自动控制 Matlab仿真实验一.docx

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自动控制Matlab仿真实验一

仿真实验

：

控制系统的时域分析

一、实验目的：

1．观察控制系统的时域响应；

2．记录单位阶跃响应曲线；

3．掌握时间响应分析的一般方法；

4．初步了解控制系统的调节过程。

二、实验步骤：

1．开机进入Matlab6.1运行界面。

2．Matlab指令窗：

"CommandWindow".运行指令：

con_sys;进入本次实验主界面。

3．分别双击上图中的三个按键，依次完成实验内容。

4．本次实验的相关Matlab函数：

tf（[num],[den]）可输入一传递函数。

step（G,t）在时间范围t秒内，画出阶跃响应图。

三、实验内容：

1、观察一阶系统G=1/（T+s）的时域响应：

取不同的时间常数T，分别观察该系统的脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应以及单位加速度响应。

结论：

时间常数越小，响应越迅速。

2、二阶系统的时域性能分析：

（1）调节时间滑块，使阶跃响应最终出现稳定值。

（2）结合系统的零极点图，观察自然频率与阻尼比对极点位置的影响。

（3）结合时域响应图，观察自然频率与阻尼比对阶跃响应的影响。

结论：

阻尼比越小，极点越靠近虚轴，超调量减小，但响应速度变慢。

自然频率减小，极点靠近虚轴，响应速度减小，超调几乎不变。

（4）调节自然频率与阻尼比，要求：

Tr<0.56s，Tp<1.29s，Ts<5.46，超调不大于5％.记录下满足上述要求的自然频率与阻尼比。

调节完成之后的响应曲线如图。

此时自然频率为14.5872rad/sec,阻尼比为0.77456。

各项参数完全满足要求。

3、结合《自动控制原理》一书，Page135，题3_10.分别观察比例_微分与测速反馈对二阶系统性能的改善。

（1）.按原始的调节参数输入，调节时间滑块，使阶跃响应最终出现稳定值。

（2）采用不同的G输入，观察各项性能指数。

结论：

增大分母中间的参数，相当于增大系统阻尼比，从而减小超调量

（3）.分别取不同的K3，观察比例_微分控制对系统性能的改善。

结论：

比例-微分控制可以减小超调量，加快响应速度。

微分环节参数加大会进一步减小超调量，改善动态性能。

（4）设置不同的K4，观察测速反馈对系统性能的影响。

结论：

测速反馈环节会增加系统阻尼比，从而减小系统超调量，改善系统动态性能，但这方面不如比例微分控制好。

（5）.调节各个参数，使系统阶跃响应满足：

上升时间Tr<3.5s超调量<2%.

记录下此时各个参数数据。

结论：

使用比例微分控制可以比较容易的达到上述性能指标。

使用测速反馈则需要修改K1、K2的值才能达到。

四、实验小结

这次试验，通过使用matlab中相应程序对控制系统的时域响应进行观察并记录响应曲线，掌握时间响应分析的一般方法，初步了解了控制系统的调节过程尤其是其中比例微分控制和测速反馈控制的作用。