自動控制原理MATLAB實驗報告

1、.實驗一 典型環(huán)節(jié)的MATLAB仿真一、實驗?zāi)康?熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模塊的使用方法。2通過觀察典型環(huán)節(jié)在單位階躍信號作用下的動態(tài)特性，加深對各典型環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線的理解。3定性了解各參數(shù)變化對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響。二、實驗原理1比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為 其對應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1所示。圖1 比例環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形2慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為其對應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖2所示。圖2慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形 3積分環(huán)節(jié)(I)的傳遞函數(shù)為其對應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖3所示。圖3 積分環(huán)節(jié)的模

2、擬電路及及SIMULINK圖形4微分環(huán)節(jié)(D)的傳遞函數(shù)為 其對應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖4所示。圖4 微分環(huán)節(jié)的模擬電路及及SIMULINK圖形5比例+微分環(huán)節(jié)（PD）的傳遞函數(shù)為其對應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖5所示。圖5比例+微分環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形曲線6比例+積分環(huán)節(jié)（PI）的傳遞函數(shù)為 其對應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖6所示。圖6比例+積分環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形曲線 三、實驗內(nèi)容按下列各典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，建立相應(yīng)的SIMULINK仿真模型，觀察并記錄其單位階躍響應(yīng)波形。 比例環(huán)節(jié)和； 慣性環(huán)節(jié)和 積分環(huán)節(jié) 微分環(huán)節(jié) 比例

3、+微分環(huán)節(jié)（PD）和 比例+積分環(huán)節(jié)（PI）和四、實驗報告記錄各環(huán)節(jié)的單位階躍響應(yīng)波形，并分析參數(shù)對響應(yīng)曲線的影響。 比例環(huán)節(jié)：（如圖7所示） （如圖8所示） 慣性環(huán)節(jié)：（如圖9所示） （如圖10所示） 積分環(huán)節(jié)： （如圖11所示） 微分環(huán)節(jié)：（如圖12所示） 比例+微分環(huán)節(jié)（PD）：（如圖13所示） （如圖14所示） 比例+積分環(huán)節(jié)（PI）： （如圖15所示） （如圖16所示）實驗二 基于MATLAB控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)分析一. 實驗?zāi)康?. 學(xué)會使用MATLAB編程繪制控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。2. 研究二階控制系統(tǒng)中，wn對系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響。3. 掌握準(zhǔn)確讀取動態(tài)特性指標(biāo)的方法。4.

4、 分析二階系統(tǒng)閉環(huán)極點和閉環(huán)零點對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。二、實驗報告已知單位負(fù)反饋前向通道的傳遞函數(shù)為： 1. 試作出其單位階躍響應(yīng)曲線，準(zhǔn)確讀出其動態(tài)性能指標(biāo)，并記錄數(shù)據(jù)。2. 分析n不變時，改變阻尼比 ，觀察閉環(huán)極點的變化及其階躍響應(yīng)的變化。當(dāng)x 0，0.25，0.5，0.75，1，1.25時，求對應(yīng)系統(tǒng)的閉環(huán)極點、自然振蕩頻率及階躍響應(yīng)曲線。3. 保持x 0.25不變，分析n變化時，閉環(huán)極點對系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的影響。當(dāng)wn10，30，50時，求系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。4. 分析系統(tǒng)零極點對系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響。實驗三 基于MATLAB控制系統(tǒng)的根軌跡及其性能分析一、實驗?zāi)康?. 熟練掌握使用MA

5、TLAB繪制控制系統(tǒng)零極點圖和根軌跡圖的方法。2. 學(xué)會分析控制系統(tǒng)根軌跡的一般規(guī)律。3. 利用根軌跡圖進(jìn)行系統(tǒng)性能分析。4. 研究閉環(huán)零、極點對系統(tǒng)性能的影響。二、實驗原理1. 根軌跡與穩(wěn)定性當(dāng)系統(tǒng)開環(huán)增益從變化時，若根軌跡不會越過虛軸進(jìn)入s右半平面，那么系統(tǒng)對所有的K值都是穩(wěn)定的；若根軌跡越過虛軸進(jìn)入s右半平面，那么根軌跡與虛軸交點處的K值，就是臨界開環(huán)增益。應(yīng)用根軌跡法，可以迅速確定系統(tǒng)在某一開環(huán)增益或某一參數(shù)下的閉環(huán)零、極點位置，從而得到相應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。2. 根軌跡與系統(tǒng)性能的定性分析1）穩(wěn)定性。如果閉環(huán)極點全部位于s左半平面，則系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的，即穩(wěn)定性只與閉環(huán)極點的位置有關(guān)，而

6、與閉環(huán)零點位置無關(guān)。2）運動形式。如果閉環(huán)系統(tǒng)無零點，且閉環(huán)極點為實數(shù)極點，則時間響應(yīng)一定是單調(diào)的；如果閉環(huán)極點均為復(fù)數(shù)極點，則時間響應(yīng)一般是振蕩的。3）超調(diào)量。超調(diào)量主要取決于閉環(huán)復(fù)數(shù)主導(dǎo)極點的衰減率，并與其它閉環(huán)零、極點接近坐標(biāo)原點的程度有關(guān)。4）調(diào)節(jié)時間。調(diào)節(jié)時間主要取決于最靠近虛軸的閉環(huán)復(fù)數(shù)極點的實部絕對值；如果實數(shù)極點距虛軸最近，并且它附近沒有實數(shù)零點，則調(diào)節(jié)時間主要取決于該實數(shù)極點的模值。5）實數(shù)零、極點影響。零點減小閉環(huán)系統(tǒng)的阻尼，從而使系統(tǒng)的峰值時間提前，超調(diào)量增大；極點增大閉環(huán)系統(tǒng)的阻尼，使系統(tǒng)的峰值時間滯后，超調(diào)量減小。而且這種影響將其接近坐標(biāo)原點的程度而加強。三、實驗報告

7、1. 已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) ，繪制系統(tǒng)的零極點圖。2. 若已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)，繪制控制系統(tǒng)的根軌跡圖，并分析根軌跡的一般規(guī)律。實驗四 線性系統(tǒng)的頻域分析一、實驗?zāi)康?掌握用MATLAB語句繪制各種頻域曲線。2掌握控制系統(tǒng)的頻域分析方法。二、實驗報告1典型二階系統(tǒng)繪制出，0.3，0.5，0.8，2的bode圖，記錄并分析對系統(tǒng)bode圖的影響。2系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為繪制系統(tǒng)的Nyquist曲線、Bode圖，說明系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并通過繪制階躍響應(yīng)曲線驗證。 3已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為。求系統(tǒng)的開環(huán)截止頻率、穿越頻率、幅值裕度和相位裕度。應(yīng)用頻率穩(wěn)定判據(jù)判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4根據(jù)頻域分析方法分析系統(tǒng)

8、，說明頻域法分析系統(tǒng)的優(yōu)點。實驗五 線性系統(tǒng)串聯(lián)校正一、實驗?zāi)康?熟練掌握用MATLAB語句繪制頻域曲線。2加深理解串聯(lián)校正裝置對系統(tǒng)動態(tài)性能的校正作用。二、實驗內(nèi)容1） 采用PI調(diào)節(jié)器串聯(lián)校正對于給定的單位反饋閉環(huán)系統(tǒng)，如圖1所示： 圖1 原閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為，試畫出原系統(tǒng)及各校正環(huán)節(jié)的模擬線路圖及校正前后系統(tǒng)的閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖，記錄測試數(shù)據(jù)及響應(yīng)波形，并分析校正前、后系統(tǒng)的性能。2） 采用PD調(diào)節(jié)器串聯(lián)校正對于給定的單位反饋閉環(huán)系統(tǒng)，如圖2所示： 圖2 原閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為，試畫出原系統(tǒng)及各校正環(huán)節(jié)的模擬線路圖及校正前后系統(tǒng)的閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖，記錄測試數(shù)據(jù)及響應(yīng)波形，并分析校正前、后