南京邮电大学自动控制原理上机报告Word文件下载.docx
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5.开机进入Matlab2012运行界面。
6.Matlab指令窗:
"
CommandWindow"
.运行指令:
con_sys;
进入本次实验主界面。
7.分别双击上图中的三个按键,依次完成实验内容。
8.本次实验的相关Matlab函数:
tf([num],[den])可输入一传递函数。
step(G,t)在时间范围t秒内,画出阶跃响应图。
二、实验内容:
1.观察一阶系统G=1/(T+s)的时域响应:
取不同的时间常数T,分别观察该系统的脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应以及单位加速度响应。
脉冲响应:
T=5s
T=7s
阶跃响应:
T=9s
斜坡响应:
T=11s
单位加速度响应:
T=13s
2.二阶系统的时域性能分析:
(1)调节时间滑块,使阶跃响应最终出现稳定值。
(2)结合系统的零极点图,观察自然频率与阻尼比对极点位置的影响。
自然频率越大,阻尼比越大,零极点之间的角度越小。
(3)结合时域响应图,观察自然频率与阻尼比对阶跃响应的影响。
自然频率越小,阻尼比越小,系统的阶跃响应幅值越大。
(4)调节自然频率与阻尼比,要求:
Tr<
0.56s
Tp<
1.29s
Ts<
5.46
超调不大于5%.
记录下满足上述要求的自然频率与阻尼比。
自然频率=6.624rad/sec
阻尼比=0.69058
自然频率=16.9538rad/sec
阻尼比=0.73578
3.结合《自动控制原理》一书,Page135,题3_10.分别观察比例_微分与测速反馈对二阶系统性能的改善。
(1).按原始的调节参数输入,调节时间滑块,使阶跃响应最终出现稳定值。
(2).采用不同的G输入,观察各项性能指数。
调节时间Ts=7.4233s
上升时间Tr=1.3711s
超调量Delt=39.5344%
峰值时间Tp=2.3191s
调节时间Ts=14.846s
上升时间Tr=2.7423s
超调量Delt=39.5244%
峰值时间Tp=4.6382s
(3).分别取不同的K3,观察比例_微分控制对系统性能的改善。
比例_微分控制能有效改善系统性能使系统更快趋于稳定。
(4)设置不同的K4,观察测速反馈对系统性能的影响。
测速反馈能有效改善系统性能使系统更快趋于稳定。
(5).调节各个参数,使系统阶跃响应满足:
上升时间Tr<
3.5s
超调量<
2%.
记录下此时各个参数数据。
实验二线性系统的根轨迹研究
2.1实验目的
(1)考察闭环系统根轨迹的一般形成规律。
(2)观察和理解引进零极点对闭环根轨迹的影响。
(3)观察、理解根轨迹与系统时域响应之间的联系。
(4)初步掌握利用产生根轨迹的基本指令和方法。
2.2实验内容
根轨迹绘制的指令法、交互界面法;
复平面极点分布和系统响应的关系。
已知单位负反馈系统的开环传递函数为,实验要求:
(1)试用MATLAB的rlocus指令,绘制闭环系统根轨迹。
(要求写出指令,并绘出图形。
)
指令:
G=tf([12],[18264025])
rlocus(G)
(2)利用MATLAB的rlocfind指令,确定根轨迹的分离点、根轨迹与虚轴的交点。
(要求写出指令,并给出结果。
rlocfind(G)
分离点:
-2.0095+1.0186iK=0.0017
与虚轴的交点:
-0.0000+3.6025iK=65.8411
(3)利用MATLAB的rlocfind指令,求出系统临界稳定增益,并用指令验证系统的稳定性。
系统临界稳定增益:
65.8411
由于系统无右半平面的开环极点,且奈奎斯特曲线不包围(-1,j0)点,系统稳定。
(4)利用SISOTOOL交互界面,获取和记录根轨迹分离点、根轨迹与虚轴的交点处的关键参数,并与前面所得的结果进行校对验证。
(要求写出记录值,并给出说明。
SISOTOOL(G)
原值:
K=0.00017
校正值:
K=0.000169
K=65.8411
K=71.8
(5)在SISOTOOL界面上,打开闭环的阶跃响应界面,然后用鼠标使闭环极点(小红方块)从开环极点开始沿根轨迹不断移动,在观察三个闭环极点运动趋向的同时,注意观察系统阶跃响应的变化。
根据观察,(A)写出响应中出现衰减振荡分量时的K的取值范围,(B)写出该响应曲线呈现“欠阻尼”振荡型时的K的取值范围。
(A)0<
K<
71.8
(B)0<
(6)添加零点或极点对系统性能的影响,以二阶系统为例开环传递函数
添加零点,增加系统阻尼数,超调量减小,在sisotool界面上做仿真,写出未添加零点时系统的超调量,峰值,调节时间,添加零点后系统的超调量,峰值,调节时间,并写出系统添加零点的数值,并进行理论分析。
(选做)
G=tf([1],[10.60])
添加零点s=-0.417
实验三系统的频率响应和稳定性研究
2.3实验目的
(5)绘制并观察典型开环系统的Nyquist围线。
(6)绘制并观察典型开环系统的Bode图。
(7)运用Nyquist准则判断闭环系统的稳定性。
(8)初步掌握相关MATLAB指令的使用方法。
2.4预习要求
(1)开环Nyquist曲线、Bode图的基本成图规律。
(2)典型开环系统Nyquist围线的成图规律。
(3)Nyquisi原理和使用要领。
(4)阅读和了解相关的MATLAB指令。
2.5实验内容
一(必做内容)使用sisotool交互界面研究典型开环系统的频率特性曲线,并进行闭环系统稳定性讨论。
以下各小题的要求:
(A)根据所给开环传递函数的结构形式,绘制相应的幅相频率曲线和对数幅相频率曲线。
(B)显示出曲线对应的开环传递函数具体表达式。
(C)假如MATLAB指令绘制的幅相频率曲线不封闭,或用文字说明所缺部分曲线的走向,或在图上加以添加所缺曲线;
曲线与(-1,0)点的几何关系应足够清晰,能支持判断结论的导出。
(D)对该开环函数构成的单位负反馈系统的稳定性作出判断,说明理由;
假如闭环不稳定,则应指出不稳定极点的数目。
(7),其中K,T1,T2可取大于0的任意数。
取K=1,T1=1,T2=2;
指令如下:
G=tf([1],[231])
Transferfunction:
1
---------------
2s^2+3s+1
margin(G)
nyquist(G)
P=0,R=0,Z=0
系统稳定
(8),其中K,T1,T2,T3可取大于0的任意
取K=1,T1=1,T2=2,T3=3;
G=tf([1],[61161])
1
------------------------
6s^3+11s^2+6s+1
margin(G)
nyquist(G)
(9),其中K,T1可取大于0的任意数。
取K=1,T1=1;
G=tf([1],[110])
1
-------
s^2+s
margin(G)
nyquist(G)
(10),其中K,T1,T2可取大于0的任意数。
G=tf([1],[2310])
1
-----------------
2s^3+3s^2+s
(11),其中。
K可取大于0的任意数。
K=1,Ta=1,T1=1,T2=2;
G=tf([11],[2310])
s+1
(12),其中K,T1可取大于0的任意数。
K=1,T1=1;
G=tf([1],[1100])
1
---------
s^3+s^2
nyquist(G)
临界稳定
(13),其中K可取大于0的任意数。
K=1,Ta=2,T1=1;
G=tf([21],[1100])
2s+1
(14),其中K可取大于0的任意数。
K=1,Ta=1,T1=2;
G=tf([11],[2100])
s+1
-----------
2s^3+s^2
实验四连续系统串联校正
一、实验目的
1.加深理解串联校正装置对系统动态性能的校正作用。
2.对给定系统进行串联校正设计,并通过模拟实验检验设计的正确性。
二、实验仪器
1.EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台
2.计算机一台
三、实验内容
1.串联超前校正
(1)系统模拟电路图如图5-1,图中开关S断开对应未校情况,接通对应超前校正。
图5-1超前校正电路图
(2)系统结构图如图5-2
图5-2超前校正系统结构图
图中Gc1(s)=2
2(0.055s+1)
Gc2(s)=
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