#SkyvenXia自动控制原理仿真实验.docx
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#SkyvenXia自动控制原理仿真实验
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:
电信院
班级:
控制项目基地<1)班
姓名:
夏志伟
学号:
08230508
时间:
2018年6月09日
电气项目与信息项目学院
《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验任务书<2008)
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。
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.依据课程教案大纲要求,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
2008.03
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;
《1》有闭环零点
《2》忽略闭环零点
分析结果:
忽落闭环零点后,阻尼比变小,调节时间变大,上升时间变小,超调量变大,峰值时间变小
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;
分析结果:
比例-微分校正和测速反馈校正的曲线几乎重合
在MATLAB环境下完成英文讲义P153.E3.3。
G=tf([6025],[11312810]>。
sys=feedback(G,1>
[zpk]=tf2zp([6025],[11312816025]>
t=0:
0.01:
10。
figure<1)
step(sys,t>。
grid
分析结果:
单位阶跃响应,响应曲线单调上升,闭环系统稳定。
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。
G1=tf([5000],[11000]>。
G2=tf([1],[120]>。
Ga=series(100,G1>。
Gb=series(Ga,G2>。
G3=tf([1],[10]>。
Gc=series(Gb,G3>。
sys0=feedback(Gc,1>
t=0:
0.01:
1。
step(sys0,t>。
grid。
gtext('校正前'>
holdon
K1=0.05。
sys1=feedback(Gb,K1>。
sys2=series(sys1,G3>。
sys=feedback(sys2,1>。
step(sys,t>。
gtext('校正后'>
分析结果:
当时微分反馈时,系统扰动减小,自然频率不变,阻尼比变大,闭环增益减小,改善系统动态性能。
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;
Gc(s>=k时,特征方程为1+k/s(s-1>=0
Gc(s>=k(s+2>/(s+20>时,特征方程为1+k(s+2>/s(s-1>(s+20>=0
G=tf([1],[1-10]>。
figure(1>
rlocus(G>
G=zpk([-2],[0-201],1>。
figure(2>
rlocus(G>
rlocfind(G>
selected_point=-0.0652+1.5839i
selected_point=-0.0652-1.5839i
ans=23.1983
分析结果:
由图1可以看出Gc(s>=K时,根轨迹恒在S右半平面,故系统不稳定。
由图2可以看出Gc(s>=K(s+2>/(s+20>,当K>23.1983时,根轨迹位于S左半平面,系统稳定;当0利用MATLAB绘制教材P181.4-5-(3);
G=zpk([],[0-1-3.5-3-j*2-3+j*2],1>
rlocus(G>
selected_point=-0.4194-0.0311i
ans=8.0300
selected_point=0.0071+0.9006i
ans=58.9408
分析结果:
分离点增益为8.0300;根轨迹于虚轴交点增益为58.9408
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。
选做4-10
G1=zpk([],[00-2-5],1>。
G2=zpk([-0.5],[00-2-5],1>。
figure(1>
rlocus(G1>。
figure(2>
rlocus(G2>。
selected_point=0.0014+2.5493i
ans=46.3225
分析结果:
当引入闭环零点后,使系统的峰值时间提前,减小了系统的阻尼,改善了系统的稳定性,但超调量增大。
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;
5-11(1>
G=tf(2,[conv([2,1],[8,1]>]>。
bode(G>。
grid。
5-22
G=tf([9],[14.2]>。
figure(1>
margin(G>。
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。
6-1
K=6。
G0=tf(K,[conv([0.2,1,0],[0.5,1]>]>。
Gc=tf([0.4,1],[0.08,1]>。
G=series(Gc,G0>。
G1=feedback(G0,1>。
G11=feedback(G,1>。
figure(1>。
margin(G0>。
holdon
margin(G>。
grid
figure(2>。
step(G1>。
holdon
step(G11>。
grid;
6-20
K1=5。
K2=2.5。
G0=tf(10,[1,10,0]>
Gc=tf([K1,K2],[1,0]>
G=series(G0,Gc>
G1=feedback(G,1>
step(G1>。
grid
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。
7-20
T=1。
t=0:
1:
100。
sys=tf([0,1],[1,0],T>。
step(sys,t>。
axis([0,10,0,1.2]>。
grid。
xlabel('t'>。
ylabel('c*(t>'>。
分析结果:
系统经校正过最小拍一拍后,系统稳态误差为零。
利用MATLAB完成教材P385.7-25的控制器的设计及验证。
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。
分析结果:
由图可知,当连续系统离散化后,动态性能会恶化且输出有纹波。
G0=zpk([],[0-10],1>。
Gd=c2d(G0,0.01,'zoh'>。
D=zpk([0.993],[0.999],150,0.01>。
G=Gd*D
sysd=feedback(G,1>。
t=0:
0.01:
2。
step(sysd,t>。
grid。
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
分析结果:
由图可知,当系统为离散系统时,系统的输出有纹波。