哈工大自控實(shí)驗(yàn)—基于MATLABSimulink的控制系統(tǒng)分析

1、Harbin Institute of Technologyb/;/ 自動控制理論實(shí)驗(yàn)報告院系： 電氣工程及自動化學(xué)院 班級： 姓名： 學(xué)號： 實(shí)驗(yàn)名稱：基于MATLAB/Simulink的控制 系統(tǒng)分析同組人： 實(shí)驗(yàn)時間： 2015年11月11日 哈爾濱工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)五 線性系統(tǒng)的時域分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)會使用MATLAB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 、 對系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響3、掌握系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)的獲得方法及參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 Pc機(jī)一臺，MATLAB軟件。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、已知二階單位反饋閉環(huán)傳遞函數(shù)系統(tǒng)：求：（1）當(dāng) 及 時系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)

2、的曲線。 時系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的曲線。 時系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的曲線。（2）從圖中求出系統(tǒng)的動態(tài)指標(biāo): 超調(diào)量Mp、上升時間tp及過渡過程調(diào)節(jié)時間ts。,超調(diào)量=30.9%,上升時間=3,48s,=27.5s；，超調(diào)量=16.3%,=4.1s,=20.2s。,=30.9%,=6.95s,=54.9s；,=30.9%,=2.33s,=18.3s。（3）分析二階系統(tǒng)中 、 的值變化對系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的影響。 當(dāng)不變，變大，系統(tǒng)的上升時間減小，最大超調(diào)量變小，調(diào)整時間減小。當(dāng)，變大，系統(tǒng)的上升時間減小，最大超調(diào)量不變，調(diào)整時間減小。 2、已知三階系統(tǒng)單位反饋閉環(huán)傳遞函數(shù)為（1） 求取系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)及其單位階

3、躍響應(yīng)，讀取動態(tài)性能指標(biāo)。（2） 將原極點(diǎn) S=-4 改成 S=-0.5, 使閉環(huán)極點(diǎn)靠近虛軸，觀察單位階躍響應(yīng)和動態(tài)性能指標(biāo)的變化。=7.26%，=1.03s，=3.64s；將原極點(diǎn) S=-4 改成 S=-0.5（綠線）后, ，=4.12s，過渡過程調(diào)節(jié)時間=7.84s（3） 改變系統(tǒng)閉環(huán)零點(diǎn)的位置將原零點(diǎn) S=-2 改成 S=-1, 觀察單位階躍響應(yīng)和動態(tài)性能指標(biāo)的變化。%，=0.504s，過渡過程調(diào)節(jié)時間=3.35s（4） 分析零、極點(diǎn)的變化對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。讓閉環(huán)極點(diǎn)靠近虛軸，系統(tǒng)超調(diào)量消失，系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng),但上升時間增大，調(diào)整時間增大；讓閉環(huán)零點(diǎn)接近虛軸，系統(tǒng)最大超調(diào)量變大，系統(tǒng)

4、穩(wěn)定性減弱，上升時間減小，調(diào)整時間減小。實(shí)驗(yàn)六 線性系統(tǒng)的根軌跡分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握使用MATLAB繪制控制系統(tǒng)根軌跡圖的方法；2、掌握根據(jù)根軌跡法對控制系統(tǒng)進(jìn)行性能分析方法。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 Pc機(jī)一臺，MATLAB軟件。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、已知一負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 求：1）繪制根軌跡。2） 選取根軌跡與虛軸的交點(diǎn)，并確定系統(tǒng)穩(wěn)定的根軌跡增益K的范圍 。根軌跡與虛軸相交時，K=12，系統(tǒng)穩(wěn)定時0<K<12。3） 確定分離點(diǎn)的超調(diào)量及開環(huán)增益K。分離點(diǎn)超調(diào)量=0%，開環(huán)增益K=0.451。4） 用時域相應(yīng)曲線驗(yàn)證系統(tǒng)穩(wěn)定的根軌跡增益K的范圍 K=12時臨界穩(wěn)定K=0.451時

5、臨界阻尼5)分析根軌跡的一般規(guī)律。根軌跡在虛軸左邊的點(diǎn)，系統(tǒng)穩(wěn)定；與虛軸相交的點(diǎn)，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定；在實(shí)軸上的根軌跡，系統(tǒng)無超調(diào)。2、 已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：求：1）繪制系統(tǒng)的根軌跡，2）選擇系統(tǒng)當(dāng)阻尼比 =0.7時系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)的坐標(biāo)值及增益K值。此時，閉環(huán)極點(diǎn)坐標(biāo)為（-0.164， + 0.167i）、（-0.164 - 0.167i），K=0.2823)分析系統(tǒng)性能結(jié)論：系統(tǒng)的性能為欠阻尼，因?yàn)榇嬖谙到y(tǒng)兩個閉環(huán)極點(diǎn)，其特征方程為欠阻尼。3、已知開環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù) 求：1、根軌跡及其閉環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線；2、比較增加一個開環(huán)極點(diǎn)s=-3 后，觀察根軌跡及其閉環(huán)單位階躍響應(yīng)的變化。分析：由圖可得

6、，增加一個開環(huán)極點(diǎn)后，系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，存在不穩(wěn)定部分。4、已知開環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù) 求：1、根軌跡及其閉環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線；2、比較增加一個開環(huán)零點(diǎn)s=-2 后，觀察根軌跡及其閉環(huán)單位階躍響應(yīng)的變化。由圖分析可得，增加開環(huán)零點(diǎn)后，系統(tǒng)無論何時都穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)七 線性系統(tǒng)的頻域分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握繪制控制系統(tǒng)Bode圖及使用對數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)的方法；2、掌握繪制控制系統(tǒng)Nyquist圖及使用Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)的方法。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 Pc機(jī)一臺，MATLAB軟件。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 求：（1）繪制當(dāng)k=10及100時系統(tǒng)的bode圖；K=10K=100（2）分別求取當(dāng)k=10

7、及100時的相角裕度及增益裕度；當(dāng)k=10時：增益裕度Gm =9.61，相角裕度；當(dāng)k=100時：增益裕度Gm =-10.6，相角裕度。（3）分析系統(tǒng)穩(wěn)定性，并用時域響應(yīng)曲線驗(yàn)證。由圖可知，K變大，相角裕度變小，系統(tǒng)穩(wěn)定性減弱。由時域相應(yīng)曲線看出，k=100時系統(tǒng)震蕩。K=10 k=1002、已知某系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 求：（1）令,分別繪制 時系統(tǒng)的Nyquist圖；比較分析系統(tǒng)開環(huán)增益k不同時，系統(tǒng)的Nyquist圖的差異，并得出結(jié)論。K=1K=2K=10分析：由圖可知，K=1，K=2時，系統(tǒng)的奈奎斯特曲線沒有包圍（-1，0）點(diǎn)，系統(tǒng)穩(wěn)定，而當(dāng)K=10時，系統(tǒng)的奈奎斯特曲線包圍了（-1，

8、0）點(diǎn)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。（2）令，分別繪制,時系統(tǒng)的Nyquist圖；比較分析不同時，系統(tǒng)的Nyquist圖的差異，并得出結(jié)論。分析：=1時，系統(tǒng)穩(wěn)定；時，系統(tǒng)不穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)八 線性系統(tǒng)的Simulink仿真一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)使用Simulink搭建系統(tǒng)模型的方法；2、學(xué)習(xí)使用Simulink進(jìn)行系統(tǒng)仿真及觀測穩(wěn)定性及過渡過程。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 Pc機(jī)一臺，MATLAB軟件。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、已知某系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 求：（1）令,分別繪制 時系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線；Simulink仿真電路圖：v=1, k=1K=2K=10（2）令，分別繪制,時系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線k=1, v=1v=2v=3v=4（3）比較分析與k不同時系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線差異，作出結(jié)論。由曲線可知，K增大或v增大，都會導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。2、已知系統(tǒng)如圖所示，若輸入信號r（t）=1（t），擾動信號n=0.1*1（t），求：1）僅在輸入信號r（t）=1（t）作用下，令擾動信號n=0.在示波器Scope中觀察系統(tǒng)的