自動(dòng)控制原理

1、自動(dòng)控制原理MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院：電氣工程與信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：13級(jí)自動(dòng)化3班姓名：郝澤鑫學(xué)號(hào)：13220321第3章 線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法1、 教材第三章習(xí)題3.5設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=(1)試求系統(tǒng)在單位階躍輸入下的動(dòng)態(tài)性能。(2)忽略閉環(huán)零點(diǎn)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。(1.1) 程序如下； (1.2)系統(tǒng)響應(yīng)曲線如圖。(2.1) 程序如下； (2.2)系統(tǒng)響應(yīng)曲線如圖。分析：忽略閉環(huán)零點(diǎn)后峰值時(shí)間減小，下圖為忽略閉環(huán)零點(diǎn)前后系統(tǒng)響應(yīng)曲線的比較2、 教材第三章習(xí)題3.9設(shè)控制系統(tǒng)如圖所示，要求：(1) 取計(jì)算測(cè)速反饋校正系統(tǒng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間和速度誤差；(2) 取計(jì)算比

2、例-微分校正系統(tǒng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間和速度誤差。(1.1)Simulink 接線圖如下：(1.2)系統(tǒng)響應(yīng)曲線如下：(2.1)Simulink 接線圖如下：(2.1)系統(tǒng)響應(yīng)曲線如下：分析：(1) 測(cè)速反饋校正系統(tǒng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間和速度誤差峰值時(shí)間： 超調(diào)量： 調(diào)節(jié)時(shí)間：(2) 比例-微分校正系統(tǒng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)和速度誤差。峰值時(shí)間： 超調(diào)量： 調(diào)節(jié)時(shí)間：3、 教材第三章習(xí)題3.30火星自主漫游車的導(dǎo)向控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，該系統(tǒng)在漫游車的前后部都裝有一個(gè)導(dǎo)向輪，其反饋通道傳遞函數(shù)為要求：(1)確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的 值范圍(2)當(dāng) 為該系的一個(gè)閉環(huán)特征根時(shí)使計(jì)算 的取值，并計(jì)算另外兩個(gè)閉環(huán)特征根

3、 (3) 應(yīng)用(2)求出的 值確定系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)(1.1)Simulink 接線圖如下：(1.2)單位階躍響應(yīng)曲線如下：4、 英文講義3.3(1.1)Simulink 接線圖如下：(1.2)響應(yīng)曲線如下：5、 英文講義“Disk Read System”(1.1)Simulink 接線圖如下：(1.2)系統(tǒng)響應(yīng)曲線如下：結(jié)論：當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)性能滿足超調(diào)量 調(diào)節(jié)時(shí)間單位擾動(dòng)最大響應(yīng)第4章 線性系統(tǒng)的根軌跡法1、 英文講義4.5(1.1)程序如下：(1.2)零極點(diǎn)分布圖和根軌跡曲線如下：(2.1)程序如下：(2.2)零極點(diǎn)分布圖和根軌跡曲線如下：分析：時(shí)，由系統(tǒng)根軌跡曲線可知，系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，

4、當(dāng)改變，使時(shí)，由系統(tǒng)根軌跡曲線可知系統(tǒng)由不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換成為條件穩(wěn)定狀態(tài)。2、 教材第四章習(xí)題4.5設(shè)單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下，試概略畫出相應(yīng)的閉環(huán)根軌跡圖( 要求算出起始角： (1) 確定產(chǎn)生純虛根的開環(huán)增益；(2) 確定產(chǎn)生純虛根為±j1的Z值和值；(3) 概略繪出的閉環(huán)根軌跡圖( 要求確定根軌跡的分離點(diǎn)、起始角和與虛軸的交點(diǎn) )。(1.1)程序如下：(1.2)零極點(diǎn)分布圖和根軌跡曲線如下：(2.1)程序如下：(2.2)零極點(diǎn)分布圖和根軌跡曲線如下： (3.1)程序如下：方法一：方法二：(3.2)零極點(diǎn)分布圖和根軌跡曲線如下：3、 教材第四章習(xí)題4.10設(shè)反饋控制系統(tǒng)中要

5、求：(1) 概略繪出系統(tǒng)根軌跡圖，并判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；(2) 如果改變反饋通路傳遞函數(shù)，使H(s)=1+2s，試判斷H(s)改變后的系統(tǒng)穩(wěn)定性，研究由于H(s)改變所產(chǎn)生的效應(yīng)。(1.1)程序如下：(1.2)零極點(diǎn)分布圖和根軌跡曲線如下： (2.1)程序如下：(2.2)零極點(diǎn)分布圖和根軌跡曲線如下：分析：由于H(s)從1改變到1+2s，使系統(tǒng)增加了一個(gè)負(fù)實(shí)零點(diǎn)，迫使系統(tǒng)根軌跡向s左半平面彎曲，從而改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4、 教材第四章習(xí)題4.17設(shè)控制系統(tǒng)如圖所示，其中為改善系統(tǒng)性能而加入的校正裝置。若可以從三種傳遞函數(shù)中任選一種，你選擇哪一種？為什么？(1.1)程序如下：(2.1)三種校正

6、裝置的根軌跡如下：第一種第二種第三種時(shí)響應(yīng)曲線 5、 教材第四章習(xí)題4.23圖示是V-22魚鷹型傾斜旋翼飛機(jī)示意圖。V-22既是一種普通飛機(jī)，又是一種直升機(jī)。當(dāng)飛機(jī)起飛和著陸時(shí)，其發(fā)動(dòng)機(jī)位置可以如圖示那樣，使V-22像直升飛機(jī)那樣垂直起降；而在起飛后，它有可以將發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)90°，切換到水平位置，像普通飛機(jī)一樣飛行。在直升機(jī)模式下，飛機(jī)的高度控制系統(tǒng)如圖所示。要求：(1)概略繪出當(dāng)控制器增益變化時(shí)的系統(tǒng)根軌跡圖，確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的值范圍；(2)當(dāng)取時(shí)，求系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入r(t)=1(t)的實(shí)際輸出h(t)，并確定系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間(=2%)；(3)當(dāng)r(t)=0，求系統(tǒng)對(duì)單位擾動(dòng)的

7、輸出(4)若在R(s)和第一個(gè)比較點(diǎn)之間增加一個(gè)前置濾波器試重解問(wèn)題(2)。(1.1)程序如下：(1.2)零極點(diǎn)分布圖和根軌跡曲線如下： 第5章 線性系統(tǒng)的頻域分析法1、 教材第五章習(xí)題5.11繪制下列傳遞函數(shù)的對(duì)數(shù)幅頻漸進(jìn)特性曲線：(1)(2)(3)(4)(1.1)程序如下：(1.2)奈奎斯特曲線和波特圖如下：(2.1)程序如下：(2.2)奈奎斯特曲線和波特圖如下： (3.1)程序如下：(3.2)奈奎斯特曲線和波特圖如下： (4.1)程序如下：(4.2)奈奎斯特曲線和波特圖如下： 2、 教材第五章習(xí)題5.21設(shè)單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)試確定相角裕度為45°時(shí)參數(shù)a的值。(1.

8、1)程序如下：(1.2)奈奎斯特曲線和波特圖如下： 第6章 線性系統(tǒng)的校正一、教材第六章習(xí)題6.1設(shè)有單位反饋的火炮指揮儀伺服控制系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為：若要求系統(tǒng)最大輸出速度為12°/s，輸出位置的容許誤差小于2°，試求：(1)確定滿足上述指標(biāo)的最小K值，計(jì)算K值下系統(tǒng)的相角裕度和幅值裕度；(2) 在前向通路中串接超前校正網(wǎng)絡(luò)計(jì)算校正后系統(tǒng)的相角裕度和幅值裕度，說(shuō)明超前校正對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。(1.1)程序如下：(1.2)校正前、校正后波特圖如下： (1.3)校正前、校正后響應(yīng)曲線如下： 分析：采用超前校正，利用相角超前特性來(lái)增大增大相角裕度減少超調(diào)量提高系統(tǒng)的快速性2

9、、 教材第六章習(xí)題6.2設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)試設(shè)計(jì)一串聯(lián)超前校正裝置，使系統(tǒng)滿足如下指標(biāo)：(1)相角裕度45°；(2)在單位斜坡輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差(3)截止頻率(1.1)程序如下：(1.2)校正前、校正后波特圖如下： (1.3)校正前、校正后響應(yīng)曲線如下： 分析：采用超前校正，利用相角超前特性來(lái)增大增大相角裕度減少超調(diào)量提高系統(tǒng)的快速性3、 教材第六章習(xí)題6.22熱軋廠的主要工序是將熾熱的鋼坯軋成具有預(yù)定厚度和尺度的鋼板，所得到的最終產(chǎn)品之一是寬為3300mm、厚為180mm的標(biāo)準(zhǔn)板材。他有兩臺(tái)主要的輥軋臺(tái)：1號(hào)臺(tái)與2號(hào)臺(tái)。輥軋臺(tái)上裝有直徑為508mm的大型輥軋臺(tái)，由4470k

10、m大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)大型液壓缸來(lái)調(diào)節(jié)軋制寬度和力度。 熱軋機(jī)的典型工作流程是：鋼坯首先在熔爐中加熱，加熱后的鋼坯通過(guò)1號(hào)臺(tái)，被輥軋機(jī)軋制成具有預(yù)期寬度的鋼坯，然后通過(guò)2號(hào)臺(tái)，由輥軋機(jī)軋制成具有與其厚度的鋼板，最后再由熱整平設(shè)備加以整平成型。 熱軋機(jī)系統(tǒng)控制的關(guān)鍵技術(shù)是通過(guò)調(diào)整熱軋機(jī)的間隙來(lái)控制鋼板的厚度。熱軋機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖所示，其中而為具有兩個(gè)相同實(shí)零點(diǎn)的PID控 制器。要求：(1)選擇PID控制器的零點(diǎn)和增益，使閉環(huán)系統(tǒng)有兩對(duì)對(duì)等的特征根；(2) 考察(1)中得到的閉環(huán)系統(tǒng)，給出不考慮前置濾波器與配置適當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)(3) 當(dāng)R(s)=0,N(s)=1/s時(shí)，計(jì)算系統(tǒng)對(duì)單位

11、階躍擾動(dòng)的響應(yīng)。(1.1)程序如下：(1.2)輸入相應(yīng)曲線和擾動(dòng)響應(yīng)曲線如下： 4、 英文講義“Disk Read System”(1.1)程序如下：(1.2)無(wú)前置濾波器時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)曲線如圖： (1.3)單位階躍輸入響應(yīng)曲線和單位階躍擾動(dòng)響應(yīng)曲線如下： 第7章 線性離散系統(tǒng)的分析與校正1、 教材第七章習(xí)題7.19窗體頂端已知離散系統(tǒng)如下圖所示，其中采樣周期T=1s，連續(xù)部分傳遞函數(shù)為試求當(dāng)r(t)=1(t)時(shí)，系統(tǒng)的無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差、過(guò)渡過(guò)程在最少拍內(nèi)結(jié)束的數(shù)字控制器D(z)。(1.1)程序如圖：窗體底端(1.2)系統(tǒng)響應(yīng)曲線如圖：2、 教材第七章習(xí)題7.24設(shè)連續(xù)的，未經(jīng)采樣的控制系統(tǒng)如圖所示，其中被控對(duì)象要求：(1)設(shè)計(jì)滯后校正系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)使系統(tǒng)在單位階躍輸入時(shí)的超調(diào)量且在單位斜坡輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差(2) 若為該系統(tǒng)增配一套采樣器和零階保持器，并選采樣周期T=0.01s,試采用Gc(s)-D(z)變換方法，設(shè)計(jì)合適的數(shù)字控制器D(z);(3) 分別畫出(1)及(2)中的連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)的