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1、自动控制原理实验实验报告（二）一、Simulink仿真二、自控原理模拟实验（线性系统的时域分析）姓名： 刘克勤学号：110901112班级：自动化1104班指导老师：石洪瑞东华大学信息学院MP5.6为了保持飞机的航向和飞行高度，人们设计了如图MP5.6所示的飞机自动驾驶仪。 (a) 假设框图中的控制器是固定增益的比例控制器 ，输入为斜坡信号，利用matlab计算并以曲线显示系统的斜坡响应，求出10s后的航向角误差。 (b) 为了减小稳态跟踪误差，可以采用较复杂的比例积分控制器(PI)，即试重复(a)中的仿真计算，并比较这两种情况下的稳态跟踪误差。图MP5.6 飞机自动驾驶仪框图(a) 解：Si
2、mulink仿真原理图 ： 运行结果如下：(b)解：Simulink仿真原理图 ：运行结果如下：MP5.7 导弹自动驾驶仪速度控制回路的框图如图MP5.7所示，请用MATLAB/Simulink求系统的单位阶跃响应，并求出峰值、超调量，峰值时间、调整时间。. 图MP5.7 导弹自动驾驶仪速度控制回路解：Simulink仿真原理图：仿真结果：峰值时间：Tp=0.1062；峰值：Mp=1.294；超调量：P.O.=(1.294-1)/1=0.294=29.4% 。系统稳态值为1，根据2%的误差准则，系统稳定到0.98时的调整时间约为：Ts=2.539。MP5.8 设计如下系统的Simulink仿真
3、图，求系统的阶跃响应曲线及超调量、调整时间。图MP5.8 非单位反馈控制系统解：Simulink仿真原理图：运行结果：由系统稳态值为0.5，根据2%的误差准则，系统稳定到0.51的时间即为调整时间Ts=39.05。为了精确观察峰值点，作出0-5时间内的阶跃响应曲线如下：得峰值Mp=0.9785，超调量P.O.=(0.9785-0.5) /0.5=0.957=95.7% 。MP5.9 使用Simulink求系统的斜坡输入响应曲线，并求稳态误差。图MP5.9 单位反馈控制系统Simulink仿真原理图：斜坡输入响应曲线如下：稳态误差： s=0Kv=10/(s2+20*s+75)Ess=1/Kvs
4、= 0Kv = 0.1333Ess = 7.5000得系统误差为7.5。自控原理模拟实验 线性系统的时域分析一、典型系统的时域响应和稳定性分析1.实验目的(1)研究二阶系统的特征参数（）对过渡过程的影响。(2)研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线和系统的稳定性。(3)熟悉Routh判据，用Routh判据对三阶系统进行稳定性分析。2.实验原理及内容(1)典型的二阶系统性能分析l 结构框图l 模拟电路图l 系统的开环传递函数l 实验内容先算出临界阻尼，欠阻尼，过阻尼时电阻R的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。图1.14中的：(2)典型的三阶系
5、统性能分析l 结构框图l 模拟电路图l 系统的开环传递函数实验内容实验前由Routh判据得Routh阵列为： 为保证系统稳定，第一列各值应为正数：得： 3.实验步骤(1)将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均设置了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关分别设在“方波”挡和“500ms12s”挡，调节调幅和调频电位器，使得”OUT“端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右。(2)典型二阶系统瞬态性能指标的测试l 按模拟电路图1.14接线，将方波信号接至输入端，取R=30K.l 用示波器观察系统的响应曲线C(t)，测量并记录超调量，峰值时间和调整时间。l
6、 分别按R=20K,40K,100K,改变系统开环增益，观察响应曲线C(t)，测量并记录性能指标及系统的稳定性。并将测量值和计算值进行比较。将实验结果填入下表内。(3)典型三阶系统的性能l 按图1.16接线，将方波信号接至输入端，取R=30K。l 观察系统的响应曲线，并记录波形。l 减小开环增益（R=41.7K;100K），观察响应曲线，并将实验结果填如下表内。4.实验现象及数据二阶系统记录表参数项目R(K)nC(tp)C()KMp(%)Tp (s)Ts (s)响应情况理论值测量值理论值测量值理论值测量值207.070.351.3311031330.470.461.611.79衰减振荡305.
7、780.431.2216.722220.600.591.601.90衰减振荡4050.51.171516170.730.721.601.75衰减振荡1003.160.791.021202021.621.271.632.23接近衰减振荡参数项目R(K)nC(tp)C()KMp (%)Tp (s)Ts (s)响应情况理论值测量值理论值测量值理论值测量值10101/41.412044430.320.381.61.5衰减振荡5021.11411100.850.91.61.71602.51无15/4无无1.92.5单调指数200/2无11无无2.93.5单调指数实验时，二阶系统的各个响应图：R=20K,
8、R=30K,R=40K,R=100K,三阶系统记录表如下：R(K)K开环增益稳定性3016.7不稳定发散41.712临界稳定等幅振荡1005稳定衰减收敛三阶系统的各个响应图如下：R=30K, R=41.7K, R=100K,实验总结分析：二阶系统分析：典型二阶系统中，随着开环增益的变大，系统的超调量变大，峰值时间变短。理论上，调整时间近乎不变，但实验中，受环境，器件及参数取值的误差，调整时间较为不稳定。系统的系统的快速性得到提高，动态特性总体较好，但系统的稳定下有所下降。三阶系统分析： 典型三阶系统中，随着开环增益的减小，系统的稳定逐渐上升，但系统的调整时间Ts和峰值时间Tp变长，动态特性有所下降。本实验中，可见三阶系统的敏感性比二阶系统稍强。
