自控仿真作业汇总.docx
- 文档编号:1163563
- 上传时间:2022-10-18
- 格式:DOCX
- 页数:33
- 大小:936.51KB
自控仿真作业汇总.docx
《自控仿真作业汇总.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《自控仿真作业汇总.docx(33页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
自控仿真作业汇总
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:
班级:
姓名:
学号:
时间:
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
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
第三章线性系统的时域分析法
3.1对教材P136.3-5系统进行动态性能仿真,并与忽略闭环零点系统动态性能进行比较,分析仿真结果;
单位反馈系统的开环传递函数为该系统的阶跃响应曲线如下图所示,其中虚线表示忽略闭环零点时的阶跃响应曲线.
参数
系统
上升时间
调节时间
峰值时间
峰值
超调量
有闭环零点(实线)
1.94
7.74
3.09
1.18
18
无闭环零点(虚线)
2.42
7.74
3.61
1.16
16
由上图及表格可以看出,闭环零点的存在可以在一定程度上减小系统的响应时间,但是同时也增大了超调量,所以,在选择系统的时候应该同时考虑减小响应时间和减小超调量。
并在一定程度上使二者达到平衡,以满足设计需求。
3.2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;
测速反馈校正系统控制系统,比例-微分校正系统要求:
(1)取T1=0,T2=0.1;2)取T1=0.1,
T2=0;试分析在不同控制器下的系统的调节时间,超调量,速度误差。
图3-9-1
图3-9-1峰值时间tp=1.05s,超调量%=31.5%,调节时间ts=3.54s(=2%;)
图3-9-2
图3-9-2峰值时间tp=0.94s,超调量%=37.1%,调节时间ts=3.44s(=2%;)
3.3在MATLAB环境下完成英文讲义P153.E3.3。
E3.3系统的开环传递函数为
Determinethepolesandzerosofthetransferfunction;
Useaunitstepinput,R(s)=1/s,andobtainthepartialfractionexpansionforC(s)
Andthesteady-statevalue.
Plotc(t)anddiscusstheeffectoftherealandcomplexpolesofthetransferfunction.
numg=[6205];
deng=[11312810];
numh=[1];
denh=[1];
[num,den]=feedback(numg,deng,numh,denh)
sys=tf(num,den);
p=roots(den)
z=roots(num)
t=0:
0.0005:
3;
figure
(1)
step(sys,t);
grid;
xlabel('t');ylabel('c(t)');title('阶跃响应');
figure
(2)
rlocus(sys);
figure(3)
pzmap(sys);
xlabel('j');ylabel('1');title('零极点分布图');grid;
由图可知,该系统的上升时间=0.405,峰值时间=2.11,超调量=0.000448,峰值为1。
由于闭环极点就是微分方程的特征根,因此它们决定了所描述系统自由运动的模态,而且在零初始响应下也会包含这些自由运动的模态。
也就是说,传递函数的极点可以受输入函数的激发,在输出响应中形成自由运动的模态。
3.4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。
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性能满足等设计指标。
参数
上升时间
调节时间
峰值时间
峰值
超调量
单位反馈系统(蓝)
0.0681
0.376
0.159
1.22
21.8
微分反馈系统(绿)
0.104
0.248
0.216
1.02
2.37
通过以上图表可以看出给系统外加一个微分反馈(G(s)=0.029S+1)可使系统的超调量和调节时间降低,所以在系统中增加微分反馈可以增加系统的稳态性能。
第四章线性系统的根轨迹法
4.1在MATLAB环境下完成英文讲义P157.E4.5;
E4.5AcontrolsystermshowninFigure4.1hasaplant
1)WhenGc(s)=K,showthatthesystemisalwaysunstablebysketchingtherootlocus.
2)When,sketchtherootlocusanddeterminetherangeofkforwhichthesystemisstable.Determinethevalueofkandthecomplexrootswhentwolieonthejw-axis.
结果分析:
在第一小题的根轨迹图中可以看出,系统的闭环极点都位于s平面的有半平面,所以系统不稳定。
4.2利用MATLAB绘制教材P181.4-5-(3);
4.3在MATLAB环境下选择完成教材第四章习题4-10并对结果进行分析
图4-10-1
由系统的闭环根轨迹可知,当K*从0变到时,系统始终有特征根在s右半平面,所以系统不稳定。
图4-10-2
由系统的闭环根轨迹可知,当0 结果分析: 当H(s)=1时系统无零点,系统临界稳定的增益为69.8,此时系统的根轨迹与虚轴的交点为3.16i;H(s)=1+2s时,系统加入一个一阶微分环节,此时无论增益如何变化,系统总处于稳定状态,也就是说给系统加入一个一阶微分环节能大幅度提高系统的稳定性。 第五章线性系统的频域分析法 5-10已知系统开环传递函数 的对数频率特性曲线 5-21设单位反馈系统的开环传递函数 试确定相角裕度为时参数a的值。 第六章线性系统的校正 6-12按输入补偿的复合矫正方法 图6-12-1 复合控制系统响应时间(T=0) 当寄生因式不存在,即T=0则 %=59.6%tp=0.24sts=0.8s(=2%) 图6-12-2 复合控制系统响应时间(T=0.2) 当寄生因式存在,即T=0.2则 %=34%tp=0.2sts=0.74s(=2%) 图6-12-3 复合控制系统响应时间(T=20) 寄生因式存在,即T=20则 %=16%tp=0.86sts=0.86s(=2%) 6-11关于扰动补偿的复合矫正方法 图6-11-1 复合控制系统时间响应 %=25tp=1.99sts=5.89s(=2%) 第七章线性离散系统的分析与校正 7.1利用MATLAB完成教材P383.7-20的最小拍系统设计及验证。 7-20.已知离散系统如图所示,其中采样周期T=1,连续部分的传递函数G0(s)=试求当r(t)=1(t)时,系统无稳态误差,过渡过程在最少节拍内结束的数字控制器D(z). 取K=10,R0=R1=1,则系统在r(t)=1(t)+t作用下的时间响应 7.2利用MATLAB完成教材P385.7-25的控制器的设计及验证。 7-25设连续的,未经采样的控制系统如图所示,其中被控对象 要求: (1)设计滞后校正系统网络Gc(s)=(a>b)使系统在单位阶跃输入时的超调量σ%≤30%,且在单位斜坡输入时的稳态误差ess(∞)≤0.01; (2)若为该系统增配一套采样器和零阶保持器,并选采样周期T=0.01s,试采用Gc(s)-D(z)变换方法,设计合适的数字控制器D(z) (3)分别画出 (1)及 (2)中的连续系统和离散系统的单位阶跃响应曲线,并比较两者的结果; (4)另选采样周期T=0.01s,重新完成 (2)和(3)的工作; (5)对于 (2)中得到的D(z),画出离散系统的单位斜坡响应曲线,并与连续系统的单位斜坡响应进行比较。 %T=0 sys=tf([1],[1,1,1]); subplot(4,2,1); step(sys,12); grid; %T=0.2 T1=0.2; t1=0: 0.2: 12; sysd1=tf([0.019,0.017],[1,-1.8,0.836],T1); subplot(4,2,2); step(sysd1,t1); grid; %T=0.4 T2=0.4; t2=0: 0.4: 12; sysd2=tf([0.07,0.062],[1,-1.6,0.732],T2); subplot(4,2,3); step(sysd2,t2); grid; %T=0.6 T3=0.6; t3=0: 0.6: 12; sysd3=tf([0.149,0.122],[1,-1.4,0.671],T3); subplot(4,2,4); step(sysd3,t3); grid; %T=0.8 T4=0.8; t4=0: 0.8: 12; sysd4=tf([0.249,0.192],[1,-1.2,0.641],T4); subplot(4,2,5)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 自控 仿真 作业 汇总