自动控制原理仿真报告文档格式.docx

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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

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）τ1=0τ2=0.1

（2）τ1=0.1τ2=0

E3.3

Aclosed-loopcontrolsystemisshowninFigure3.2DeterminethetransferfunctionC（s／）R（s）;

Determinethepolesandzerosofthetransferfunction;

Useaunitstepinput,R（s）=1／s,andobtainthepartialfractionexpansionforC（s）Andthesteady-statevalue.Plotc（t）anddiscusstheeffectoftherealandcomplexpolesofthetransferfunction.

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

E4.5

AcontrolsystemasshowninFig4.1hasaplantG（s）=

1）WhenGc（s）=K,showthatthesystemisalwaysunstablebysketchingtherootlocus,

2）WhenGc（s）=

sketchtherootlocusanddeterminetherangeofKforwhichthesystemisstable.DeterminethevalueofKandthecomplexrootswhentworootslieonthejw-axis.

1）程序：

G=tf（[1],[1-10]）;

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始终在右半平面，系统始终不稳定

（2）程序：

G=tf（[12],[119-200]）;

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：

Togetstarted,selectMATLABHelporDemosfromtheHelpmenu.

>

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*/s^2（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Togetstarted,selectMATLABHelporDemosfromtheHelpmenu.

G1=zpk（[],[00-2-5],1）;

G2=zpk（[-0.5],[00-2-5],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。

Togetstarted,selectMATLABHelporDemosfromtheHelpmenu.

G=tf（[1,1],conv（[0.5,1,0],[1/9,1/3,1]））;

bode（G）;

grid

5-16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）;

K3=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（[0.41],[0.081]）

G=series（Gc,Go）

sys1=feedback（Go,1）;

sys2=feedback（G,1）;

margin（Go）;

gtext（'

校正前'

）;

）

holdon;

[ho,ro,wxo,wco]=margin（Go）

margin（G）;

校正后'

）;

[h,r,wx,wc]=margin（G）

step（sys1）;

gtext（'

holdon;

step（sys2）;

运行结果：

ho=1.1667ro=4.0534wxo=3.1623wco=2.9240

h=3.1249r=29.7673wx=7.3814wc=3.8473

6.2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у﹥﹦45

（2）在单位斜坡输入下的稳态误差

Ess﹤

rad

（3）截止频率wc﹥﹦7.5rad/s.

解：

k=15;

G0=zpk（[],[0-1],k）;

[h0,r,wx,wc]=margin（G0）

wm=7.5

L=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*T1],[T1]）;

Gc=a*Gc;

G=Gc*G0;

bode（G,'

r'

G0,'

b--'

a=0.2544phi=-0.6364h=In