DU自动控制原理仿真实验.docx

1、DU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：电信学院 班级： 电气项目及其自动化2）班姓名： 杜 秀 壮学号： 08230209时间：2018年12月17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。 G2=tf(10,1 1 0。G=series(G1,G2。 sys1=feedback(G,1t=0:0.01:12。 figurestep(sys1,t。gtext(校正前hold onG1=tf(0 1,1。 G2=tf(10,1 2 0。 G=series(G1,G2。 sys2=feedback(G,1s

2、tep(sys2,t。gtext(测速反馈校正G1=tf(0.1 1,1。 G2=tf(10,1 1 0。 G=series(G1,G2。 sys3=feedback(G,1step(sys3,t。gtext(比例-微分校正结果：Transfer function:10sys1=-s2 + s + 10Transfer function:10sys2=-s2 + 2 s + 10Transfer function:s + 10sys3=-s2 + 2 s + 10分析:比例-微分校正：开环增益、自然频率不变，增加了一个闭环零点，阻尼比变大，使峰值时间上升时间变大，但超调量和调节时间变小，震荡减

3、缓震荡衰减更快。测速反馈校正：自然频率不变，阻尼比变大，闭环增益减小，使峰值时间上升时间变大，但超调量和调节时间变小，但加大系统的稳态误差。 在MATLAB环境下完成英文讲义P153.E3.3。程序：G=tf(6205,1 13 1281 0。sys=feedback(G,1p=roots(1 13 1281 0t=0:0.02:5。figure(1step(sys,t。grid。结果：Transfer function:6205sys=-s3 + 13 s2 + 1281 s + 6205p = 0 -6.5000 +35.1959i-6.5000 -35.1959i分析：该特征方程的特征根

4、都具有负实部，响应曲线单调上升，故闭环系统稳定，实数根输出表现为过阻尼单调上升，复数根输出表现为震荡上升。 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。程序：G1=tf(5000,1 1000。G2=tf(1,1 20。Ga=series(100,G1。Gb=series(Ga,G2。G3=tf(1,1 0。Gc=series(Gb,G3。sys0=feedback(Gc,1t=0:0.01:1。step(sys0,t。 grid。 gtext(校正前hold onsys1=feedback(Gb,0.05。

5、sys2=series(sys1,G3。sys=feedback(sys2,1。step(sys,t。 gtext(校正后结果：Transfer function:500000sys0=-s3 + 1020 s2 + 45000 s + 500000分析：添加微分反馈后系统系统扰动减小，自然频率不变，阻尼比变大，由欠阻尼变为过阻尼，使上升时间变大，超调量和调节时间变小，动态性能变好。但闭环增益减小，加大了系统的稳态误差。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；程序：G0=tf(1,1 -1 0figure(1rlocus(G0G=zpk(-2,0 -

6、20 1,1 figure(2rlocus(G结果：Transfer function:1G0=-s2 - sZero/pole/gain:(s+2G=-s (s+20 (s-1图1：当Gc(s=K 时系统根轨迹图2：当Gc(s=K(s+2/(s+20 时系统根轨迹分析：由图1可以看出当Gc(s=K 时，根轨迹恒在S右半平面，故系统不稳定。 由图2可以看出当Gc(s=K(s+2/(s+20，当K 21.1 时，根轨迹位于S左半平面，系统稳定；当0 K 。rlocus(Go结果：selected_point = -0.4194 - 0.0311ians =8.0300selected_point

7、 =0.0071 + 0.9006ians =58.9408分析：由图，分离点坐标为-0.419,0）,分离点增益为8.0300；根轨迹于虚轴交点增益为58.940,与虚轴交点坐标为。G2=zpk(-0.5,0 0 -2 -5,1。figure(1rlocus(G1figure(2rlocus(G2结果：图1：当H(s=1时系统根轨迹图2：当H(s=1+2s时系统根轨迹 分析：由图1可以看出，当H(s=1时，根轨迹恒有一部分在S右半平面，故系统不稳定。由图2可以看出，当H(s=1+2s时，当0 K 程序：Go=zpk(,-0.5 -0.125,0.125。figure(1margin(Gofi

8、gure(2nyquist(Go结果：(2程序：num=80 8。den1=conv(1 1 1,0.5 1。den=conv(den1,1 0。Go=tf(num,den。figure(1margin(Go。figure(2nyquist(Go。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 取k=6,程序：Go=zpk(,0 -5 -2,60Gc=tf(0.4 1,0.08 1G=series(Gc,Gosys1=feedback(Go,1。sys2=feedback(G,1。figure(1。mar

9、gin(Go。 gtext(校正前 。 gtext(校正前 hold on。 ho,ro,wxo,wco=margin(Gomargin(G。 gtext(校正后。 gtext(校正后h,r,wx,wc=margin(Gfigure(2。step(sys1。gtext(校正前 。hold on。step(sys2。gtext(校正后结果：h0 =1.1667r0=4.0534wx0 =3.1623wc0 =2.9240h =3.1249r =29.7673wx =7.3814wc =3.8473分析：校正前h0 =1.1667，h0 =1.1667，r0=4.0534，wx0 =3.1623，

10、wc0 =2.9240；校正后h =3.1249 ，r =29.7673，wx =7.3814，wc =3.8473。可见，相角裕度、幅值裕度、剪切频率、穿越频率均变大，系统频率特性得到改善。由阶跃响应图可以看出校正后阻尼比变大，峰值时间、超调量和调节时间变小，稳定性和动态性能变好。6-2取k=20,程序：G0=tf(20,1 1 0。 h0,r0,wx0,wc0=margin(G0margin(G0 gtext(校正前 gtext (校正前hold onGc=tf(0.4 1,0.039 1。 G=series(Go,Gc。h,r,wx,wc=margin(Gmargin(Ggtext(校正

11、后 gtext(校正后figure(2step(sys0,tgtext(校正前hold on。 step(sys,tgtext(校正后结果：h0 = Infr0 = 14.7105wx0 = Infwc0 = 3.8089h = Infr = 74.3485wx = Infwc = 7.5164分析：校正前r0 = 14.7105，wc0 = 3.8089；校正后r=74.348545，wc=7.51647.5，ess。G=c2d(G0,1。sys0=feedback(G,1。t=0:1:30。step(sys0,t gtext(校正前hold onsys=tf(1,1,0,1。step(sy

12、s,t gtext(校正后结果：分析：由图可看出该系统校正后经一拍时间就可以跟踪上输入信号，同时使稳态误差为零。 利用MATLAB完成教材P385.7-25的控制器的设计及验证。 t=0:0.01:2.5。Gc=zpk(-0.7,-0.4,150。G=G0*Gc。sys=feedback(G,1。step(sys,t figure(2t=0:0.01:3。u=t。 lsim(sys,u,t,0 结果：分析：由图可看出校正后超调量2为8%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,-

13、0.743,Tfigure(1。step(sys1,sys2,5gtext(连续系统gtext(离散系统分析：由图可见连续系统离散化后，动态性能会恶化且输出有纹波。(4 程序：Go=zpk(,0,-10,1。Gd=c2d(Go,0.01,zoh。G1=zpk(0.993,0.999,150,0.01。G=Gd*G1；sys=feedback(G,1；sys1=tf(150,105,1,10.1,151,105；T=0:0.01:2。figure(1。step(sys, sys1,T结果：。Gc=zpk(-0.7,-0.4,150。G=series(G0,Gc。sys=feedback(G,1。t=0:0.01:2。u=t 。 lsim(sys,t,u,0 hold on；sys=tf(0.568,-0.1221,-0.3795,1,-1.79,1.6,-0.743,0.1。t=0:0.1:2。u=t 。 lsim(sys,t,u,0结果：分析：比较连续与离散系统的斜坡响应，可以发现离散系统的输出有纹波。