自动控制原理仿真实.docx

1、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：1MATLAB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

2、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。(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

3、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

4、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P136 35 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。 P136 3-9 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 Transfer function: 62

5、05/s3+13s2+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)(s2 + 6.001s + 13.05)第四章习题4-10 Zero/pole/gain: 1/ (s+4.987) (s+2.079) (s2 - 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

6、 线性系统的频域分析法 (1) G(s)=1/(2s+1)(8s+1) Zero/pole/gain:1/(s2 + 0.625s + 1.063)(2)G(s)=(s+1)/s(s+1)(s/0.1+1)Zero/pole/gain:(s+1)/(s+1) (s2 + 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/k15,取K=16。校正前开环传递函数G0(s)=16/s(s+1)，wc

7、 = 3.9379k =16Zero/pole/gain:16/s (s+1) ，h0 =Inf，r = 14.2485，wx =Inf，wc =3.9379，L =1.0000，Lwc =4.0963e-004 a =0.9999，T =0.2540，phi =-4.7161e-005Transfer function:0.254 s + 1/0.254 s + 1 Transfer function:0.2539 s + 1/0.254 s + 1Zero/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

8、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：Transfer function: zSampling time: 1Transfer function:z - 1- ZSampling time: 1 Transfer function:1-zSampling time: 1Zero/pole/gain:2.7183 z (z-1) (z-0.3679)/ z (z+0.7183) (z-1) Sampling time: 1Zero/pole/gain:0.36788 (z+0.7183)/(

9、z2 - z + 0.6321)Sampling time: 1Zero/pole/gain: z (z-0.3679) (z-1) (z+0.7183)/z2 (z+0.7183) (z-1) (z-0.3679)Sampling time: 1，u =1P385.7-25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：