自动控制原理实习报告 2.docx

自动控制原理实习报告 2.docx

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自动控制原理实习报告2

自动控制原理实习报告

实习名称：

自动控制原理实习报告

学院：

电气信息工程学院

专业年级：

测控技术与仪器

姓名：

班级学号：

20

指导教师：

白晶

实习时间：

2013.6.3—2013.6.7

前言

科学技术的发展使的各种系统的建模与仿真变得日益复杂起来。

如何快速有效的构建系统并进行系统仿真，已经成为各领域学者急需解决的核心问题。

特别是近几十年来随着计算机技术的迅猛发展，数字仿真技术在各个领域都得到了广泛的应用与发展。

而MATLAB作为当前国际控制界最流行的面向工程和科学计算的高级语言，能够设计出功能强大、界面优美、稳定可靠的高质量程序，而且编程效率和计算效率极高。

MATLAB环境下的Simulink是当前众多仿真软件中功能最强大、最优秀、最容易使用的一个系统建模、仿真和分析的动态仿真环境集成工具箱，并且在各个领域都得到了广泛的应用。

本次任务主要是对控制系统分析及校正设计，运用自动控制理论中的分析方法，利用MATLAB对未校正的系统进行时域、根轨迹和频域的分析，并根据自动控制理论中的校正方法，对系统进行校正，直到校正后系统满足设计目标为止。

我组课程设计题目双容水位控制系统的开环传递函数为Gk（s）=40/s（s+2），设计一个校正装置，使校正后系统的输入单位阶跃信号时，其动态过程超调量δ%≤10%，调节时间ts≤4s。

第一章校正前系统的分析

衡量一个系统的好坏主要是通过性能指标，而其中最主要的分析方法是时域分析、根轨迹和频域分析。

1.1时域分析

析法是根据系统的微分方程，以拉氏变换为工具，直接解出控制系统的时间响应，根据响应表达式及响应曲线来分析系统的稳定性、快速性、准确性等。

系统的开环传递函数为Gk（s）=40/s（s+2），

对这个函数的分母进行展开得到Gk=40\s^2+2s。

运用MATLAB的step（）函数对此系统进行仿真，得到系统单位阶跃响应曲线如1-1所示。

图1为校正系统阶跃响应

图1未校正系统阶跃响应曲线

M文件如下：

>>num0=[40];

den0=[1,2,0]

[num0,den0]=cloop（num0,den0）;

step（num0,den0）;

title（'未校正系统阶跃响应'）;

由以上分析，得到系统的时域指标ts=4.19s。

应提高系统的阻尼比以快速是系统稳定下来。

1.2跟轨迹分析

根轨迹法是根据反馈控制系统开环和闭环传递函数之间的关系提出的一种由开环传递函数求闭环特征根的简便方法，它是分析和设计线性定常控制系统的图解方法，使用十分简便，在工程上获得了广泛的应用。

运用根轨迹分析法，可以对系统的稳定性进行分析而这又为系统的校正提供依据。

在调用rlocus（）函数之后，调用根轨迹增益函数rlocfind（），可得出系统的根轨迹曲线如图所示。

图2未校正系统跟轨迹曲线

M文件如下：

num=[1];

den=[120];

rlocus（num,den）

分析：

该系统有两个极点：

P1=0；P2=-2；其跟轨迹从极点出发，在σ=-1时汇合并分别以垂直水平轴射向无穷远处。

1.3频域分析

频域分析法是应用频域特性分析线性系统的方法。

它是以传递函数为基础的一种图解分析法，对与高阶系统的分析非常实用，它同时也适用于系统的设计。

而此次的系统为三阶系统，所以对系统的频域分析就显得尤为重要。