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: