虛軸進(jìn)入s右半平面，那么根軌跡與虛軸交點(diǎn)處的K值，就是臨界開(kāi)環(huán)增益。應(yīng)用根軌跡法，可以迅速確定系統(tǒng)在某一開(kāi)環(huán)增益或某一參數(shù)下的閉環(huán)零、極點(diǎn)位置，從而得到相應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。根軌跡與系統(tǒng)性能的定性分析穩(wěn)定性。如果閉環(huán)極點(diǎn)全部位于s左半平面，則系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的，即穩(wěn)定性只與閉環(huán)極點(diǎn)的位置有關(guān)，而與閉環(huán)零點(diǎn)位置無(wú)關(guān)。運(yùn)動(dòng)形式。如果閉環(huán)系統(tǒng)無(wú)零點(diǎn)，且閉環(huán)極點(diǎn)為實(shí)數(shù)極點(diǎn)，則時(shí)間響應(yīng)一定是單調(diào)的；如果閉環(huán)極點(diǎn)均為復(fù)數(shù)極點(diǎn)，則時(shí)間響應(yīng)一般是振蕩的。超調(diào)量。超調(diào)量主要取決于閉環(huán)復(fù)數(shù)主導(dǎo)極點(diǎn)的衰減率，并與其它閉環(huán)零、極點(diǎn)接近坐標(biāo)原點(diǎn)的程度有關(guān)。調(diào)節(jié)時(shí)間。調(diào)節(jié)時(shí)間主要取決于最靠近虛軸的閉環(huán)復(fù)數(shù)極點(diǎn)的實(shí)部絕對(duì)值；如果實(shí)數(shù)極點(diǎn)距虛軸最近，并且它附近沒(méi)有實(shí)數(shù)零點(diǎn)，則調(diào)節(jié)時(shí)間主要取決于該實(shí)數(shù)極點(diǎn)的模值。實(shí)數(shù)零、極點(diǎn)影響。零點(diǎn)減小閉環(huán)系統(tǒng)的阻尼，從而使系統(tǒng)的峰值時(shí)間提前，超調(diào)量增大；極點(diǎn)增大閉環(huán)系統(tǒng)的阻尼，使系統(tǒng)的峰值時(shí)間滯后，超調(diào)量減小。而且這種影響將其接近坐標(biāo)原點(diǎn)的程度而加強(qiáng)。三、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G(s)H(s)二 S2+5s+5 ，繪制系統(tǒng)的零極點(diǎn)圖。s(s+1)(s2+2s+2)2.若已知系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，繪制控制系統(tǒng)的根軌跡圖，并分析根軌跡的一般規(guī)律。G(s)H(s)=kG(s)H(s)=ks(s+1)(s+2)實(shí)驗(yàn)線性系統(tǒng)的頻域分析實(shí)驗(yàn)線性系統(tǒng)的頻域分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?■掌握用MATLAB語(yǔ)句繪制各種頻域曲線。2．掌握控制系統(tǒng)的頻域分析方法。二、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1．典型二階系統(tǒng)32 n s2+23s+32nn繪制出3二6,匚=0.1,,,,2的bode圖，記錄并分析匚對(duì)系統(tǒng)bode圖的影響。n2．系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為

10G10G(')_s2(5s-1)(s+5)G(s)二G(s)二s2(s+15)(s2+6s+10)4(s/3+1)s(0.02s+1)(0.05s+1)(0.1s+1)繪制系統(tǒng)的Nyquist曲線、Bode圖，說(shuō)明系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并通過(guò)繪制階躍響應(yīng)曲線驗(yàn)證。3■已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G3■已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)二s+1s2(0.1s+1)。求系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)截止頻率、穿越頻率、幅值裕度和相位裕度。應(yīng)用頻率穩(wěn)定判據(jù)判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4．根據(jù)頻域分析方法分析系統(tǒng)，說(shuō)明頻域法分析系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)五線性系統(tǒng)串聯(lián)校正一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?■熟練掌握用MATLAB語(yǔ)句繪制頻域曲線。2．加深理解串聯(lián)校正裝置對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的校正作用二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用PI調(diào)節(jié)器串聯(lián)校正對(duì)于給定的單位反饋閉環(huán)系統(tǒng)，如圖1所示：8.15 _9 (1+0.05s)(1+0.01s)圖1原閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為G(s)=6.13(1*0.05s)，試畫(huà)出原系統(tǒng)及各校正環(huán)節(jié)的模cs擬線路圖及校正前后系統(tǒng)的閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖，記錄測(cè)試數(shù)據(jù)及響應(yīng)波形，并分析校正前后系統(tǒng)的性能。采用PD調(diào)節(jié)器串聯(lián)校正對(duì)于給定的單位反饋閉環(huán)系統(tǒng)，如圖2所示圖2原閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為G(s)=8(1+0.25s)，試畫(huà)出原系統(tǒng)及各校正環(huán)節(jié)的模擬c線路圖及校正前后系統(tǒng)的閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖，記錄測(cè)試數(shù)據(jù)及響應(yīng)波形