自控仿真实验.docx
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自控仿真实验
《自动控制原理》MATLAB分析与设计
仿真实验报告
院系：
电气工程与信息工程学院
班级：
姓名：
学号：
时间：
2009年11月27日
第三章线性系统的时域分析法
一、对教材P136.3-5系统进行动态性能仿真，并与忽略闭环零点的系统动态性能进行比较，分析仿真结果。
（1）教材P136.3-5系统动态性能：
SIMULINK仿真图：
仿真结果：
分析：
从图中可以看出：
峰值时间：
tp=3.2s，超调量18.0％，调节时间ts=7.74s。
（2）忽略闭环零点的系统动态性能
SIMULINK仿真图：
仿真结果：
分析：
从图中可以看出：
峰值时间：
tp=3.6s，超调量16.7％，调节时间ts=7.86s。
（3）动态性能比较
SIMULINK仿真图：
仿真结果：
分析：
通过比较可以看出闭环零点对系统动态性能的影响为：
减小峰值时间，使系统响应速度加快，超调量增大。
这表明闭环零点会减小系统阻尼。
二、对教材P136.3-9系统的动态性能及稳态性能通过的仿真进行分析，说明不同控制器的作用；
（1）解：
SIMULINK仿真图：
仿真结果：
分析：
从图中可以看出：
峰值时间：
tp=1.05s，超调量35.1％，调节时间ts=3.54s（△=2％）。
（2）解：
SIMULINK仿真图：
仿真结果：
分析：
从图中可以看出：
峰值时间：
tp=0.94s，超调量37.1％，调节时间ts=3.44s（△=2％）。
总结：
从控制系统稳定性的角度来考察，比较表明系统的稳定性与前馈控制无关；微分反馈使系统的性能得到了改善。
三、在MATLAB环境下完成英文讲义P153.E3.3。
SIMULINK仿真图：
仿真结果：
四、对英文讲义中的循序渐进实例“DiskDriveReadSystem”，在
时，试采用微分反馈使系统的性能满足给定的设计指标。
SIMULINK仿真图：
仿真结果：
第四章线性系统的根轨迹法
一、在MATLAB环境下完成英文讲义P157.E4.5；
（1）解：
MATLAB程序：
>>num=[1];
>>den=[1-10];
>>rlocus（num,den）
仿真结果：
（2）解：
MATLAB程序：
>>z=[-2];
>>p=[01-20];
>>k=1;
>>[num,den]=zp2tf（z,p,k）;
>>rlocus（num,den）
仿真结果:
二、利用MATLAB绘制教材P181.4-5-（3）；
4-5（3）解：
MATLAB程序：
>>G=zpk（[],[0-1-3.5-3-2i-3+2i],1）;
>>rlocus（G）;
仿真结果：
三、在MATLAB环境下选择完成教材第四章习题4-10或4-18，并对结果进行分析。
习题4-10解：
MATLAB程序：
G1=zpk（[],[00-2-5],1）;
G2=zpk（[-0.5],[00-2-5],1）;
figure
（1）
rlocus（G1）;
figure
（2）
rlocus（G2）;
仿真结果：
分析：
由系统的闭环根轨迹可知：
当K*＞22.75时，闭环系统稳定。
第五章线性系统的频域分析法
一、利用MATLAB绘制本章作业中任意2个习题的频域特性曲线。
<1>习题5-11
（2）（第238页）
解：
MATLAB程序：
>>G=tf（[200],conv（[1,1,0,0],[10,1]））;
>>bode（G）;grid
仿真结果：
<2>习题5-11（4）（第238页）
解：
MATLAB程序：
>>G=tf（[10/400,10/10,10],conv（[1,1,0],[1/0.1,1]））;
>>bode（G）;grid
仿真结果：
第六章线性系统的校正
一、利用MATLAB选择设计本章作业中至少2个习题的控制器，并利用系统的单位阶跃响应说明所设计控制器的功能。
<1>习题6-18（第300页）
解：
MATLAB程序：
>>t=0:
0.01:
1;
>>Ka=10;Kb=0;k1=4.16;K2=52.75;K3=1.24;
>>G1=tf（20*K2,[1,3+Kb+20*K3,2+20*Ka+Kb+20*K1,20*K2]）;
>>step（G1,t）;grid;
仿真结果：
分析：
本设计联合采用PID控制器与前置滤波器，使系统具有最小节拍响应，保证系统有良好的稳态性能和动态性能，采用内回路反馈包围被控对象，以减小被控对象参数摄动的影响,使系统具有鲁棒性。
<2>习题6-22（第302页）
解：
MATLAB程序：
>>G0=tf（250,conv（[1,2,0],conv（[1,40],[1,50]）））;
>>Gc=tf（1483.7*[1,3.5],[1,33.75]）;
>>G=series（Gc,G0）;
>>G1=feedback（G,1）;
>>step（G1）;grid
>>
仿真结果：
分析：
该设计中采用超前校正网络来满足它的指标要求，通过相位超前特性获得所需要的结果，超前校正通常用来改善稳定裕度，另外，超前校正需要一个附加的放大器，以补偿超前网络本身的衰减。
第七章线性离散系统的分析与校正
一、利用MATLAB完成教材P383.7-20的最小拍系统设计及验证。
MATLAB程序：
T=1;
t=0:
1:
10;
sys=tf（[0,1],[1,0],T）;
step（sys,t）;
axis（1,10,0,1.2）;
grid;
xlabel（'t'）;
ylabel（'c（t）'）;
仿真结果：
结果：
与理论相符。
二、利用MATLAB完成教材P385.7-25的控制器的设计及验证。
MATLAB程序：
T=0.1;
sys1=tf（[150,105],[1,10.1,151,105]）;
sys2=tf（[0.568,-0.1221,-0.3795],[1,-1.79,1.6,-0.743],T）;
step（sys1,sys2,4）;
grid;
仿真结果：
结果：
与理论相符。
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