自動控制原理實驗答案

1、自動控制原理實驗答案【篇一：自動控制原理matlab仿真實驗報告】一、實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)利用matlab進(jìn)行控制系統(tǒng)時域分析，包括典型響應(yīng)、判斷系 統(tǒng)穩(wěn)定性和分析系統(tǒng)的動態(tài)特性；二、預(yù)習(xí)要點1、系統(tǒng)的典型響應(yīng)有哪些？ L如何判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性？&系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)有哪些？三、實驗方法(一)四種典型 響應(yīng)1、階躍響應(yīng)：階躍響應(yīng)常用格式：1、step(sys);其中sys可以為連續(xù)系統(tǒng)，也可為離散系統(tǒng)。2 step(sys,tn);表示時間范圍0tn 、step(sys,t；表示時間范 圍向量t指定。4、y?step(sys,t);可詳細(xì)了解某段時間的輸入、輸出情況。么 脈沖響應(yīng)：脈沖函數(shù)在數(shù)學(xué)上的精確定義

2、：?f(x)dx?1 f(x)?0,t?0其拉氏變換為：f(s)?1y(s)?g(s)f(s)?g(s)所以脈沖響應(yīng)即為傳函的反拉氏變換。脈沖響應(yīng)函數(shù)常用格式: 脈沖響應(yīng)函數(shù)常用格式: impulse(sys);impulse(sys,tn);impulse(sys,t); y?impulse(sys,t)(二)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性有以下三種方法:1、利用pzmap繪制連續(xù)系統(tǒng)的零極點圖；么利用tf2zp求出系 統(tǒng)零極點；&利用roots求分母多項式的根來確定系統(tǒng)的極點(三)系統(tǒng)的 動態(tài)特性分析matlab提供了求取連續(xù)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)函數(shù)step、單位脈沖 響應(yīng)函數(shù)impulse、零輸入響應(yīng)函數(shù)

3、initial及任意輸入下的仿真 函數(shù)lsim.四、實驗內(nèi)容一)穩(wěn)定性系統(tǒng)傳函為g?s?3s?2s?5s?4s?6s?3s?4s?2s?7s?2 s?2s?2s?7s?3s?5s?24322432，試判斷其穩(wěn)定性用 matlab 求出 g(s)?%matlab計算程序 的極點。num=3 2 5 4 6;den=1 3 4 2 72;g=tf(num,den);pzmap(g);p=roots(den) 運行結(jié)果：P =-1.7680 + 1.2673i-1.7680 - 1.2673i 0.4176 + 1.1130i 0.4176 - 1.1130i-0.2991pole-zero map

4、 1.510.5imaginary axis-0.5-1-1.5-2-1.5-1 real axis -0.500.5 圖1-1零極點分布圖 由計算結(jié)果可知，該系統(tǒng)的2個極點具有正實部，故系統(tǒng)不穩(wěn)定。%求取極點num=1 2 2;den=1 7 3 5 2;p=roots(den) 運行結(jié)果：p =-6.6553 0.0327 + 0.8555i 0.0327 - 0.8555i-0.41002 故 g(s)?s?2s?2s4?7s3?3s2的極點 s1=-6.6553 , s2=0.0327 + 0.8555i , ?5s?2s3= 0.0327 - 0.8555i , s4=-0.41階躍

5、響應(yīng)1.二階系統(tǒng)g?s?10s2?2s?101）鍵入程序，觀察并記錄單位階躍響應(yīng)曲線2）計算系統(tǒng)的閉環(huán)根、阻尼比、無阻尼振蕩頻率，并記錄3）記錄實際測取的峰值大小、峰值時間及過渡過程時間，并填表: 由圖1-3及其相關(guān)理論知識可填下表：tp?/?d?/3=10472?4.5?2%t?ns?3.5?5%?n)修改參數(shù)，分別實現(xiàn)?1和?2的響應(yīng)曲線，并記錄5)修改參數(shù)，分別寫出程序?qū)崿F(xiàn)wn1?1w0 和wn2?2w0 的響應(yīng)曲 線，并記錄2%單位階躍響應(yīng)曲線num=10;den=1 2 10;step(num,den); title(step response of g(s)=10/(s2+2s+1

6、0);(0?0.9)step response of g(s)=10/(s2+2s+10)1.41.21amplitude0.80.60.40.20123time (sec)456單位階躍響應(yīng)曲線圖1-2二階系統(tǒng)g?s?10s?2s?102%計算系統(tǒng)的閉環(huán)根、阻尼比、無阻尼振蕩頻率num=10;den=1 2 10;g=tf(num,den); wn,z,p=damp(g) 運行結(jié)果：wn =3.1623 3.1623z =0.3162 0.3162p =-1.0000 + 3.0000i-1.0000 - 3.0000i率?n?3.16230123time (sec)456圖 1-3g?s?

7、10s?2s?102單位階躍響應(yīng)曲線(附峰值等參數(shù))第4)題：%kosi=1 階躍響應(yīng)曲線 wn=sqrt(10);kosi=1;g=tf(wn*wn,1 2*kosi*wn wn*wn); step(g);title(step response of kosi=1);【篇二：自動控制原理實驗報告】ass=txt1、比例環(huán)節(jié)可知比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為一個常數(shù)：當(dāng)kp分別為0.5, 1，2時，輸入幅值為1.84的正向階躍信號，理 論上依次輸出幅值為0.92, 1.84, 3.68的反向階躍信號。實驗中， 輸出信號依次為幅值為094, 1.88, 3.70的反向階躍信號，相對誤 差分別為1.8%,2

8、.2%,0.2%.在誤差允許范圍內(nèi)可認(rèn)為實際輸出滿足理 論值。么積分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)為：U0Z11?f?uiziricstsuor?fuiri與實驗測得波形比較可知，實際與理論值較為吻合，理論上t=0.033 時的波形斜率近似為t=0.1時的三倍，實際上為8/2.6=3.08在誤差 允許范圍內(nèi)可認(rèn)為滿足理論條件。&慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)為：c(s)k?r(s)ts?1k=rf /r1,t=rfc,保持k=rf/r1=1不變，觀測t= 0.1秒，0.01秒(既r1=100k,c=1?f, 0.1?f)時的輸出波形。利用matlab仿真得到理論波形如下：t=0.1時ts(5%)理論值為300

9、ms,實際測得ts=400ms相對誤差為: (400-300)/300=33.3%,讀數(shù)誤差較大。k理論值為1，實驗值2.12/2.28相對誤差為(2.28-2.12) /2.28=7%與理論值較為接近。t=001時ts (5% )理論值為30ms,實際測得ts=40ms相對誤差為：(40-30)/30=33.3%由于ts較小，所以讀數(shù)時誤差較大。k理論值為1,實驗值2.12/2.28，相對誤差為(2.28-2.12) /2.28=7%與理論值較為接近ts保持t=rfc= 0.1s不變，分別觀測k=1, 2時的輸出波形。k=1時波形即為(1)中t01時波形k=2時，利用matlab仿真得到如下

10、結(jié)果：(5% )理論值為300ms,實際測得 ts=400ms 相對誤差為：(400-300 ) /300=33.3%讀數(shù)誤差較大k理論值為2,實驗值4.30/2.28相對誤差為(2-4.30/2.2) /2=5.7%與理論值較為接近。么二階振蕩環(huán)節(jié)令 r3=r1,c2=c1c(s)?r(s)1tsts?1k22t=r1c1,k=r2/r1?n=1/t=1/r1c1/2.89=7.2%較為接近。值相對誤差為(0.59-0.525)/0.525=12.4較為接近。超調(diào)量mp理論值為0,實驗值為(2.28-2)/2.28=12.3%理論值吻合。過渡過程時間理論值，由matlab仿真得ts=0.48

11、s，實驗值為0.40, 與仿真得到的理論值相對誤差為(0.48-0.40)/0.48=20%較為接近。(0.0525-0.05)/0.0525=4.8較為接近。超調(diào)量mp理論值為0,實驗值為(2.28-2)/2.28=12.3%理論值吻4 合。過渡過程時間理論值，由matlab仿真得ts=0.048s，實驗值為0.04, 與仿真得到的理論值相對誤差為(0.048-0.04)/0.048=16.7%為接近。六、思考題&對于圖1 -5所示系統(tǒng)，若將其反饋極性改為正反饋；或?qū)⑵浞答?回路斷開，這時的階躍響應(yīng)應(yīng)有什么特點？試從理論上進(jìn)行分析(也可在實驗中進(jìn)行觀察)變成正反饋或?qū)⑵浞答伝芈窋嚅_，理論上階

12、躍響應(yīng)的大小不斷增加， 實際中受制于運放的最大輸出電壓的影響，階躍響應(yīng)快速上升，最 后達(dá)到一個很大的幅值。么根據(jù)所學(xué)習(xí)的電模擬方法，畫出開環(huán)傳 遞函數(shù)為g(s)?k(t1s?1)(t2s?2? t2s?1)22的單位反饋系統(tǒng)的模擬線路圖，并注明線路圖中各元件參數(shù)(用r、 c等字符表示)和傳遞函數(shù)中參數(shù)的關(guān)系。易知將一個一階慣性環(huán)節(jié)與圖1-5所示電路串聯(lián)起來后，再加一個 單位反相比例環(huán)節(jié)即可實現(xiàn)，電路圖如下【篇三：自動控制原理實驗報告】課程編號:實驗時間：me3121023 2011.12.7一、實驗?zāi)康暮鸵?通過自動控制原理實驗牢固地掌握自動控制原理課的基本分析 方法和實驗測試手段。能應(yīng)用運

13、算放大器建立各種控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué) 模型，掌握系統(tǒng)校正的常用方法，掌握系統(tǒng)性能指標(biāo)同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和 參數(shù)之間的基本關(guān)系。通過大量實驗，提高動手、動腦、理論結(jié)合實際的能力，提高從事數(shù)據(jù)采集與調(diào)試的能力，為構(gòu)建系統(tǒng)打下堅 實的基礎(chǔ)。二、實驗儀器、設(shè)備（軟、硬件）及儀器使用說明自動控制實驗系統(tǒng)一套計算機（已安裝虛擬測量軟件labact 臺椎體連接線18根實驗一線性典型環(huán)節(jié)實驗（一）、實驗?zāi)康模?、了解相似性原理的基本概念。么 掌握用運算放大器構(gòu)成各種常用的典型環(huán)節(jié)的方法。&掌握各類典型環(huán)節(jié)的輸入和輸出時域關(guān)系及相應(yīng)傳遞函數(shù)的表 達(dá)形式，熟悉各典型環(huán)節(jié)的參數(shù)（k、t）。么學(xué)會時域法測量典型環(huán)節(jié)參數(shù)的方法。（二

14、）、實驗內(nèi)容：1、用運算放大器構(gòu)成比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、比例積分環(huán) 節(jié)、比例微分環(huán)節(jié)和比例積分微分環(huán)節(jié)。么在階躍輸入信號作用下，記錄各環(huán)節(jié)的輸出波形，寫出輸入輸出 之間的時域數(shù)學(xué)關(guān)系。&在運算放大器上實現(xiàn)各環(huán)節(jié)的參數(shù)變化。（三）、實驗要求：1、仔細(xì)閱讀自動控制實驗裝置布局圖和計算機虛擬測量軟件的使 用說明書。么 做好預(yù)習(xí)，根據(jù)實驗內(nèi)容中的原理圖及相應(yīng)參數(shù)，寫出其傳遞 函數(shù)的表達(dá)式，并計算各典型環(huán)節(jié)的時域輸出響應(yīng)和相應(yīng)參數(shù)（k、 t）o&分別畫出各典型環(huán)節(jié)的理論波形。3輸入階躍信號，測量各典型環(huán)節(jié)的輸入和輸出波形及相關(guān)參數(shù)。（四）、實驗原理：實驗原理及實驗設(shè)計：1.比例環(huán)節(jié)：ui-u。的時域響應(yīng)理論波形：傳遞函數(shù)：g（s）=k比例系數(shù)：k?r=10/3 r1實測波形：r1=30k,r=100kr1=100k,r=200k2慣性環(huán)節(jié)：ui-u曬時域響應(yīng)理