控制系统时间响应分析实验报告.docx
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控制系统时间响应分析实验报告
实验一、“控制系统时间响应分析”实验报告
一、实验类型
验证性实验
二、实验目的
1、求系统在时间常数τ不同取值时的单位脉冲、单位阶跃响应和任意输入响应，熟悉系统时间响应的定义和图形曲线
2、求系统的上升时间、峰值时间、最大超调量和调整时间等性能指标，熟悉系统瞬态性能指标的定义。
三、实验仪器与设备（或工具软件）
计算机，MATLAB软件
四、实验内容、实验方法与步骤
已知系统传递函数
1、求系统在时间常数τ不同取值时的单位脉冲、单位阶跃响应和任意输入响应。
应用impulse函数，可以得到τ=0，τ=0.0125、τ=0.025时系统单位脉冲响应；应用step函数，同样可以得到τ=0，τ=0.0125、τ=0.025时系统单位阶跃响应。
2、求系统的瞬态性能指标
5、实验结果
1、系统在时间常数τ不同取值时的单位脉冲、单位阶跃响应和任意输入响
t=[0:
0.01:
0.8];%仿真时间区段
nG=[50];
tao=0; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G1=tf（nG,dG）;
tao=0.0125; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G2=tf（nG,dG）;
tao=0.025; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G3=tf（nG,dG）;%三种τ值下，系统的传递函数模型
[y1,T]=impulse（G1,t）;[y1a,T]=step（G1,t）;
[y2,T]=impulse（G2,t）;[y2a,T]=step（G2,t）;
[y3,T]=impulse（G3,t）;[y3a,T]=step（G3,t）;%系统响应
subplot（131）,plot（T,y1,'--',T,y2,'-.',T,y3,'-'）
legend（'tao=0','tao=0.0125','tao=0.025'）
xlabel（'t（sec）'）,ylabel（'x（t）'）;grid on;
subplot（132）,plot（T,y1a,'--',T,y2a,'-.',T,y3a,'-'）
legend（'tao=0','tao=0.0125','tao=0.025'）
grid on;xlabel（'t（sec）'）,ylabel（'x（t）'）;%产生图形
t=[0:
0.01:
1];u=sin（2*pi*t）;% 仿真时间区段和输入
Tao=0.025;
nG=[50]; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G=tf（nG,dG）;%系统传递函数模型
y=lsim（G,u,t）; %求系统响应
plot（t,u,'--',t,y,'-',t,u'-y,'-.','linewidth',1）
legend（'u（t）','xo（t）','e（t）'）
grid; xlabel（'t（sec）'）,ylabel（'x（t）'）;%产生图形
t=[0:
0.01:
1];u=sin（2*pi*t）;
tao=0.025;
nG=[50];dG=[0.05 1+50*tao 50];G=tf（nG,dG）;
y=lsim（G,u,t）;
subplot（133）,plot（t,u,'--',t,y,'-',t,u-y','-.','linewidth',1）
legend（'u（t）','xo（t）','e（t）'）
grid on;xlabel（'t（sec）'）,ylabel（'x（t）'）;
系统在时间常数τ不同取值时的单位脉冲、单位阶跃响应和任意输入响应:
2、系统的瞬态性能指标
t=0:
0.001:
1; %设定仿真时间区段和误差限
yss=1;dta=0.02;
tao=0; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G1=tf（nG,dG）;
tao=0.0125; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G2=tf（nG,dG）;
tao=0.025; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G3=tf（nG,dG）; %三种τ值下，系统的传递函数模型
y1=step（G1,t）;
y2=step（G2,t）;
y3=step（G3,t）; %三种τ值下，系统的单位阶跃响应
r=1;while y1（r）tr1=（r-1）*0.001; %τ=0时的上升时间
[ymax,tp]=max（y1）;tp1=（tp-1）*0.001;%峰值时间
mp1=（ymax-yss）/yss;%最大超调量
s=1001;while y1（s）>1-dta&y1（s）<1+dta;s=s-1;end
ts1=（s-1）*0.001;%调整时间
r=1;while y2（r）tr2=（r-1）*0.001;[ymax,tp]=max（y2）;
tp2=（tp-1）*0.001;mp2=（ymax-yss）/yss;
s=1001;while y2（s）>1-dta&y2（s）<1+dta;s=s-1;end
ts2=（s-1）*0.001;% τ=0.0125的性能指标
r=1;while y3（r）tr3=（r-1）*0.001;[ymax,tp]=max（y3）;
tp3=（tp-1）*0.001;mp3=（ymax-yss）/yss;
s=1001;while y3（s）>1-dta&y3（s）<1+dta;s=s-1;end
ts3=（s-1）*0.001;% τ=0.025的性能指标
[tr1 tp1 mp1 ts1;tr2 tp2 mp2 ts2;tr3 tp3 mp3 ts3]%显示
ans=
0.06400.10500.35090.3530
0.07800.11600.15230.2500
0.10700.14100.04150.1880
实验二“控制系统频率特性分析”实验报告
一、实验类型
验证性实验
二、实验目的
1、利用MATLAB绘制Nyquist图
2、利用MATLAB绘制Bode图
3、利用MATLAB求系统的频域特征量
三、实验仪器与设备（或工具软件）
计算机，MATLAB软件
四、实验内容、实验方法与步骤
已知系统传递函数
1、利用MATLAB绘制Nyquist图
2、利用MATLAB绘制Bode图
3、利用MATLAB求系统的频域特征量
五、实验结果
（1）
k=24,numG1=k*[0.250.5];
denG1=conv（[52],[0.052]）;%系统的传递函数%
[re,im]=nyquist（numG1,denG1）;%求时频特性和虚频特性%
plot（re,im）;grid%生成Nyquist图
利用MATLAB绘制Nyquist图：
（2）
k=24,numG1=k*[0.250.5];
denG1=conv（[52],[0.052]）;%系统的传递函数%
w=logspace（-2,3,100）;%产生介于10-2（0.01）和103（1000）之间的100个频率点%
bode（numG1,denG1,w）;grid%绘制Bode图
利用MATLAB绘制Bode图%：
（3）利用MATLAB求系统的频域特征量
k=24
Mr=9.5398
Wr=0.0100
M0=9.5398
Wb=3.3516
实验三、“控制系统的稳定性分析”实验报告
一、实验类型
验证性实验
二、实验目的
1、利用MATLAB求系统的特征根。
2、利用MATLAB分析系统的稳定性。
三、实验仪器与设备（或工具软件）
计算机，MATLAB软件
四、实验内容、实验方法与步骤
1、利用MATLAB求系统的特征根。
根据已知的系统特征方程，应用roots函数可以直接求出系统所有的特征根，从而判定系统是否稳定。
2、利用MATLAB分析系统的稳定性。
MATLAB提供的margin函数，可以求出系统的幅值裕度、幅值穿越频率和相位穿越频率，因而可以用于判定系统的相对稳定性。
五、实验结果
mag=
1.0e+003*
ans=
9.542425.38982.23611.2271
-10.4576-23.54632.23613.9010
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