自动控制原理仿真报告文档格式.docx
《自动控制原理仿真报告文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动控制原理仿真报告文档格式.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
2．各章节实验内容及要求
1）第三章线性系统的时域分析法
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；
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；
在MATLAB环境下完成英文讲义P153.E3.3。
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。
2）第四章线性系统的根轨迹法
在MATLAB环境下完成英文讲义P157.E4.5；
利用MATLAB绘制教材P181.4-5-（3）；
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。
3）第五章线性系统的频域分析法
利用MATLAB绘制本章作业中任意2个习题的频域特性曲线；
4）第六章线性系统的校正
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。
5）第七章线性离散系统的分析与校正
利用MATLAB完成教材P383.7-20的最小拍系统设计及验证。
利用MATLAB完成教材P385.7-25的控制器的设计及验证。
二．仿真实验时间安排及相关事宜
1．依据课程教学大纲要求，仿真实验共6学时，教师可随课程进度安排上机时间，学生须在实验之前做好相应的准备，以确保在有限的机时内完成仿真实验要求的内容；
2．实验完成后按规定完成相关的仿真实验报告；
3．仿真实验报告请参照有关样本制作并打印装订；
4．仿真实验报告必须在本学期第15学周结束之前上交授课教师。
自动化系《自动控制原理》课程组
第三章线性系统的时域分析
3-5设单位反馈系统的开环传递函数为
G（s）
=
试求系统在单位阶跃输入下的动态性能。
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。
（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=3.36s，超调量为（1.37-1）/1=37%，调节时间为ts=8.3s
（3）两种情况动态性能比较
忽略闭环零点的系统阻尼比变大，使调节时间、超调量变大，上升时间、峰值时间变大，使系统动态性能变差
3-9设控制系统如图3-9所示。
要求：
（1）取T1=0，T2=0.1，计算测速反馈校正系统的超调量，调节时间和速度误差；
2）取T1=0.1，T2=0，计算测速反馈校正系统的超调量，调节时间和速度误差；
（1）τ1=0τ2=0.1
（2）τ1=0.1τ2=0
E3.3
Aclosed-loopcontrolsystemisshowninFigure3.2DeterminethetransferfunctionC（s／）R（s）;
Determinethepolesandzerosofthetransferfunction;
Useaunitstepinput,R（s）=1／s,andobtainthepartialfractionexpansionforC（s）Andthesteady-statevalue.Plotc（t）anddiscusstheeffectoftherealandcomplexpolesofthetransferfunction.
由图得，超调量是0.1，调节时间是1.2s。
第四章线性系统的根轨迹法
E4.5
AcontrolsystemasshowninFig4.1hasaplantG（s）=
1）WhenGc（s）=K,showthatthesystemisalwaysunstablebysketchingtherootlocus,
2）WhenGc（s）=
sketchtherootlocusanddeterminetherangeofKforwhichthesystemisstable.DeterminethevalueofKandthecomplexrootswhentworootslieonthejw-axis.
1）程序：
G=tf（[1],[1-10]）;
rlocus（G）;
有图得，当Gc（s）=k且不论k取任何值的时候系统的跟轨迹始终在右半平面，系统始终不稳定
（2）程序：
G=tf（[12],[119-200]）;
由图得，根轨迹和虚轴的交点分别是-0.00620+j1.53，-0.0389-j1.59，增益分别是21.3和23.9。
发现当Gc（s）=k（s+2）/（s+20）时根轨迹图向左半平面弯曲，系统的动态性能变好，系统稳定性变好。
由此可见，闭环零点可以改善系统的动态性能和稳定性。
4.5设单位反馈控制系统的开环传递函数如下，要求：
（1）确定G（s）=
产生纯虚根的开环增益；
（2）确定G（s）=
产生纯虚根为+-j1的z值和K*值;
（3）概略绘出G（s）=
.的闭环根轨迹图。
程序：
Togetstarted,selectMATLABHelporDemosfromtheHelpmenu.
>
G=zpk（[],[0-1-3.5-3-2i-3+2i],1）;
rlocus（G）;
由图，分离点坐标为（-0.419,0）；
根轨迹于虚轴交点增益为72.4与虚轴交点坐标为（0，±
1.09）
4-10.设反馈控制系统中G（s）=K*/s^2（s+2）（s+5）,H（s）=1
要求，1概略绘出系统的根轨迹图，并判断闭环系统的稳定性
2如果改变反馈通路传递函数，使H（s）=1+2S，试判断系统H（s）改变后系统的稳定性，研究其改变所产生的效应Togetstarted,selectMATLABHelporDemosfromtheHelpmenu.
G1=zpk（[],[00-2-5],1）;
G2=zpk（[-0.5],[00-2-5],1）;
figure
（1）
rlocus（G1）;
figure
（2）
rlocus（G2）;
由图得，根轨迹向左半平面弯曲，改善了系统的稳定性，当H（s）=2s+1时，系统多了一个开环零点，由此可见，开环零点可以改善系统的稳定性
第五章线性系统的频域分析法
5-11绘制下列传递函数的对数幅频渐近特性曲线：
传递函数G（s）=2/（2s+1）*（8s+1）,在半对数坐标纸上绘制系统开环对
数频率特性曲线。
Togetstarted,selectMATLABHelporDemosfromtheHelpmenu.
G=tf（[1,1],conv（[0.5,1,0],[1/9,1/3,1]））;
bode（G）;
grid
5-16已知系统开环传递函数为
G（S）=
试根据奈氏判据，确定其闭环稳定条件：
（1）T=2时，K值的范围；
（2）K=10，T值的范围；
（3）K.T值的范围。
答：
K1=1;
T1=2;
G1=tf（[K1],[conv（[conv（[1,0],[T1,1]）],[1,1]）]）;
G11=feedback（G1,1）;
K2=2;
T2=0.5;
G2=tf（[K2],[conv（[conv（[1,0],[T2,1]）],[1,1]）]）;
G21=feedback（G2,1）;
K3=2;
T3=0.5;
G3=tf（[K2],[conv（[conv（[1,0],[T3,1]）],[1,1]）]）;
G31=feedback（G3,1）;
figure
（1）;
step（G11）;
grid;
figure
（2）;
step（G21）;
figure（3）;
step（G31）;
响应曲线图一：
响应曲线二：
响应曲线三：
第六章线性系统的校正方法
6-1设有单位反馈的火炮指挥仪伺服系统，其开环传递函数为
G
（s）=
若要求系统最大输出速度12./s,输出位置的容许误差小于2.,试求：
确定满足上述指标的最小K值，计算该K值下系统的相角裕度和幅值裕度；
在前向通路中串接超前校正网络
Gc（s）=
计算校正后系统的相角裕度和幅值裕度，说明超前校正对系统动态性能的影响
答：
取k=6,
Go=zpk（[],[0-5-2],60）
Gc=tf（[0.41],[0.081]）
G=series（Gc,Go）
sys1=feedback（Go,1）;
sys2=feedback（G,1）;
margin（Go）;
gtext（'
校正前'
）;
）
holdon;
[ho,ro,wxo,wco]=margin（Go）
margin（G）;
校正后'
）;
[h,r,wx,wc]=margin（G）
step（sys1）;
gtext（'
holdon;
step（sys2）;
运行结果：
ho=1.1667ro=4.0534wxo=3.1623wco=2.9240
h=3.1249r=29.7673wx=7.3814wc=3.8473
6.2设单位反馈系统的开环传递函数
Go（s）=
试设计一串联超前校正装置，使系统满足如下指标：
（1）相角裕度у﹥﹦45
（2）在单位斜坡输入下的稳态误差
Ess﹤
rad
（3）截止频率wc﹥﹦7.5rad/s.
解：
k=15;
G0=zpk（[],[0-1],k）;
[h0,r,wx,wc]=margin（G0）
wm=7.5
L=bode（G0,wm）;
Lwc=20*log10（L）
a=10^（-0.1*Lwc）
T=1/（wm*sqrt（a））;
phi=asin（（a-1）/（a+1））
Gc=（1/a）*tf（[a*T1],[T1]）;
Gc=a*Gc;
G=Gc*G0;
bode（G,'
r'
G0,'
b--'
a=0.2544phi=-0.6364h=In
升级会员 