自動(dòng)控制理論仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 2014.11實(shí)驗(yàn)一 線性系統(tǒng)的時(shí)域分析一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 學(xué)會(huì)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、n對(duì)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響。3、 掌握系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的獲得方法及參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。二、 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)：C(s)/R(s)= n2/(s2+2ns+n2)(1)當(dāng)n=0.4，=0.35時(shí)仿真結(jié)果如下當(dāng)n=0.4，=0.5時(shí)仿真結(jié)果如下當(dāng)=0.35，n=0.2時(shí)仿真結(jié)果如下當(dāng)=0.35，n=0.6時(shí)仿真結(jié)果如下(2)當(dāng)n=0.4，=0.35時(shí)，Mp=30.9%,tp=8.33s,

2、ts=27.4s當(dāng)n=0.4，=0.5時(shí)，Mp=10.3%,tp=9.01s,ts=20.2s當(dāng)=0.35，n=0.2時(shí)，Mp=30.9%,tp=16.7s,ts=54.9s當(dāng)=0.35，n=0.6時(shí)，Mp=30.9%,tp=5.55s,ts=18.3s(3)當(dāng)增大時(shí)超調(diào)量減小，上升時(shí)間增大，過渡過程調(diào)節(jié)時(shí)間減少。當(dāng)保持不變，n增大時(shí)超調(diào)量不變，上升時(shí)間減小，過渡過程調(diào)節(jié)時(shí)間減小。2、已知三階系統(tǒng)單位反饋閉環(huán)傳遞函數(shù)為C(s)/R(s)=5(s+2)(s+3)/(s+4)(s2+2s+2)(1)系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)為-4，-1+j，-1-j，單位階躍響應(yīng)及動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)如下（2）改變閉環(huán)極點(diǎn)位置s=-4

3、改為s=-0.5的單位階躍響應(yīng)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)如下系統(tǒng)穩(wěn)定，超調(diào)消失但過渡過程調(diào)節(jié)時(shí)間增加（3）改變閉環(huán)極點(diǎn)位置s=-2改為s=-1的單位階躍響應(yīng)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)如下極點(diǎn)增大時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)量增大，但過渡過程調(diào)節(jié)時(shí)間減小，上升時(shí)間減小。實(shí)驗(yàn)二 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(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行性能分析方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、已知一單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=K/s(0.1s+1)(0.5s+1)(1)繪制根軌跡如下 （2）求得與虛軸交點(diǎn)如下Select a point in the graphics windows

4、elected_point =-0.0007 + 4.3970i，k = 11.5994，p =-11.9508 -0.0246 + 4.4058i -0.0246 - 4.4058i則系統(tǒng)穩(wěn)定K取值范圍為K11.5994（3）取分離點(diǎn)值得結(jié)果如下。Mp=0，K=0.451，處于臨界阻尼狀態(tài)。（4）由（3）可知，當(dāng)K= 11.5994時(shí)系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，將K= 11.5994代入得時(shí)域響應(yīng)曲線如下，與結(jié)論相符合取K=0.451時(shí)結(jié)果如下，與結(jié)論相符（5）由上可得根軌跡一般規(guī)律，分離點(diǎn)處增益對(duì)應(yīng)臨界阻尼狀態(tài)，與虛軸交點(diǎn)處對(duì)應(yīng)臨界穩(wěn)定狀態(tài)處于二者之間有超調(diào)量，即欠阻尼狀態(tài)，當(dāng)大于虛軸交點(diǎn)處K值

5、時(shí)，系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。2. 已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K(4s2+3s+1)/s(3s2+5s+1)(1)繪制系統(tǒng)根軌跡如下當(dāng)=0.7時(shí)得閉環(huán)極點(diǎn)坐標(biāo)為-0.313-0.319i，-0.313+0.319i，K=3.12（3）由此系統(tǒng)根軌跡曲線得此系統(tǒng)與虛軸無(wú)交點(diǎn)，處于穩(wěn)定狀態(tài)實(shí)驗(yàn)三 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(duì)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Nyquis穩(wěn)定性判據(jù)的方法。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=K/s(s+1)(s+5)（1）K=10時(shí)系統(tǒng)Bode圖如下K=100時(shí)，系統(tǒng)B

6、ode圖如下（2）當(dāng)k=10時(shí)相角裕度為25.4，增益裕度為9.54。當(dāng) k=100時(shí)相角裕度為-23.7，增益裕度為-10.5。（3）當(dāng)k=10時(shí)時(shí)域響應(yīng)曲線如下當(dāng)k=100時(shí)時(shí)域響應(yīng)曲線如下由（2）可知當(dāng)k=10時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定，當(dāng)k=100時(shí)系統(tǒng)不穩(wěn)定，與時(shí)域相應(yīng)相符合2.已知某系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=10(s2-2s+5)/(s+2)(s-0.5)（1）繪制Nyquist圖如下（2）由開環(huán)傳遞函數(shù)可知系統(tǒng)在右半平面有一個(gè)極點(diǎn)。而Nyquist圖繞（-1,0）一圈，則可知系統(tǒng)穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)四 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、觀測(cè)穩(wěn)定性及過渡過程二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、典型環(huán)節(jié)單位階躍響應(yīng)曲線（1）比例環(huán)節(jié)G(s)=k k=2（2）積分環(huán)節(jié)G(s)=1/KS T=2(3)比例積分環(huán)節(jié)G(s)=K+1/KS，K=0.5，T=0.5（4）慣性環(huán)節(jié)G(s)=K/TS+1 K=0.5，T=0.52、已知搭建系統(tǒng)如下，輸入信號(hào)r(t)=1(t),擾動(dòng)信號(hào)n=0.1*1(t)(1)在r(t)=1(t)作用下令擾動(dòng)信號(hào)n=0，得階躍響應(yīng)曲線如下，單位階躍響應(yīng)誤差es