經(jīng)典-二階系統(tǒng)的MATLAB仿真設(shè)計(共15頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)MATLAB仿真設(shè)計設(shè)計的題目：控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，要求。設(shè)計目的：1學(xué)會使用MATLAB語言及Simulink動態(tài)仿真工具進行系統(tǒng)仿真與調(diào)試。學(xué)會使用硬件仿真軟件對系統(tǒng)進行模擬仿真。2掌握自動控制原理的時域分析法，根軌跡法，頻域分析法，以及各種補償（校正）裝置的作用及用法，能夠利用不同的分析法對給定系統(tǒng)進行性能分析，能根據(jù)不同的系統(tǒng)性能指標(biāo)要求進行合理的系統(tǒng)設(shè)計，并調(diào)試滿足系統(tǒng)的指標(biāo)。設(shè)計要求：1、未校正系統(tǒng)的分析，利用MATLAB繪畫未校正系統(tǒng)的開環(huán)和閉環(huán)零極點圖，繪畫根軌跡，分析未校正系統(tǒng)隨著根軌跡增益變化的性能（穩(wěn)定性、快速性）；編寫

2、M文件作出單位階躍輸入下的系統(tǒng)響應(yīng)，分析系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)。繪出系統(tǒng)開環(huán)傳函的bode圖，利用頻域分析方法分析系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)（相角裕度和幅值裕度，開環(huán)振幅）。2、利用頻域分析方法，根據(jù)題目要求選擇校正方案，要求有理論分析和計算。并與Matlab計算值比較。選定合適的校正方案（串聯(lián)滯后/串聯(lián)超前/串聯(lián)滯后-超前），理論分析并計算校正環(huán)節(jié)的參數(shù)，并確定何種裝置實現(xiàn)。3、繪畫已校正系統(tǒng)的bode圖，與未校正系統(tǒng)的bode圖比較，判斷校正裝置是否符合性能指標(biāo)要求，分析出現(xiàn)大誤差的原因4、根據(jù)選用的裝置，使用multisim電路設(shè)計仿真軟件（或其他硬件電路仿真軟件）繪畫模擬電路。求此系統(tǒng)的階

3、躍響應(yīng)曲線。分析采用的校正裝置的效果。目 錄1.未校正系統(tǒng)分析41.1未校正系統(tǒng)的開環(huán)和閉環(huán)零極點圖41.1.1校正前開環(huán)零極點圖41.1.2 校正前系統(tǒng)的閉環(huán)零極點51.2 未校正系統(tǒng)的根軌跡及性能分析51.3單位階躍輸入下的系統(tǒng)響應(yīng)及系統(tǒng)性能分析61.4開環(huán)傳遞函數(shù)的bode圖及系統(tǒng)的頻域性能分析72.校正方案的計算與選擇83.已校正系統(tǒng)Bode圖及性能分析94.電路設(shè)計仿真125.總結(jié)與心得145.1設(shè)計總結(jié)145.2設(shè)計心得156.參考文獻161.未校正系統(tǒng)的分析：由靜態(tài)速度誤差，可以取K=0.51.1利用MATLAB繪畫未校正系統(tǒng)的開環(huán)和閉環(huán)零極點圖1.1.1開環(huán)零極點圖程序如下：&

4、gt;> num=5;>>den=conv(1 0,0.5 1);>>pzmap(num,den)得如下未校正系統(tǒng)的開環(huán)零極點：從圖象中看出，未校正的開環(huán)傳遞函數(shù)的沒有零點，極點有2個，分別為：s=0,s=-2。1.1.2為校正前系統(tǒng)的閉環(huán)零極點：閉環(huán)傳遞函數(shù)：程序如下：>> num=10;>>den=conv(1 (1+3i),1 (1-3i);>>pzmap(num,den),grid從圖象中看出，未校正的閉環(huán)傳遞函數(shù)沒有零點，極點有2個，分別為：s=1-3i ,s=1 +3i1.2繪畫根軌跡，分析未校正系統(tǒng)隨著根軌跡增益變

5、化的性能（穩(wěn)定性、快速性）。( 1 ) 程序如下：>> num=5num = 5>> den=conv(1,0,0.5 ,1)den = 0.5000 1.0000 0>> den1=0.5000 1.0000 0 5den1 = 0.5000 1.0000 0 5.0000>> figure(2);rlocus(num,den1)grid1.3 編寫M文件作出單位階躍輸入下的系統(tǒng)響應(yīng)，分析系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)。>>num=10;>>den=1 2 10;>>step(num,den);>>t

6、itle('unit-step response of 10/(S2+2S+10)')1.4 繪出系統(tǒng)開環(huán)傳函的bode圖，利用頻域分析方法分析系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)（相角裕度和幅值裕度，開環(huán)振幅）。程序如下：>> num=5;>>denc=0.5 1 0;>>bode(tf(num,denc);>> grid>> gm,pm,gf,pf=margin(num,denc)gm = Infpm = 34.9348gf = Infpf = 2.86322.利用頻域分析方法，理論分析和計算,并與Matlab計算值比較。通過單位階

7、躍響應(yīng)可知調(diào)節(jié)時間已滿足，而閉環(huán)函數(shù)知道阻尼比0.32小于0.5，故采用測速反饋控制進行校正。選定合適的校正方案理論分析并計算校正環(huán)節(jié)的參數(shù)，并確定何種裝置實現(xiàn)。如下圖：校正方框圖開環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)通過閉環(huán)函數(shù)可得，阻尼比為0.5時，=0.12，=3.16，=2.2，=5/s：符合要求。3. 繪畫已校正系統(tǒng)的bode圖，與未校正系統(tǒng)的bode圖比較，判斷校正裝置是否符合性能指標(biāo)要求，分析出現(xiàn)大誤差的原因。>> num= 5;>>den=conv(1 0,0.5 1.6) );>>bode(tf(num,den);>>grid; >&g

8、t; gm,pm,gf,pf=margin(num,den)gm = Infpm = 52.3055gf = Infpf =2.47282.校正后bode圖：校正前后bode圖比較：代碼如下：>> num=5;>> den=conv(1 0,0.5 1);>> num1= 5;>> den1=conv(1 0,0.5 1.6) );>> sys=tf(num,den);>> sys1=tf(num1,den1);>> bode(sys,sys1);>> grid;藍色的是校正前，綠色的是校正后比較：

9、校正后，同一頻率的相位增大，截至頻率由原來的2.8632rad/s增至2.4728rad/s;幅頻曲線斜率減??；他既滿足穩(wěn)定要求，也滿足相對穩(wěn)定要求，所有性能皆符合性能要求。已校正系統(tǒng)閉環(huán)零極點圖：>> num=10;>> den=1 3.2 10;>>pzmap(num,den),grid閉環(huán)主導(dǎo)極點的位置遠離jw軸，所以向應(yīng)速度減的很快.4.根據(jù)選用的裝置，使用cmultisim電路設(shè)計仿真軟件或其他軟件繪畫模擬電路。求此系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。分析采用的校正裝置的效果。其階躍相應(yīng)：>> num=5;>> den=1 3.2 10;&

10、gt;> step(num,den)；>> grid;（2） 使用matlab軟件中的Simutink仿真：其單位階躍相應(yīng)如下對應(yīng)的階躍響應(yīng)：模擬電路：校正后閉環(huán)傳遞函數(shù)可以看成一個積分環(huán)節(jié)與一個慣性環(huán)節(jié)及反饋環(huán)節(jié)；其電路圖如下5.總結(jié)及設(shè)計心得5.1總結(jié)：上述的設(shè)計任務(wù)是：有一未校正系統(tǒng)，開環(huán)傳遞函數(shù)：要求，。根據(jù)設(shè)計任務(wù)和設(shè)計要求我們從多方面查找資料和學(xué)習(xí)相關(guān)的知識，在查找資料，學(xué)習(xí)相關(guān)知識和設(shè)計過程可分以下幾點：1：根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求并學(xué)習(xí)教科書中第四章線性系統(tǒng)的根軌跡法和第六章線性系統(tǒng)的校正方法和內(nèi)容；2：在課本的理論知識的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)atlab軟件，主要是自動控制在

11、atlab軟件中的運用部分，以及學(xué)習(xí)電路仿真軟件（Multisim軟件）。3：通過上述軟件描繪幅相特性，根軌跡，波特圖等，進行分析，并通過atlab軟件中的simulink動態(tài)仿真工具進行仿真；4：途中遇到問題，向老師請教，以及和其他班的同學(xué)共同討論該如何進行設(shè)計。5.2心得： 本次課程設(shè)計我們運氣非常非常的不好，所選到的設(shè)計題目第十五道也就是最后一道居然以前面的十四道幾乎完全不同！剛開始接到這題目時幾乎無從下手，這主要是因為設(shè)計要求和其他同學(xué)的一點都不相似，沒有共同的要求，很難和其他同學(xué)一起溝通。不過，經(jīng)過我們的共同努力，從多方面查找資料，和向老師請教以及其他同學(xué)討論且復(fù)習(xí)課本中的相關(guān)知識和自學(xué)atlab和Multisim軟件，終于順利完成。與平時所做的實驗都是按照實驗指導(dǎo)書的說明很機械的完成相比，這次課程設(shè)計給了我們很大的思考空間，在設(shè)計過程訓(xùn)練了我們的自學(xué)能力，并也開始學(xué)著在給定任務(wù)情況下該何如查找資料，何如在設(shè)計過程的時間內(nèi)能更好地分配所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容服務(wù)于設(shè)計的需要，而不會沒有主次之分。在課程設(shè)計中，我們學(xué)會了自學(xué)，學(xué)會了學(xué)習(xí)，我覺得課程設(shè)計比考試的作用更大。他使我們在逼迫的情況下，很快的學(xué)會了很多東西，如malab軟件、電路仿真軟件和課本不做要求的一些內(nèi)容，使我們終身受益?？偟膩碚f這次課程設(shè)計不但增強了我們的自學(xué)