自动控制原理仿真报告文档格式.docx

1、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“Disk Drive Read System”，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4-1

2、0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

3、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第三章 线性系统的时域分析3-5设单位反馈系统的开环传递函数为G（s）=试求系统在单位阶跃输入下的动态性能。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。（2）忽略闭环零点的系统动态性能SIMULINK仿真图：仿真结果：分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=3.36s，超调量为（1.37-1）/1=37%，调节时间为ts=8.3s（3）两种情况动态性能比较忽略闭环零点的系统阻尼比变大，使调节时间、超调量变大，上升时间、峰值

4、时间变大，使系统动态性能变差3-9设控制系统如图3-9所示。要求：（1）取T1=0，T2=0.1，计算测速反馈校正系统的超调量，调节时间和速度误差；2）取T1=0.1，T2=0，计算测速反馈校正系统的超调量，调节时间和速度误差；（1）1=0 2=0.1（2）1=0.1 2=0E3.3 A closed-loop control system is shown in Figure3.2Determine the transfer function C（s）R（s）;Determine the poles and zeros of the transfer function;Use a unit

5、step input,R（s）=1s,and obtain the partial fraction expansion forC（s） And the steady-state value.Plot c（t） and discuss the effect of the real and complex poles of the transfer function.由图得，超调量是0.1，调节时间是1.2s。第四章 线性系统的根轨迹法E4.5A control system as shown in Fig4.1 has a plant G（s）= 1） When Gc（s）=K,show th

6、at the system is always unstable by sketching the root locus,2） When Gc（s）=,sketch the root locus and determine the range of K for which the system is stable .Determine the value of K and the complex roots when two roots lie on the jw-axis.1） 程序：G=tf（1,1 -1 0）;rlocus（G）;有图得，当Gc（s）=k且不论k取任何值的时候系统的跟轨迹

7、始终在右半平面，系统始终不稳定（2）程序：G=tf（1 2,1 19 -20 0）;由图得，根轨迹和虚轴的交点分别是-0.00620+j1.53，-0.0389-j1.59，增益分别是21.3和23.9。发现当Gc（s）=k（s+2）/（s+20）时根轨迹图向左半平面弯曲，系统的动态性能变好，系统稳定性变好。由此可见，闭环零点可以改善系统的动态性能和稳定性。4.5设单位反馈控制系统的开环传递函数如下，要求：（1） 确定G（s）=产生纯虚根的开环增益；（2） 确定G（s）= 产生纯虚根为+-j1的z值和K*值;（3） 概略绘出G（s）=.的闭环根轨迹图。程序： To get started, s

8、elect MATLAB Help or Demos from the Help menu. G=zpk（,0 -1 -3.5 -3-2i -3+2i,1）; rlocus（G）;由图，分离点坐标为（-0.419,0）；根轨迹于虚轴交点增益为72.4 与虚轴交点坐标为（0，1.09）4-10. 设反馈控制系统中G（s）=K*/s2（s+2）（s+5）,H（s）=1 要求，1概略绘出系统的根轨迹图，并判断闭环系统的稳定性 2如果改变反馈通路传递函数，使H（s）=1+2S，试判断系统H（s）改变后系统的稳定性，研究其改变所产生的效应To get started, select MATLAB Hel

9、p or Demos from the Help menu. G1=zpk（,0 0 -2 -5,1）; G2=zpk（-0.5,0 0 -2 -5,1）; figure（1） rlocus（G1）; figure（2） rlocus（G2）;由图得，根轨迹向左半平面弯曲，改善了系统的稳定性，当H（s）=2s+1时，系统多了一个开环零点，由此可见，开环零点可以改善系统的稳定性第五章 线性系统的频域分析法5-11绘制下列传递函数的对数幅频渐近特性曲线：传递函数G（s）=2/（2s+1）*（8s+1）, 在半对数坐标纸上绘制系统开环对 数频率特性曲线。To get started, select

10、MATLAB Help or Demos from the Help menu. G=tf（1,1,conv（0.5,1,0,1/9,1/3,1）; bode（G）;grid5-16 已知系统开环传递函数为 G（S）= 试根据奈氏判据，确定其闭环稳定条件：（1） T=2时，K值的范围；（2）K=10，T值的范围；（3）K.T值的范围。 答：K1=1;T1=2;G1=tf（K1,conv（conv（1,0,T1,1）,1,1）;G11=feedback（G1,1）;K2=2;T2=0.5;G2=tf（K2,conv（conv（1,0,T2,1）,1,1）;G21=feedback（G2,1）;K

11、3=2;T3=0.5;G3=tf（K2,conv（conv（1,0,T3,1）,1,1）;G31=feedback（G3,1）;figure（1）;step（G11）;grid;figure（2）;step（G21）;figure（3）;step（G31）;响应曲线图一：响应曲线二：响应曲线三：第六章 线性系统的校正方法6-1 设有单位反馈的火炮指挥仪伺服系统，其开环传递函数为G （s）= 若要求系统最大输出速度12./s,输出位置的容许误差小于2.,试求：确定满足上述指标的最小K值，计算该K值下系统的相角裕度和幅值裕度；在前向通路中串接超前校正网络 Gc（s）= 计算校正后系统的相角裕度和幅

12、值裕度，说明超前校正对系统动态性能的影响答：取k=6,Go=zpk（,0 -5 -2,60）Gc=tf（0.4 1,0.08 1）G=series（Gc,Go）sys1=feedback（Go,1）;sys2=feedback（G,1）;margin（Go）; gtext（校正前） ;） hold on;ho,ro,wxo,wco=margin（Go）margin（G）;校正后）;h,r,wx,wc=margin（G）step（sys1）;gtext（hold on;step（sys2）;运行结果：ho =1.1667 ro =4.0534 wxo =3.1623 wco =2.9240h =

13、3.1249 r =29.7673 wx =7.3814 wc =3.84736.2设单位反馈系统的开环传递函数 Go（s）= 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45（2）在单位斜坡输入下的稳态误差 Essrad（3） 截止频率wc7.5rad/s.解：k=15;G0=zpk（,0 -1,k）;h0,r,wx,wc=margin（G0） wm=7.5L=bode（G0,wm）;Lwc=20*log10（L）a=10（-0.1*Lwc）T=1/（wm*sqrt（a）;phi=asin（a-1）/（a+1）Gc=（1/a）*tf（a*T 1,T 1）;Gc=a*Gc;G=Gc*G0;bode（G,r,G0,b-a = 0.2544 phi = -0.6364 h = In