DU自动控制原理仿真实验Word文档格式.docx
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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．依据课程教案大纲要求，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
2018.12
2．各章节实验内容
分析：
原系统:
0.4s+1
sys=-----------
s^2+s+1
忽略闭环零点:
1
sys=-----------
忽略闭环零点的系统阻尼比变大，使调节时间、超调量变小，上升时间、峰值时间变大，使系统动态性能变好。
程序：
G1=tf（[01],[1]>
。
G2=tf（[10],[110]>
G=series（G1,G2>
sys1=feedback（G,1>
t=0:
0.01:
12。
figure
step（sys1,t>
gtext（'
校正前'
>
holdon
G1=tf（[01],[1]>
G2=tf（[10],[120]>
G=series（G1,G2>
sys2=feedback（G,1>
step（sys2,t>
测速反馈校正'
G1=tf（[0.11],[1]>
sys3=feedback（G,1>
step（sys3,t>
比例-微分校正'
结果：
Transferfunction:
10
sys1=------------
s^2+s+10
sys2=--------------
s^2+2s+10
s+10
sys3=--------------
分析:
比例-微分校正：
开环增益、自然频率不变，增加了一个闭环零点，阻尼比变大，使峰值时间上升时间变大，但超调量和调节时间变小，震荡减缓震荡衰减更快。
测速反馈校正：
自然频率不变，阻尼比变大，闭环增益减小，使峰值时间上升时间变大，但超调量和调节时间变小，但加大系统的稳态误差。
G=tf（[6205],[11312810]>
sys=feedback（G,1>
p=roots（[11312810]>
0.02:
5。
figure（1>
step（sys,t>
grid。
6205
sys=----------------------------
s^3+13s^2+1281s+6205
p=0
-6.5000+35.1959i
-6.5000-35.1959i
该特征方程的特征根都具有负实部，响应曲线单调上升，故闭环系统稳定，实数根输出表现为过阻尼单调上升，复数根输出表现为震荡上升。
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。
G1=tf（[5000],[11000]>
G2=tf（[1],[120]>
Ga=series（100,G1>
Gb=series（Ga,G2>
G3=tf（[1],[10]>
Gc=series（Gb,G3>
sys0=feedback（Gc,1>
1。
step（sys0,t>
grid。
gtext（'
sys1=feedback（Gb,0.05>
sys2=series（sys1,G3>
sys=feedback（sys2,1>
校正后'
500000
sys0=---------------------------------
s^3+1020s^2+45000s+500000
添加微分反馈后系统系统扰动减小，自然频率不变，阻尼比变大，由欠阻尼变为过阻尼，使上升时间变大，超调量和调节时间变小，动态性能变好。
但闭环增益减小，加大了系统的稳态误差。
G0=tf（[1],[1-10]>
rlocus（G0>
G=zpk（[-2],[0-201],1>
figure（2>
rlocus（G>
G0=-------
s^2-s
Zero/pole/gain:
（s+2>
G=--------------
s（s+20>
（s-1>
图1：
当Gc（s>
=K时系统根轨迹
图2：
=K（s+2>
/（s+20>
时系统根轨迹
由图1可以看出当Gc（s>
=K时，根轨迹恒在S右半平面，故系统不稳定。
由图2可以看出当Gc（s>
，当K>
21.1时，根轨迹位于S左半平面，系统稳定；
当0<
K<
21.1时，根轨迹位于S右半平面，系统不稳定。
Go=zpk（[],[0-1-3.5-3-j*2-3+j*2],[1]>
rlocus（Go>
selected_point=-0.4194-0.0311i
ans=8.0300
selected_point=0.0071+0.9006i
ans=58.9408
由图，分离点坐标为<
-0.419,0）,分离点增益为8.0300；
根轨迹于虚轴交点增益为58.940,与虚轴交点坐标为<
0，±
1.09）
4-10
G1=zpk（[],[00-2-5],1>
G2=zpk（[-0.5],[00-2-5],1>
rlocus（G1>
figure（2>
rlocus（G2>
当H（s>
=1时系统根轨迹
=1+2s时系统根轨迹
分析：
由图1可以看出，当H（s>
=1时，根轨迹恒有一部分在S右半平面，故系统不稳定。
由图2可以看出，当H（s>
=1+2s时，当0<
45时，根轨迹恒在S左半平面，系统稳定，可见系统稳定性提高.
当引入闭环零点后，使系统的峰值时间提前，减小了系统的阻尼，改善了系统的稳定性，但超调量增大。
5-11（1>
程序：
Go=zpk（[],[-0.5-0.125],[0.125]>
margin（Go>
nyquist（Go>
（2>
num=[808]。
den1=conv（[111],[0.51]>
den=conv（den1,[10]>
Go=tf（num,den>
6-1
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>
。
holdon。
[ho,ro,wxo,wco]=margin（Go>
margin（G>
[h,r,wx,wc]=margin（G>
step（sys1>
holdon。
step（sys2>
h0=1.1667r0=4.0534wx0=3.1623wc0=2.9240
h=3.1249r=29.7673wx=7.3814wc=3.8473
校正前h0=1.1667，h0=1.1667，r0=4.0534，wx0=3.1623，wc0=2.9240；
校正后h=3.1249，r=29.7673，wx=7.3814，wc=3.8473。
可见，相角裕度、幅值裕度、剪切频率、穿越频率均变大，系统频率特性得到改善。
由阶跃响应图可以看出校正后阻尼比变大，峰值时间、超调量和调节时间变小，稳定性和动态性能变好。
6-2
取k=20,
G0=tf（[20],[110]>
[h0,r0,wx0,wc0]=margin（G0>
margin（G0>
gtext（'
Gc=tf（[0.41],[0.0391]>
G=series（Go,Gc>
h0=Infr0=14.7105wx0=Infwc0=3.8089
h=Infr=74.3485wx=Infwc=7.5164
校正前r0=14.7105，wc0=3.8089；
校正后r=74.3485≥45，wc=7.5164≥7.5，ess<
1/15，满足要求。
系统频率特性得到改善。
利用MATLAB完成教材P383.7-20的最小拍系统设计及验证。
G0=tf（[1],[110]>
G=c2d（G0,1>
sys0=feedback（G,1>
1:
30。
sys=tf（[1],[1,0],1>
由图可看出该系统校正后经一拍时间就可以跟踪上输入信号，同时使稳态误差为零。
<
1）取K=150,a=0.7,b=0.4,
G0=tf（[1],[1100]>
t=0:
2.5。
Gc=zpk（[-0.7],[-0.4],150>
G=G0*Gc。
3。
u=t。
lsim（sys,u,t,0>
结果：
由图可看出校正后超调量2为8%<
30%，满足要求。
稳态误差也满足要求。
（3>
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,sys2,5>
连续系统'
离散系统'
由图可见连续系统离散化后，动态性能会恶化且输出有纹波。
（4>
Go=zpk（[],[0,-10],1>
Gd=c2d（Go,0.01,'
zoh'
G1=zpk（[0.993],[0.999],150,0.01>
G=Gd*G1；
；
T=0:
2。
step（sys,sys1,T>
5）程序：
G=series（G0,Gc>
u=t。
lsim（sys,t,u,0>
holdon；
sys=tf（[0.568,-0.1221,-0.3795],[1,-1.79,1.6,-0.743],0.1>
0.1:
比较连续与离散系统的斜坡响应，可以发现离散系统的输出有纹波。
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