(整理)二階系統(tǒng)的性能分析1.(20210501114514)

1、精品文檔 實(shí)驗(yàn)三二階系統(tǒng)的性能分析 、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、研究二階系統(tǒng)的兩個(gè)重要參數(shù)阻尼比和自然振蕩頻率n對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性 能的影響； 2、比較比例微分控制的二階系統(tǒng)和典型二階系統(tǒng)的性能； 3、比較輸出量速度反饋控制的二階系統(tǒng)和典型二階系統(tǒng)的性能 、實(shí)驗(yàn)任務(wù) 1、典型二階系統(tǒng) 2 二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)二二 n2，仿真框圖如圖1-1所示 S2+2 紜 nS+叫2 圖1-1二階振蕩環(huán)節(jié)仿真框圖 (1)令叫=10 不變，取不同值：1=0, 2()，3=1, J1，觀察 其單位階躍響應(yīng)曲線變化情況; 精品文檔 (2)令=0不變，,取不同值，觀察其單位階躍響應(yīng)曲線變化情況; (3) 令=0.2不變，n取不

2、同值，觀察其單位階躍響應(yīng)曲線變化情況，并計(jì) 算超調(diào)量二%和ts ； n =5和 n =10時(shí)單位階躍響應(yīng)曲線： ，n=5超調(diào)量匚%和ts n =10時(shí)超調(diào)量二%和ts: 求超調(diào)量二%和ts的方法: 以叮!(S)= 為例說(shuō)明。 25 2 s 4s 25 方法一：num=0,0,25; den=1,4,25; step( nu m,de n) grid %繪制網(wǎng)格線。 title(U ni t-Step Respo nse of G(s)=25/(sA2+4s+25) ) % 圖像標(biāo)題 說(shuō)明：游動(dòng)鼠標(biāo)法：用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊時(shí)域響應(yīng)圖線任意一點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)跳出一個(gè)小方 框，小方框顯示了這一點(diǎn)的橫坐標(biāo)(時(shí)

3、間)和縱坐標(biāo)(幅值)。按住鼠標(biāo)左鍵在曲線上移動(dòng)， 可以找到曲線幅值最大的一點(diǎn)一一即曲線最大峰值，此時(shí)小方框中顯示的時(shí)間就是此二階系 統(tǒng)的峰值時(shí)間，根據(jù)觀察到的穩(wěn)態(tài)值和峰值可以計(jì)算出系統(tǒng)的超調(diào)量。系統(tǒng)的上升時(shí)間和穩(wěn) 態(tài)響應(yīng)時(shí)間可以依此類推。這種方法簡(jiǎn)單易用，但同時(shí)應(yīng)注意它不適用于用plot()命令畫 出的圖形。 方法二：(不顯示階躍響應(yīng)曲線，若要顯示可在“y,t=step(G);”后加plot (t,y) G=tf(0,0,25,1,4,25); C=dcgai n(G) y,t=step(G); Y,k=max(y); perce ntovershoot=100*(Y-C)/C i=le ng

4、th(t); while(y(i)0.98*C) end setlli ngtime=t(i) 方法三： G=tf(25,1,4,25); %計(jì)算最大峰值時(shí)間和它對(duì)應(yīng)的超調(diào)量。 C=dcgai n(G) y,t=step(G); Plot(t,y) grid Y,k=max(y); timetopeak=t(k) perce ntovershoot=100*(Y-C)/C %計(jì)算上升時(shí)間。 n=1; while y( n)0.98*C) end setlli ngtime=t(i) (4) 令n=10不變，匕取不同值(0匕1)，觀察其單位階躍響應(yīng)曲線變 化情況，并計(jì)算超調(diào)量二%和ts。 2、比

5、例微分控制的二階系統(tǒng) 比例微分控制的二階系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1-2。 蚯+ 2氯） 圖1-2比例微分控制的二階系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)中加入比例微分控制，使系統(tǒng)阻尼比增加，并增加一個(gè)閉環(huán)零點(diǎn)，可以 通過(guò)仿真比較典型二階系統(tǒng)和比例微分控制的二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的性能 指標(biāo)。 一、co225 上圖所示的控制系統(tǒng)，令 n一 池=0.1，其中=5, =0.2， s（s+2 細(xì) n） s（s+2） 從Simulink圖形庫(kù)瀏覽器中拖曳Step （階躍輸入）、Sum （求和模塊）、Pole-Zero （零極點(diǎn)）模塊、Scope （示波器）模塊到仿真操作畫面，連接成仿真框圖如圖 1-3所示。圖中Pole-Zero

6、（零極點(diǎn)）模塊建立G（s）。 圖1-3典型二階系統(tǒng)和比例微分控制的二階系統(tǒng)比較仿真框圖 3、輸出量速度反饋的二階系統(tǒng) 輸出量速度反饋的二階系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1-4。 圖1-4輸出量速度反饋的二階系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)中加入輸出量的速度反饋控制， 使系統(tǒng)阻尼比增加，可以通過(guò)仿真比較 典型二階系統(tǒng)和輸出量速度反饋控制的二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)。 圖1-4所示的控制系統(tǒng)， s(s 2 n) 25 s(s 2) 其中 0 is + i “5 0.2建立仿真框圖如圖1-5所示。圖中000.1s 1 圖1-5典型二階系統(tǒng)和輸出量速度反饋控制的二階系統(tǒng)比較仿真框圖 三、實(shí)驗(yàn)要求 1、完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)所有的仿真分析； 2、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包括： （1）實(shí)驗(yàn)題目和目的； （2） （3）實(shí)驗(yàn)原理； （4） （5）實(shí)驗(yàn)任務(wù)中要求的所有仿真框圖和階躍響應(yīng)曲線； （6） （7）討論下列問題： a）試討論欠阻尼時(shí)參數(shù) n對(duì)二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線及性能指標(biāo) -%和 ts的影響； b）答：修改n的值觀察* n對(duì)二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線性能指標(biāo) ts的影響； C) d) 試討論欠阻尼時(shí)參數(shù)對(duì)二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)二%和 ts的影響； 答：修改欠阻尼時(shí)參數(shù)的值，觀察對(duì)二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線及性 能指標(biāo)匚%和ts的影響； e) 試討論二階系統(tǒng)加入比例微分控制后性能指標(biāo)的變化; f) f) 試討論