自动控制原理仿真实.docx
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自动控制原理仿真实
兰州理工大学
《自动控制原理》MATLAB分析与设计
仿真实验报告
院系：
电信学院
班级：
电气
（2）班
姓名：
杜康
学号：
08230221
时间：
2011年11月25日
电气工程与信息工程学院
《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验任务书（2010）
一．仿真实验内容及要求：
1．MATLAB软件
要求学生通过课余时间自学掌握MATLAB软件的基本数值运算、基本符号运算、基本程序设计方法及常用的图形命令操作；熟悉MATLAB仿真集成环境Simulink的使用。
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。
（p.60）
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
P1363—5设单位反馈系统的开环传递函数为G（s）=（0.4s+1）/s（s+0.6）,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.
仿真如上。
分析：
当考虑闭环零点时（黄色线）从图中可以看出：
峰值时间：
tp=3.2s，超调量18.0％，调节时间ts=7.74s。
P1363-9
峰值时间：
tp=1.05s，超调量35.1％，调节时间
ts=3.54s（△=2％）。
比较表明系统的稳定性与前馈控制无关；微分反馈使系统的性能得到了改善。
英文讲义P153.E3.3
Transferfunction:
6205/s^3+13s^2+1281s
K=100时系统的响应速度变快，但是超调量变大，有不稳定振荡P157.E4.5（k=1）
k=5
P181.4-5-（3）（k*=1）
Zero/pole/gain:
1/（s+3.526）（s+0.9497）（s+0.02288）（s^2+6.001s+13.05）
第四章习题4-10
Zero/pole/gain:
1/（s+4.987）（s+2.079）（s^2-0.06573s+0.09645）
H（s）=1+2s
Zero/pole/gain:
1/（s+5.071）（s+1.776）（s+0.3244）（s-0.1711）
第五章线性系统的频域分析法
（1）G（s）=1/（2s+1）（8s+1）
Zero/pole/gain:
1/（s^2+0.625s+1.063）
（2）G（s）=（s+1）/s（s+1）（s/0.1+1）
Zero/pole/gain:
（s+1）/（s+1）（s^2+0.1s+1）
第六章线性系统的校正
设单位反馈系统的开环传递函数G0（s）=k/s（s+1）,试设计一串联超前校正装置，使系统满足如下指标：
（1）相角裕度不小于45度
（2）在单位斜坡输入下的稳态误差小于1/15。
解：
在单位斜坡输入下的稳态误差e=1/k<1/15,所以K>15,取K=16。
校正前开环传递函数G0（s）=16/s（s+1），wc=3.9379
k=16
Zero/pole/gain:
16/s（s+1），h0=Inf，r=14.2485，wx=Inf，wc=3.9379，L=1.0000，Lwc=4.0963e-004a=0.9999，T=0.2540，phi=-4.7161e-005
Transferfunction:
0.254s+1/0.254s+1
Transferfunction:
0.2539s+1/0.254s+1
Zero/pole/gain:
15.9985（s+3.938）/s（s+3.938）（s+1）
P383.7-20已知离散系统，其中采样周期T=1s，连续部分传递函数G0（s）=1/s（s+1）,试求当r（t）=1时,系统无稳态误差，过度过程在最少拍内结束的数字控制器D（z）
解：
Transferfunction:
z
Samplingtime:
1
Transferfunction:
z-1
-----
Z
Samplingtime:
1
Transferfunction:
1-z
Samplingtime:
1
Zero/pole/gain:
2.7183z（z-1）（z-0.3679）/z（z+0.7183）（z-1）
Samplingtime:
1
Zero/pole/gain:
0.36788（z+0.7183）/（z^2-z+0.6321）
Samplingtime:
1
Zero/pole/gain:
z（z-0.3679）（z-1）（z+0.7183）/z^2（z+0.7183）（z-1）（z-0.3679）
Samplingtime:
1，u=1
P385.7-25的控制器的设计及验证
2、教材7-25的控制器的设计及验证
MATLAB程序：
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,sys2,4）;
grid;
当T=0.01时的单位响应曲线
MATLAB程序：
T=0.1;
t=0:
0.1:
2;
u=t;
sys=tf（[0.568,-0.1221,-0.3795],[1,-1.79,1.6,-0.743],T）
lsim（sys,u,t,0）;
grid;
单位斜坡响应曲线：
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