2024南京邮电大学自动控制原理上机报告.docx

南京邮电高校试验报告（2024/2024学年其次学期）试验名称：一.限制系统的时域分析二.线性系统的根轨迹探讨三.系统的频率响应与稳定性分析四.连续系统串联校正五.非线性试验课程名称：自动限制原理班级学号:B14011*姓名：飞不起来的胖子试验一限制系统的时域分析1.1试验目的：1 .视察限制系统的时域响应；2 .记录单位阶跃响应曲线；3 .驾驭时间响应分析的一般方法;4 .初步了解限制系统的调整过程。1.2试验步骤：5 .开机进入Matlab2024运行界面。6 .MatIab指令窗："COmmandVVindOw”.运行指令:COlI_sys;进入本次试验主界面。7 .分别双击上图中的三个按键，依次完成试验内容。8 .本次试验的相关MaUab函数：tf(numMdenD可输入一传递函数。SteP(G,t)在时间范围t秒内，画出阶跃响应图。二、试验内容:1.视察一阶系统G=l(T+s)的时域响应：取不同的时间常数T,分别视察该系统的脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应以及单位加速度响应。脉冲响应：T=5sT=9sQ将侬便髀帮Im强PCOSl计算机loIi回60脉神响应阶跃响应。斜坡响应加速度晌应i*ytiiZW时间常数=IlS0O斜坡渝入响应；:J:/:J:，'，'y,广J：J;J×z，/J二,-*：*;,二二一ij5040302010223311tsirt.>1&422016/4/1T=Ilsmatlab2012a-IiiyirlMsL0511822016/4/1T=IlsT=Bs2.二阶系统的时域性能分析：(1)调整时间滑块，使阶跃响应最终出现稳定值。I=HgH阶跃口向应101520结合系统的零极点图,视察自然频率与阻尼比对极点位置的影响。导肮w三US73|OMMMK.三F*.*mm结构图上升时间Tr自然频率3746radc1-1.I用尼比-0.084615-Li响向时间-9.1792，UIH峰侦时间TP调节时间TS超调量Det阶朕喻应自然默率=20746rad*ec上升时间Tr用尼比084615响应时间-9.1792Jl 21蝶伍时间TP调节时间TS超调量Dei自然频率越大，阻尼比越大，零极点之间的角度越小。(3)结合时域响应图，视察自然频率与阻尼比对阶跃响应的影响。Ia片工艮 2页.上升时间Tr峰值时间TP调节时间TS 超调量DeI自然频率 20746radsec I，1明尼比0.8787“'"”"I»1晌应时间-9.1792s“I”4 *1WX)5 W 2O16/4/H自然频率越小，阻尼比越小，系统的阶跃响应幅值越大。(4)调整自然频率与阻尼比，要求：Tr<0,56sTp<1.29sT<5.46超调不大于5%.记录下满意上述要求的自然频率与阻尼比。1.2鳍构洌Administrator如图片10806假值时间自然颉率=6.624radsec阻尼比=0.69058，1晌应时间=20$JjJJ，上升时间Tr=0.48714s，峰值时间Tp=0.65578s/调节时间Ts=0.43202s，超调量DeitM.98%自然频率=6.624radsec阻尼比=0.69058明日5 0 导航第3页.共向I它是制55强费用S.濡& IWWM自然频率=16.9538radsec阻尼比=0.735783.结合自动限制原理一书，Page135,题30.分别视察比例一微分与测速反馈对二阶系统性能的改善。(1).按原始的调整参数输入，调整时间滑块，使阶跃响应最终出现稳定值。OIl_可(2).采纳不同的G输入，视察各项性能指数。调整时间Ts=7.4233s上升时间Tr=I.37IlS超调量Delt=39.5344%峰值时间Tp=2,3191s调整时间Ts=14.846s上升时间Tr=2.7423s超调量I)elt=39.5244%峰值时间Tp=4.6382s(3).分别取不同的K3,视察比例一微分限制对系统性能的改善。比例一微分限制能有效改善系统性能使系统更快趋于稳定。(4)设置不同的K4,视察测速反馈对系统性能的影响。U三yT三czMJIjIJI。I零极点分布阶跃响应测速反馈能有效改善系统性能使系统更快趋于稳定。.调整各个参数，使系统阶跃响应满意:上升时间Tr<3,5s超调量<2%.记录下此时各个参数数据。ZJSeBffiBwWIoIl回IIl3IOlI回U。性能分析试验二线性系统的根轨迹探讨21试验目的(1) 考察闭环系统根轨迹的一般形成规律。(2) 视察和理解引进零极点对闭环根轨迹的影响。(3) 视察、理解根轨迹与系统时域响应之间的联系。(4) 初步驾驭利用产生根轨迹的基本指令和方法。2.2试验内容根轨迹绘制的指令法、交互界面法；复平面极点分布和系统响应的关系。已知单位负反馈系统的开环传递函数为G(三)=F1,试验要求：(s+4s+5)2(1) 试用MATLAB的HoCUS指令,绘制闭环系统根轨迹。(要求写出指令,并绘出图形。)指令：G=tf(l2,18264025)rlocus(G)QFigure1aKleEditViewInsertTlsDesktopWindowHelp、DcJHJ-W黝3*Tb国8Root LocusReal Axs(2) 利用MATLAB的Hocfliid指令，确定根轨迹的分别点、根轨迹与虚轴的交点。(要求写出指令，并给出结果。)指令：rlocfind(G)分别点：-2.0095÷1.0186iK=0.0017与虚轴的交点：-0.0000+3.6025iK=65.8411PJFigure1o()113FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelp0DIala)3人等要/&ioRoot LocusReal Axis(3) 利用MATLAB的rlocfind指令,求出系统临界稳定增益,并用指令验证系统的稳定性。系统临界稳定增益：65.8411由于系统无右半平面的开环极点，且奈奎斯特曲线不包围(，j)点，系统稳定。QFigure1T11IFileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelpZDHlJ-kWJ通上；口百0S-XV AJEBeNyquist Diagram-0.6-0.4-0.2Real AxisO 02 O(4)利用Sisotool交互界面，获得和记录根轨迹分别点、根轨迹与虚轴的交点处的关键参数，并与前面所得的结果进行校对验证。(要求写出记录值，并给出说明。)指令：SISOTOOL(G)fileEditVieWDesignsAnalysisTOdSWindowHelpLoop g changed to O 000169I StatUS Bar:-180 sopoCMd10'*IO9IO1Frequency (rasec)原值：K=0.00017校正值：K=0.000169.20-40&3 (opOPnlMJ2-100.901351W225-27010°10,Frequency (rad'sec)Loopgainchargedto718RkMcfc±onDtotSfarmoredetionOOtiOnS原值：K=65.8411校正值：K=71.8（5）在Sisotool界面上，打开闭环的阶跃响应界面，然后用鼠标使闭环极点（小红方块）从开环极点起先沿根轨迹不断移动，在视察三个闭环极点运动趋向的同时，留意视察系统阶跃响应的变更。依据视察，（八）写出响应中出现衰减振荡重量时的K的取值范围，（B）写出该响应曲线呈现“欠阻尼”振荡型时的K的取值范围。BJLTIViewerforSISODesicnTaskg!C三3|S3|FileEditWindowHelpDm*<<目Q-11ViewerforSISODesignTaskFileEditWindowHelpD昌%Q国.30Step Response101520Time (sec)253035Ooooooooo 6 5 4 3 2 1.1.2LTiViewerqReal-TimeUpdate-40050010001500Time (sec)Oooo 8 6 4 225(A) 0<K<7l.8(B) 0<K<71.8(6)添加零点或极点对系统性能的影响，以二阶系统为例开环传递函数G(三)=z(H+0.6s)添加零点，增加系统阻尼数，超调量减小，在SiSotOol界面上做仿真，写出未添加零点时系统的超调量，峰值，调整时间，添加零点后系统的超调量，峰值，调整时间，并写出系统添加零点的数值，并进行理论分析。(选做)指令：G=tf(l,l0.6OJ)添加零点s=-0.417Ro(X Locus E<Mor for Open Loop 1 (OL1>Opn*Loop Bode EdKor for Open Loop 1 (OLI)FrQUncy (raC)Addd r zero 9 C(> t -O 4177J 11 Viewer tor SISO Design I askL=JU=LJLFile Edit Window Help ReaUTime UpdfLTI Viewer试验三系统的频率响应和稳定性探讨2.3 试验目的(5) 绘制并视察典型开环系统的Nyquist围线。(6) 绘制并视察典型开环系统的Bode图。(7) 运用Nyquist准则推断闭环系统的稳定性。(8) 初步驾驭相关MATLAB指令的运用方法。2.4 预习要求(1) 开环NyqUiSt曲线、Bode图的基本成图规律。(2) 典型开环系统Nyquist围线的成图规律。(3) NyqUiSi原理和运用要领。(4) 阅读和了解相关的MATLAB指令。2.5 试验内容一(必做内容)运用Sisotool交互界面探讨典型开环系统的频率特性曲线，并进行闭环系统稳定性探讨。以下各小题的要求：(A) 依据所给开环传递函数的结构形式，绘制相应的幅相频率曲线和对数幅相频率曲线。(B) 显示出曲线对应的开环传递函数详细表达式。(C) 假如MATLAB指令绘制的幅相频率曲线不封闭，或用文字说明所缺部分曲线的走向，或在图上加以添加所缺曲线；曲线与(-1,0)点的几何关系应足好消纪，能支持推新结论的导出。(D) 对该开环函数构成的单位负反馈系统的稳定性作出推新，说明理由；假如闭环不稳定，则应指出不稳定极点的数目。rK(7)Ul一,八m，其中K,乙，方可取大于0的随意数。(7,5+1)(725+1)取=l,Tl=I,T2=2;指令如下：G=tf(l,231)Transferfunction:12s2+3s+1margin(G)nyquist(G)NyqustDiagram-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81RealAxis(8)'(lv+1)(75+1)(5+1)其中,2,7可取大于0的随意取=l,Tl=I,T2=2,T3=3;指令如下：G=tf(lJ,61161)Transferfunction:16s3+11s2+6s÷1margin(G)nyquist(G)0.8HyquistDiagramK(9)G4=-,其中K,T可取大于°的随意数。5(T15+1)取K=l,TI=I;指令如下：G=tf(l,l10)Transferfunction:1s2+smargin(G)nyquist(G)NyQuetDiagram20r,CK(10)Glf其中,2可取大于0的随意数。s(7s+l)Ws+l)取K=l,TI=I,T2=2;指令如下：G=tf(l,2310)Transferfunction:12s3+3s2+smargin(G)nyquist(G)NyQUiStDiagram厂K(Tx+1)（三）G6K，其中。K可取大于。的随意数。S(TjS+1)(小+1)K=l,Ta=l,Tl=LT2=2；指令如下：G=tf(l1,2310)Transferfunction:s+12s3+3s2+smargin(G)nyquist(G)NyqutstDiagram30.IIIi,i20(12)K2(Tls+l)其中,T可取大于。的随意数。K=I,Tl=I;指令如下：G=tf(l,l100)Transferfunction:1s3+s2margin(G)nyquist(G)NyquistDiagram2011临界稳定K(7>+l)TT(13) Gs=-,7；>7,其中K可取大于O的随意数。s(715+1)K=l,Ta=2,Tl=I;指令如下：G=tf(2l,l100)Transferfunction:2s+1s3+s2margin(G)nyquist(G)临界稳定NyquistDiagram-K(7>+l)TT(14) G9=-<7；，其中K可取大于°的随意数。S(75,+1)K=LTa=I,Tl=2；指令如下：G=tf(ll,2100)Transferfunction:s+12s3+s2margin(G)nyquist(G)临界稳定试验四连续系统串联校正一、试验目的1 .加深理解串联校正装置对系统动态性能的校正作用。2 .对给定系统进行串联校正设计，并通过模拟试验检验设计的正确性。二、试验仪器1 .EL-AT-III型自动限制系统试验箱一台2 .计算机一台三、试验内容1 .串联超前校正(1)系统模拟电路图如图57,图中开关S断开对应未校状况，接通对应超前校正。图5-1超前校正电路图(2)系统结构图如图5-2图5-2超前校正系统结构图图中Gcl(s)=22 (O.055s+l)Gc2(s)=0.005s+l2.串联滞后校正(1)模拟电路图如图5-3,开关S断开对应未校状态，接通对应滞后校正。图5-4滞后系统结构图图中GcKs）=1010（s+l）Gc2（s）=lls+1四、试验步骤1.启动计算机，在桌面双击图标自动限制试验系统运行软件。2 .测试计算机与试验箱的通信是否正常,通信正常接着。如通信不正常查找缘由使通信正常后才可以接着进行试验。超前校正：3 .连接被测量典型环节的模拟电路（图5-1）o电路的输入Ul接D>D卡的DAl输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的ADl输入，将将纯积分电容两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。4 .开关S放在断开位置。5 .在试验项目的下拉列表中选择试验五五、连续系统串联校正。鼠标单击T按钮,弹出试验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的试验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示试验结果，并记录超调量p和调整时间Uo6.开关S接通，重夏步骤5,将两次所测的波形进行比较。并将测量结果记入下表中:校正系统指标校正前校正后阶跃响应曲线见图1.1见图1.2%66.419.1Tp（秒）0.1960.142Ts（秒）1.0460.959滞后校正：7 .连接被测量典型环节的模拟电路（图5-3）o电路的输入Ul接A/D.D/A卡的DAl输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的ADl输入，将纯积分电容两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。8 .开关S放在断开位置。9 .在试验项目的下拉列表中选择试验五五、连续系统串联校正。髓标单击按钮,弹出试验课题参数设置对话框,在参数设置对话框中设置相应的试验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示试验结果，并记录超调量p和调整时间tso10 .开关S接通，重复步骤9,将两次所测的波形进行比较。并将测量结果记入下表中：-3000IOOOO5000 Y图1.1图1.2正系统指标校正前校正后阶跃响应曲线见图2.1见图2.2%77.225.4Tp（秒）0.2220.367Ts（秒）1.2390.951蛉项BaKFiJ:庐Tim¾t!则检正,IllHwMna国氏I-，I般1.二XlOXc100OO100OOYl5000Y2-5000100OOme-imF图2.1XlOX2-100OO:：100OOYx5000Ya-500010000图2.2试验五非线性试验一、试验目的1 .了解非线性环节的特性。2 .驾驭非线性环节的模拟结构。二、试验仪器1 .EL-AT-IH型自动限制系统试验箱一台2 .计算机一台三、试验原理1.非线性特性的测量方法非线性特性的测量线路如图10-1所示。三角波发生器的输出ADl接至被测非线性环节的输入端，而非线性环节的输出接至AD/DA卡的采集输入端DAl。这样运行软件，可以从软件界面上看到输入和输出波形。图10-1非线性特性的测量电路2,三角波信号的产生三角波信号如图10-2所示，是由软件编程后通过D/A转换后从DAl端输出，是一个周期从-5到+5V,然后从+5V至卜5V变更的波形。四、试验内容1.饱和特性、继电器特性和滞环继电器特性模拟电路及输出特性曲线。变更RI、R2、R3、R4的阻值，使a的值大于、等于、小于1,即可得到不同的模拟继电器特性。2.死区特性模拟电路及输出特性曲线。变更RI、R2的阻值可变更死区宽度图10-4死区特性五、试验步骤1 .启动计算机，在桌面双击图标自动限制试验系统运行软件。2 .测试计算机与试验箱的通信是否正常,通信正常接着。如通信不正常查找缘由使通信正常后才可以接着进行试验。3 .连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入Ul接A/D、D/A卡的DAl输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的ADl输入,检查无误后接通电源。4 .在试验项目的下拉列表中选择试验十十、非线性试验。5 .鼠标单击,按钮，弹出试验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的试验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示试验结果结果。6 .观测显示的波形及数据（由试验报告确定），记入表IOT中。表IO-1：参数非线性iRlR2R3R4特性曲线理论值实测值志向继电器特性IOkIOkIOkIOkM=3.906M=3.906饱和特性IOkIOkIOk90ka=3.094k=-1.24a=3.094k=-l.24死区特性200k100k/=2.399k0=-0.667=2.399k0=-0.667滞环特性IOkIOkIOkIka=3.O81b=3.869a=3.081b=3.869志向继电器特性:饱和特性:滞环特性:课程心得和感悟