自动控制系统原理MATLAB实验资料报告材料.doc

word实验一 典型环节的MATLAB仿真一、实验目的1熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。2通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。3定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。二、实验原理1比例环节的传递函数为 其对应的模拟电路与SIMULINK图形如图1所示。图1 比例环节的模拟电路与SIMULINK图形2惯性环节的传递函数为其对应的模拟电路与SIMULINK图形如图2所示。图2惯性环节的模拟电路与SIMULINK图形 3积分环节(I)的传递函数为其对应的模拟电路与SIMULINK图形如图3所示。图3 积分环节的模拟电路与与SIMULINK图形4微分环节(D)的传递函数为其对应的模拟电路与SIMULINK图形如图4所示。图4 微分环节的模拟电路与与SIMULINK图形5比例+微分环节PD的传递函数为其对应的模拟电路与SIMULINK图形如图5所示。图5比例+微分环节的模拟电路与SIMULINK图形曲线6比例+积分环节PI的传递函数为其对应的模拟电路与SIMULINK图形如图6所示。图6比例+积分环节的模拟电路与SIMULINK图形曲线三、实验容按如下各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。 比例环节和； 惯性环节和 积分环节 微分环节 比例+微分环节PD和 比例+积分环节PI和四、实验报告记录各环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响。 比例环节：如图7所示如图8所示 惯性环节：如图9所示 如图10所示 积分环节： 如图11所示 微分环节：如图12所示 比例+微分环节PD：如图13所示如图14所示 比例+积分环节PI： 如图15所示如图16所示实验二 基于MATLAB控制系统单位阶跃响应分析一. 实验目的1. 学会使用MATLAB编程绘制控制系统的单位阶跃响应曲线。2. 研究二阶控制系统中，wn对系统阶跃响应的影响。3. 掌握准确读取动态特性指标的方法。4. 分析二阶系统闭环极点和闭环零点对系统动态性能的影响。二、实验报告单位负反响前向通道的传递函数为： 1. 试作出其单位阶跃响应曲线，准确读出其动态性能指标，并记录数据。2. 分析n不变时，改变阻尼比 ，观察闭环极点的变化与其阶跃响应的变化。当x0，1，时，求对应系统的闭环极点、自然振荡频率与阶跃响应曲线。3. 保持x不变，分析n变化时，闭环极点对系统单位阶跃响应的影响。当wn10，30，50时，求系统的阶跃响应曲线。4. 分析系统零极点对系统阶跃响应的影响。实验三 基于MATLAB控制系统的根轨迹与其性能分析一、实验目的1. 熟练掌握使用MATLAB绘制控制系统零极点图和根轨迹图的方法。2. 学会分析控制系统根轨迹的一般规律。3. 利用根轨迹图进展系统性能分析。4. 研究闭环零、极点对系统性能的影响。二、实验原理1. 根轨迹与稳定性当系统开环增益从变化时，假设根轨迹不会越过虚轴进入s右半平面，那么系统对所有的K值都是稳定的；假设根轨迹越过虚轴进入s右半平面，那么根轨迹与虚轴交点处的K值，就是临界开环增益。应用根轨迹法，可以迅速确定系统在某一开环增益或某一参数下的闭环零、极点位置，从而得到相应的闭环传递函数。2. 根轨迹与系统性能的定性分析1稳定性。如果闭环极点全部位于s左半平面，如此系统一定是稳定的，即稳定性只与闭环极点的位置有关，而与闭环零点位置无关。2运动形式。如果闭环系统无零点，且闭环极点为实数极点，如此时间响应一定是单调的；如果闭环极点均为复数极点，如此时间响应一般是振荡的。3超调量。超调量主要取决于闭环复数主导极点的衰减率，并与其它闭环零、极点接近坐标原点的程度有关。4调节时间。调节时间主要取决于最靠近虚轴的闭环复数极点的实部绝对值；如果实数极点距虚轴最近，并且它附近没有实数零点，如此调节时间主要取决于该实数极点的模值。5实数零、极点影响。零点减小闭环系统的阻尼，从而使系统的峰值时间提前，超调量增大；极点增大闭环系统的阻尼，使系统的峰值时间滞后，超调量减小。而且这种影响将其接近坐标原点的程度而加强。三、实验报告1. 系统的开环传递函数 ，绘制系统的零极点图。2. 假设系统开环传递函数，绘制控制系统的根轨迹图，并分析根轨迹的一般规律。实验四 线性系统的频域分析一、实验目的1掌握用MATLAB语句绘制各种频域曲线。2掌握控制系统的频域分析方法。二、实验报告1典型二阶系统绘制出，0.3，0.5，0.8，2的bode图，记录并分析对系统bode图的影响。2系统的开环传递函数为绘制系统的Nyquist曲线、Bode图，说明系统的稳定性，并通过绘制阶跃响应曲线验证。 3系统的开环传递函数为。求系统的开环截止频率、穿越频率、幅值裕度和相位裕度。应用频率稳定判据判定系统的稳定性。4根据频域分析方法分析系统，说明频域法分析系统的优点。实验五 线性系统串联校正一、实验目的1熟练掌握用MATLAB语句绘制频域曲线。2加深理解串联校正装置对系统动态性能的校正作用。二、实验容1） 采用PI调节器串联校正对于给定的单位反响闭环系统，如图1所示： 图1 原闭环系统结构图串联校正装置的传递函数为，试画出原系统与各校正环节的模拟线路图与校正前后系统的闭环结构图，记录测试数据与响应波形，并分析校正前、后系统的性能。2） 采用PD调节器串联校正对于给定的单位反响闭环系统，如图2所示：图2 原闭环系统结构图串联校正装置的传递函数为，试画出原系统与各校正环节的模拟线路图与校正前后系统的闭环结构图，记录测试数据与响应波形，并分析校正前、后系统的性能。3） 采用PID调节器串联校正对于给定的单位反响闭环系统，如图3所示：图3 原闭环系统结构图串联校正装置的传递函数为，试画出原系统与各校正环节的模拟线路图与校正前后系统的闭环结构图，记录测试数据与响应波形，并分析校正前、后系统的性能。13 / 13