西工大控制工程基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)書-

1、控制工程基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)Experiment Guidebook to Control Engineering西北工業(yè)大學2012年10月試驗一.MATLAB 仿真實驗一、實驗?zāi)康?.掌握使用MATLAB工具進行控制系統(tǒng)仿真分析;2.掌握使用MATLAB工具進行控制系統(tǒng)綜合與校正。二、實驗裝置及用具CAD 實驗室的PC 計算機已經(jīng)安裝了MATLAB 6.5,在計算機上進行控制系統(tǒng)仿真實驗。三、實驗內(nèi)容3.1 一階系統(tǒng)的仿真 圖1 一階系統(tǒng)(1推導(dǎo)并寫出圖1所示的一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)U c(s/U r(s, 圖中,R4 = R5=20K,R3 =1M,C =1F,R1 = 20K,而R2有三種選擇,即

2、R2 = 20K;R2 = 200K;R2 = 2K。(2利用MATLAB 仿真,畫出Ur 為單位階躍輸入時,輸出U C的時域響應(yīng)曲線,系統(tǒng)的頻率特性(BODE 圖和乃氏圖,說明物理系統(tǒng)的線性區(qū)(運算放大器電源電壓為±15V 。3.2 二階系統(tǒng)的仿真(1 推導(dǎo)并寫出圖2所示的二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)U c(s/U r(s,說明選取不同的R5會有不同的阻尼比。圖中,R1 =1M,C = 0.1F,R3 =100K,R4 =100K,而R5有三種選擇,即R5 = 40K;R5 =100K;R5 =140K。 圖2 二階系統(tǒng)(2利用MATLAB 仿真,畫出U r 為單位階躍輸入時,輸出U C的時

3、域響應(yīng)曲線;利用MATLAB 仿真,畫出不同阻尼比的系統(tǒng)的頻率特性(Bode 圖和乃氏圖,根據(jù)這個Bode 圖,分析二階系統(tǒng)的主要動態(tài)特性(M P ,t s。3.3 三階系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究(1圖3是由三個時間常數(shù)一致的慣性環(huán)節(jié)組成的三階系統(tǒng),試推導(dǎo)其閉環(huán)傳遞函數(shù)U c(s/U r(s,說明開環(huán)增益K 為8 時系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定;圖中,R3 = 200K, C = 0.1F,R1 = 50K,R X 是470K的電位計,可調(diào)節(jié)第二個運算放大器的放大倍數(shù),從0.38 變化到4。整個系統(tǒng)的開環(huán)增益可從1.5 變化到16。 圖3 三階0型系統(tǒng)(2利用MATLAB 畫出圖3系統(tǒng)不同增益下的Bode 圖,分析

4、該系統(tǒng)的穩(wěn)定性;(3給定三階I 型系統(tǒng)如圖 4 所示,試推導(dǎo)其閉環(huán)傳遞函數(shù),說明開環(huán)增益K V 為何值時系統(tǒng)臨界穩(wěn)定,這時其剪切頻率c為何值?圖中:C1 = C3 = 0.1F,C2 =1F,R4 = 30K,R1 = R3 = R5 =100K,R2 =1M,R X =1M是可調(diào)電位計,用以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益K V。(4 利用MATLAB畫出圖4系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時的Bode圖,分析此時的系統(tǒng)開環(huán)增益值K V和剪切頻率值。求出K V 最大和最小時的相角裕量。 圖4 三階I型系統(tǒng)3.4 控制系統(tǒng)的校正(1單位反饋的控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為:1100(0.041(0.011G S S S S =+ 校正裝置的傳遞函數(shù)為: 0.51(51J S G S S +=+ 請利用MATLAB ,分析校正前后的穩(wěn)定性和系統(tǒng)品質(zhì),分析開環(huán)增益對系統(tǒng)的影響。(2單位反饋的控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為:1200(0.11(0.0021G S S S S =+ 加入PD 校正,其傳遞函數(shù)為: 0.05