自动控制理论实验报告3.docx

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自动控制理论实验报告3

HarbinInstituteofTechnology

实验报告

姓名：

学号：

课程名称：

实验名称：

实验序号：

实验日期：

实验室名称：

同组人：

实验成绩：

总成绩：

教师评语：

教师签字：

年月日

线性系统的Simulink仿真和控制系统的设计和校正

A．线性系统的Simulink仿真

一、实验目的

1、学习使用Simulink搭建系统模型的方法；

2、学习使用Simulink进行系统仿真及观测稳定性及过渡过程。

2、实验内容

1、典型环节单位阶跃响应曲线

（1）比例环节

（2）积分环节

（3）比例积分环节

（4）惯性环节

求：

1）各典型环节单位阶跃响应结构图

2）观察记录示波器Scope中各典型环节的单位阶跃响应曲线

2、已知系统如图所示，若输入信号r（t）=1（t），扰动信号n=0.1*1（t），

求：

1）仅在输入信号r（t）=1（t）作用下，令扰动信号n=0.在示波器scope中观察系统的单位阶跃响应曲线并读出单位阶跃响应误差。

2）仅在扰动信号n=0.1*1（t）作用下，令输入信号r（t）=1（t）=0.在示波器scope中观察系统的单位阶跃响应曲线并读出单位阶跃响应误差。

3）求出系统总的稳态误差。

3、实验步骤

1．运行MATLAB,键入Simulink，回车，出现SimulinklibraryBrowser

界面，然后打开file→New→Model→出现新建模型窗口。

2．在窗口中选Simulink→Sources→Step（阶跃信号模块），选中后将它拖到新建模型窗口中，双击Step模块，设置参数。

3．参考表中路径调用实验中所用模块。

4．连接模块的操作方法：

用鼠标指向源模块的输出端口，当鼠标变成十字形时按住鼠标左键不放，然后拖动鼠标指向目标模块输入端口后松开。

5．点击simulation→Star运行。

双击示波器scope，观察响应波形。

6.保存系统仿真原理图及仿真结果，以备书写实验报告。

4、实验结果

1、典型环节单位阶跃响应曲线

（1）比例环节

图1比例环节的结构图

结果：

图2比例环节的单位阶跃响应曲线

比例环节中，比例系数K=2，从图2可以看到，输入为红色直线，输出为黑色直线，输出信号是输入信号的2倍，实验结果与理论相符。

（2）积分环节

图3积分环节的结构图

结果：

图4积分环节的单位阶跃响应曲线

积分环节中，比例系数K=0.5，从图4可得，输出为一条直线，斜率为0.5，试验结果与理论相符。

（3）比例积分环节

图5比例积分环节的结构图

结果：

图6比例积分环节的单位阶跃响应曲线

比例积分环节相当于比例环节和积分环节的叠加，比例环节的增益

=0.5，积分环节的比例系数

=2，从图6结果可知，输出是初值为0.5、斜率为2的直线，实验结果与理论相符。

（4）惯性环节

图7惯性环节的结构图

结果：

图8惯性环节的单位阶跃响应曲线

惯性环节中，比例系数K=0.5，时间常数

，从图8曲线可知，输出曲线起始斜率为1（=

），稳态值为0.5（即K），实验结果与理论相符。

2.

（1）当r（t）=1（t），n（t）=0时，系统的单位阶跃响应如图9所示，单位阶跃响应误差为0；

图9r（t）=1（t），n（t）=0时，系统的单位阶跃响应

（2）当r（t）=0，n（t）=0.1*1（t）时，系统的单位阶跃响应如图10，单位阶跃响应误差为-0.1；

图10r（t）=0，n（t）=0.1*1（t）时，系统的单位阶跃响应

（3）当r（t）=1（t），n（t）=0.1*1（t）时，系统的单位阶跃响应如图11，总的稳态误差为-0.1。

图11r（t）=1（t），n（t）=0.1*1（t）时，系统的单位阶跃响应

B．控制系统的设计和校正

一、实验目的

1、对给定系统，设计满足性能指标的校正装置；

2、加深理解校正装置对系统的动、静态性能的校正作用；

3、用MATLAB/Simulink观察校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。

二、实验内容

1、设控制系统原有部分的开环传递函数为

（1）要求设计串联校正装置，使系统具有K=12，

的性能指标。

（2）绘制校正前、后系统的频率特性及单位阶跃相应曲线。

2、设未校正系统原有部分的开环传递函数为：

（1）设计串联校正装置，使系统满足下列性能指标：

K=30，

（2）用时域响应曲线验证。

3、已知反馈校正系统结构图及传数如下：

图12

（1）用综合法设计反馈校正装置，使系统的静态速度误差系数，单位阶跃响应时，超调量

，调整时间

。

（2）用simulink观察反馈校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。

三、实验结果

1．

（1）根据题意，所设计的串联校正装置为：

（2）校正前后系统的bode图及单位阶跃响应曲线如下：

图13校正前系统bode图

图14校正后系统的bode图

图15校正前系统单位阶跃响应曲线

图16校正后系统单位阶跃响应曲线

2．

（1）根据题意，所设计的串联校正装置为：

（2）加入串联校正装置后，系统的单位阶跃响应曲线及单位斜坡响应曲线分别如图17和图18所示：

图17单位阶跃响应曲线

图18单位斜坡响应曲线

3．

（1）根据题意，用综合法设计的反馈校正装置为：

校正前，系统的单位阶跃响应曲线如图19：

图19校正前，系统的单位阶跃响应曲线

校正后，系统的结构图如图20：

图20校正后，系统结构图

系统的单位阶跃响应如图21：

图21校正后，单位阶跃响应曲线

由图21可知，加入校正装置后，系统的单位阶跃响应曲线，系统超调量

，调整时间

，均满足要求。

（2）加入校正前，系统发散；加入反馈校正环节后，系统稳定。