控制工程原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

本文格式為Word版，下載可任意編輯——控制工程原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)

生

實(shí)

驗(yàn)

報(bào)

告

（理工類）

課程名稱：

操縱工程原

專業(yè)班級(jí)：

17機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（1）

學(xué)生學(xué)號(hào)：

1704021025

學(xué)生姓名：

吳林凌

所屬院部：

機(jī)電工程學(xué)院

指導(dǎo)教師：

劉祥建

20

19

20

20

學(xué)年

第

二

學(xué)期

金陵科技學(xué)院教務(wù)處制

試驗(yàn)工程名稱：

Matlab軟件使用及典型操縱系統(tǒng)建模試驗(yàn)學(xué)時(shí)：

2

同組學(xué)生姓名：

試驗(yàn)地點(diǎn)：

C306

試驗(yàn)日期：

2022.5.5

試驗(yàn)成績(jī)：

批改教師：

批改時(shí)間：

一、試驗(yàn)?zāi)康暮鸵竽康模?/p>

1.學(xué)習(xí)Matlab的數(shù)據(jù)表示、基本運(yùn)算和程序操縱語(yǔ)句。

2.學(xué)習(xí)用Matlab創(chuàng)立操縱系統(tǒng)模型。

要求：

1.把握Matlab軟件使用的基本方法。

2.把握用Matlab產(chǎn)生系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型。

3.記錄程序和運(yùn)行結(jié)果。

二、試驗(yàn)儀器和設(shè)備電腦、Matlab軟件三、試驗(yàn)過程（1）

用Matlab軟件顯示如下傳遞函數(shù)的有理多項(xiàng)式模型和零極點(diǎn)增益模型。

（2）用Matlab軟件顯示如下傳遞函數(shù)方框圖的有理多項(xiàng)式模型和零極點(diǎn)增益模型。

四、試驗(yàn)數(shù)據(jù)1、試驗(yàn)內(nèi)容（1）程序及結(jié)果記錄。

程序有理多項(xiàng)式模型num=[12,24,0,20],den=[24622];sys=tf(num,den)

num=[1，3，2，1，1],den=[1，4，3，2，3，2];

sys1=tf(num,den)

sys=zpk(sys1)

零極點(diǎn)增益模型

2、試驗(yàn)內(nèi)容（2）程序及結(jié)果記錄。

程序有理多項(xiàng)式模型num1=10;den1=[1,2,0];num2=[5,7];den2=[1,4,2,5];[num,den]=series(num1,den1,num2,den2);sys=tf(num,den)

num1=10;den1=[1,2,0];num2=[5,7];den2=[1,4,2,5];[num,den]=series(num1,den1,num2,den2);sys=tf(num,den)sys1=zpk(sys)

零極點(diǎn)增益模型

試驗(yàn)工程名稱：系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)分析仿真

試驗(yàn)學(xué)時(shí)：

2

同組學(xué)生姓名：

試驗(yàn)地點(diǎn)：

C306

試驗(yàn)日期：

2022.5.7

試驗(yàn)成績(jī)：

批改教師：

批改時(shí)間：

一、試驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.學(xué)習(xí)瞬態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試方法（、ts、tp）。

2.了解參數(shù)變化對(duì)典型環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。

3.觀測(cè)并記錄二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線并測(cè)試出性能指標(biāo)（如、ts、tp等）。

4.觀測(cè)增益變化對(duì)三階系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，測(cè)試并記錄相應(yīng)的曲線。

二、試驗(yàn)儀器和設(shè)備電腦、Matlab軟件

三、試驗(yàn)過程（1）典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的測(cè)試

1）建立二階系統(tǒng)的試驗(yàn)方框圖；

2）單擊圖標(biāo)，計(jì)算機(jī)開始仿真，觀測(cè)示波器的輸出值。調(diào)整"Gain'模塊的增益分別為0.3、4、10，觀測(cè)增益對(duì)二階系統(tǒng)輸出波形的影響并記錄各次輸出曲線。

（2）典型三階系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

1）建立典型三階系統(tǒng)的試驗(yàn)方框圖；

2）調(diào)整仿真參數(shù)中的中止時(shí)間，點(diǎn)擊"Simulation'菜單出現(xiàn)下拉子菜單，點(diǎn)擊"Simulationparameters'出現(xiàn)參數(shù)調(diào)整界面，修改"Stoptime'為20；

3）調(diào)整"Gain'模塊增益為0.8、2、5，觀測(cè)系統(tǒng)輸出值的波形，并記錄輸出曲線，分析增益對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

四、試驗(yàn)數(shù)據(jù)1、試驗(yàn)內(nèi)容（1）結(jié)果記錄。

增益0.3410

圖形記錄

2、試驗(yàn)內(nèi)容（2）結(jié)果記錄。

增0.825

益

圖形記錄

五、試驗(yàn)結(jié)果分析1、試根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容（1）結(jié)果記錄，分析增益變化對(duì)系統(tǒng)超調(diào)量、峰值時(shí)間tp、上升時(shí)間tr、調(diào)整時(shí)間ts有何影響？答：1、增加增益，系統(tǒng)超調(diào)量變大

2、增加增益，峰值時(shí)間變短3、增加增益，上升時(shí)間變短

4、增加增益，調(diào)整時(shí)間變

2、試根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容（2）結(jié)果記錄，分析增益變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性有何影響？答：當(dāng)系統(tǒng)增益增大時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)快速性變好，準(zhǔn)確性提高，但穩(wěn)定性降低。

試驗(yàn)工程名稱：

系統(tǒng)頻率特性分析仿真試驗(yàn)學(xué)時(shí)：

2

同組學(xué)生姓名：

試驗(yàn)地點(diǎn)：

C306

試驗(yàn)日期：

2022.5.12

試驗(yàn)成績(jī)：

批改教師：

批改時(shí)間：

一、試驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.學(xué)習(xí)利用Matlab軟件繪制Nyquist圖和Bode圖的方法。

2.學(xué)習(xí)利用Nyquist圖和Bode圖判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.繪制并記錄給定系統(tǒng)的Nyquist圖和Bode圖。

4.判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

二、試驗(yàn)儀器和設(shè)備電腦、Matlab軟件三、試驗(yàn)過程（1）連接好系統(tǒng)方框圖；

（2）改變系統(tǒng)輸入正弦信號(hào)的頻率。雙擊SineWave圖標(biāo)，出現(xiàn)參數(shù)設(shè)定對(duì)話框，改變"Frequency'的值為1、5、15rad/sec，觀測(cè)系統(tǒng)的輸出并記錄輸出曲線和各參數(shù)值；

（3）在MatlabCommandWindow窗口中，輸入"三、試驗(yàn)原理'提供的Matlab語(yǔ)句，畫出系統(tǒng)Nyquist圖和Bode圖，記錄曲線并判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

注：（1）Xi和Xo數(shù)值從圖3-1所示系統(tǒng)的輸出曲線中讀??；

（2）Nyquist圖需標(biāo)識(shí)出實(shí)軸上的（-1）點(diǎn)。

四、試驗(yàn)數(shù)據(jù)1、頻率值分別為1、5、15rad/sec時(shí)，系統(tǒng)輸出曲線和各參數(shù)值記錄。

FrequencyXi

Xo

G(j)圖形記錄11.810.56

510.20.2

1510.70.7

2、系統(tǒng)Nyquist圖和Bode圖記錄。

Nyquist圖Bode圖

圖形記錄

五、試驗(yàn)結(jié)果分析1、試根據(jù)系統(tǒng)的Nyquist圖和Bode圖，分析閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性？并簡(jiǎn)要說明理由。

答：1、由Nyquist圖可知，該閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，由于Nyquist軌跡不包含（-1,j0)，故相應(yīng)的閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。2、由Bode圖可知，該閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，由于對(duì)于穩(wěn)定系統(tǒng)來說，Kg（dB）必在0dB線以下，稱為正副值裕度，Gm=19.6dB，Pm=89.8dB，具有正幅值和正相對(duì)裕度，所以該系統(tǒng)穩(wěn)定。

試驗(yàn)工程名稱：

系統(tǒng)穩(wěn)定性分析仿真試驗(yàn)學(xué)時(shí)：

2

同組學(xué)生姓名：

試驗(yàn)地點(diǎn)：

C105

試驗(yàn)日期：

2022.5.14

試驗(yàn)成績(jī)：

批改教師：

批改時(shí)間：

一、試驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.學(xué)會(huì)運(yùn)用各種穩(wěn)定判據(jù)來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.學(xué)會(huì)運(yùn)用Matlab軟件進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。

3.記錄程序和結(jié)果曲線。

4.判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

二、試驗(yàn)儀器和設(shè)備電腦、Matlab軟件三、試驗(yàn)過程1.直接求特征多項(xiàng)式的根

設(shè)p為特征多項(xiàng)式的系數(shù)向量，則Matlab函數(shù)roots()可以直接求出方程p=0在復(fù)數(shù)范圍內(nèi)的解v,該函數(shù)的調(diào)用格式為：v=roots(p)

利用多項(xiàng)式求根函數(shù)roots(),可以很便利的求出系統(tǒng)的零點(diǎn)和極點(diǎn)，然后根據(jù)零極點(diǎn)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性和其它性能。

2.繪制零極點(diǎn)分布圖

在Matlab中，可利用pzmap()函數(shù)繪制連續(xù)系統(tǒng)的零極點(diǎn)分布圖，從而分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

該函數(shù)調(diào)用格式為：pzmap(num,den)

四、試驗(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容（1）、（2）結(jié)果記錄。

試驗(yàn)內(nèi)容程序運(yùn)行結(jié)果

（1）

p=[1，7，3，5，2];

v=roots(p)

v=

0.3202+1.7042i

0.3202-1.7042i

-0.7209+0.0000i

0.0402+0.6780i

0.0402-0.6780i

（2）

num=[1,2,2];den=[1,7,3,5,2];pzmap(num,den)

五、試驗(yàn)結(jié)果分析1、試根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容（1）、（2）結(jié)果，分析閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性？并簡(jiǎn)要說明理由？試驗(yàn)（1）由于實(shí)部符號(hào)發(fā)生了兩次改變，所以系統(tǒng)不穩(wěn)定試驗(yàn)（2）由于特征方程S^4+7S^3+3S^2+5S+2=0,由（1）可知該系統(tǒng)不穩(wěn)定。

試驗(yàn)工程名稱：

系統(tǒng)設(shè)計(jì)矯正仿真

試驗(yàn)學(xué)時(shí)：

2

同組學(xué)生姓名：

試驗(yàn)地點(diǎn)：

C105

試驗(yàn)日期：

2022.5.19

試驗(yàn)成績(jī)：

批改教師：

批改時(shí)間：

一、試驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.了解和觀測(cè)調(diào)理規(guī)律對(duì)系統(tǒng)瞬態(tài)性能的影響。

2.驗(yàn)證PID調(diào)理器參數(shù)（Kp、Ti、Td）在調(diào)理系統(tǒng)中的功能和對(duì)調(diào)理質(zhì)量的影響。

二、試驗(yàn)儀器和設(shè)備電腦，Matlab軟件三、試驗(yàn)過程（1）按圖5-1連接好系統(tǒng)方框圖。（"PIDController'在SimulinkExtras模塊庫(kù)的

"AdditionalLinear'模塊子庫(kù)中）

（2）調(diào)理器為比例（P）操縱規(guī)律。雙擊PID模塊，出現(xiàn)參數(shù)設(shè)定對(duì)話框，將PID操縱器的積分和微分增益設(shè)為0，使調(diào)理器具有比例操縱規(guī)律。調(diào)整比例增益，觀測(cè)并記錄響

應(yīng)曲線的變化，分析比例增益對(duì)系統(tǒng)性能的作用。（記錄一條響應(yīng)曲線，其中衰減比必需在

4:1-10:1之間）

（3）調(diào)理器為比例-微分（PD）操縱規(guī)律。雙擊PID模塊，在參數(shù)設(shè)定對(duì)話框，將PID

操縱器的積分增益設(shè)為0，使調(diào)理器具有比例-微分操縱規(guī)律。調(diào)整比例、微分增益，觀測(cè)

并記錄響應(yīng)曲線的變化，分析PD操縱律對(duì)系統(tǒng)性能的作用。（記錄一條響應(yīng)曲線，其中衰減比必需在4:1-10:1之間）

（4）調(diào)理器為比例-積分（PI）操縱規(guī)律。雙擊PID模塊，在參數(shù)設(shè)定對(duì)話框，將PID

操縱器的微分增益設(shè)為0，使調(diào)理器具有比例-積分操縱規(guī)律。調(diào)整比例、積分增益，觀測(cè)

并記錄響應(yīng)曲線的變化，分析PI操縱律對(duì)系統(tǒng)性能的作用。（記錄一條響應(yīng)曲線，其中衰減比必需在4:1-10:1之間）

（5）調(diào)理器為比例-積分-微分（PID）操縱規(guī)律。雙擊PID模塊，出現(xiàn)參數(shù)設(shè)定對(duì)話框，

設(shè)定PID操縱器的比例、積分和微分增益，使調(diào)理器具有比例-積分-微分操縱規(guī)律。調(diào)整比例、積分和微分增益，觀測(cè)并記錄響應(yīng)曲線的變化，分析PID操縱律對(duì)系統(tǒng)性能的作用。（記錄一條響應(yīng)曲線，其中衰減比必需在4:1-10:1之間）

四、試驗(yàn)數(shù)據(jù)

調(diào)理器分別為P、PD、PI、PID操縱規(guī)律時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)曲線記錄。

結(jié)果記錄Kp、Td、Ti數(shù)值響應(yīng)曲線（衰減比在4:1-10:1間）

P操縱規(guī)律

Kp=1Td=0Ti=0

PD操縱規(guī)律

Kp=10Td=1Ti=0

PI操縱規(guī)律

Kp=1.2Td=0Ti=0.001

PID操縱規(guī)律

Kp=1