自控实验报告.docx

自控实验报告.docx

《自控实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自控实验报告.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

自控实验报告

《自动控制原理》实验

参考教材：

《自动控制原理》谢克明主编，电子工业出版社。

实验一根轨迹的绘制及系统分析

一、实验目的

1．熟练掌握使用MATLAB软件绘制根轨迹图形的方法；

2．进一步加深对根轨迹图的了解；

3．利用所绘制根轨迹图形分析系统性能。

二、主要实验设备及仪器

实验设备：

每人一台计算机奔腾系列以上计算机，配置硬盘≥2G，内存≥64M。

实验软件：

WINDOWS操作系统（WINDOWSXP或WINDOWS2000），并安装MATLAB语言编程环境。

三、实验内容

本实验中各系统均为负反馈控制系统，系统的开环传递函数形式为：

（一）已知系统开环传递函数分别为如下形式：

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

1、绘制各系统的根轨迹；

（1）

num=[1];

den=conv（[1,1],[1,2]）;

rlocus（num,den）

（2）

figure

（2）;

num=[1,3];

den=conv（[1,1],[1,2]）;

rlocus（num,den）

（3）

figure（3）;

num=[1,-3];

den=conv（[1,1],[1,2]）;

rlocus（num,den）

（4）

figure（4）;

num=[1];

den=conv（conv（[1,4],[1,8]）,[1,3]）;

rlocus（num,den）

（5）

figure（5）;

num=[1];

den=conv（conv（[1,1],[1,2]）,[1,-3]）;

rlocus（num,den）

2、根据根轨迹判断系统稳定性；如果系统是条件稳定的（有根轨迹分支穿越虚轴），试确定稳定条件（K值取值范围）；

（1）

（2）稳定，（3）（5）不稳定，（4）条件稳定，0＜K＜60.5

3、根据

（1）—（5）的根轨迹分析：

①增加位于虚轴左侧的开环零点，对系统性能的影响；

②增加位于虚轴右侧的开环零点，对系统性能的影响；

③增加位于虚轴左侧的开环极点，对系统性能的影响。

增加位于虚轴右侧的开环极点，对系统性能的影响。

总结加入开环极点或开环零点对系统性能的影响。

从

（1）-（5）的根轨迹可以看出，增加一个开环零点对系统的性能产生影响，且零点的位置对系统性能的影响较大，当零点位于虚轴左侧时，系统的根轨迹向左偏移，提高了系统的稳定性，有利于系统动态特性的改善，且开环零点离虚轴越近，系统动态特性改善得月显著；当零点位于虚轴右侧时，系统不稳定。

增加一个开环极点改变了实轴上根轨迹的分布，改变了根轨迹渐近线的条数，渐近线的倾角和渐近线与实轴的交点；增加开环极点使根轨迹向右偏移，系统的稳定性变差，且极点离虚轴越近，系统的稳定性越差，另外，根轨迹向右偏移导致系统的响应速度变差。

（二）已知系统开环传递函数分别为如下形式：

1、绘制系统的根轨迹；

Figure（4）

num=[1];

den=conv（conv（[1,1],[1,2]）,[1,-3]）;

rlocus（num,den）

2、试确定使系统的阶跃响应呈现振荡衰减形式的K值取值范围；

0.88＜K＜20.5

3、试确定稳定条件（K值取值范围）。

0＜K＜20.5

（三）已知系统开环传递函数分别为如下形式：

1、绘制极点a从

时系统的根轨迹；

num=[1,4];

den=[1,4,20];

rlocus（num,den）

2、试确定使系统的阶跃响应呈现振荡衰减形式的a值取值范围；

0＜a＜12.9

3、试确定稳定条件（a值取值范围）。

a＞0

实验二系统频率特性曲线的绘制及系统分析

一、实验目的

1．熟练掌握使用MATLAB软件绘制Bode图及Nyquist曲线的方法；

2．进一步加深对Bode图及Nyquist曲线的了解；

3．利用所绘制Bode图及Nyquist曲线分析系统性能。

二、主要实验设备及仪器

实验设备：

每人一台计算机奔腾系列以上计算机，配置硬盘≥2G，内存≥64M。

实验软件：

WINDOWS操作系统（WINDOWSXP或WINDOWS2000），并安装MATLAB语言编程环境。

三、实验内容

已知系统开环传递函数分别为如下形式，

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

1．绘制其Nyquist曲线和Bode图，记录或拷贝所绘制系统的各种图形；

（1）

figure;

num=[50];

den=conv（[1,5],[1,2]）;

w=logspace（-1,1,200）;

[mag,phase,w]=bode（num,den,w）;

margin（mag,phase,w）;

nyquist（num,den）;

figure

（2）;

bode（num,den）;grid

（2）

figure;

num=[250];

den=conv（conv（[1,0],[1,5]）,[1,15]）;

w=logspace（-1,1,200）;

[mag,phase,w]=bode（num,den,w）;

margin（mag,phase,w）;

nyquist（num,den）;

figure

（2）;

bode（num,den）;grid

（3）

figure;

num=[1,10];

den=conv（[1,0],[2,1,1]）;

w=logspace（-1,1,200）;

[mag,phase,w]=bode（num,den,w）;

margin（mag,phase,w）;

nyquist（num,den）;

figure

（2）;

bode（num,den）;grid

（4）

figure;

num=[8];

den=conv（conv（[1,0],[2,1]）,[0.1,1]）;

w=logspace（-1,1,200）;

[mag,phase,w]=bode（num,den,w）;

margin（mag,phase,w）;

nyquist（num,den）;

figure

（2）;

bode（num,den）;grid

（5）

figure;

num=[1,2,1];

den=[1,0.2,1,1];

w=logspace（-1,1,200）;

[mag,phase,w]=bode（num,den,w）;

margin（mag,phase,w）;

nyquist（num,den）;

figure

（2）;

bode（num,den）;grid

（6）

figure;

num=4*[0.5,1];

den=conv（conv（[1,0],[2,1]）,[0.015625,0.05,1]）;

w=logspace（-1,1,200）;

[mag,phase,w]=bode（num,den,w）;

margin（mag,phase,w）;

nyquist（num,den）;

figure

（2）;

bode（num,den）;grid

2．利用所绘制出的Nyquist曲线及Bode图对系统的性能进行分析：

（1）利用以上任意一种方法绘制的图形判断系统的稳定性；

（1）（5临界稳定，

（2）（3）（4）（6）稳定

（2）如果系统稳定，则进一步分析系统的相对稳定性：

在Bode图上求出系统的增益裕度

（用分贝数表示）和相角裕度

，及其所对应的相位穿越频率和增益穿越频率。

四、思考题

Bode图中横坐标的刻度对于频率

而言是否是均匀的？

横坐标的刻度对于

而言是否是均匀的？

说明这样分度的优点。

Bode图中横坐标的刻度对于频率

而言是不均匀的，横坐标的刻度对于

而言是均匀的，横坐标按频率ω的对数分度的优点在于：

便于在较宽的频率范围内研究系统的频率特性。

实验心得

通过三次实验课的学习，我对MATLAB这个软件有了初步的认识，虽然之前没有做充分的准备，但是经过自己的努力，已经基本掌握MATLAB这个软件的使用方法了，更重要的是，我对自动控制原理这门课程有了更深入的了解，同时也巩固的我的知识。

这几次实验课主要学习到了MATLAB中数学模型的表示，以及用MATLAB进行瞬态响应分析，绘制系统的根轨迹和频域特性分析。

从这几次实验课中，我认识到自己在理论课上还有很大的空间需要学习，

因此，在今后的学习中，我会更加努力学好理论知识，从而把实验做好。