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1、 自动控制原理 实验一线性系统时域分析MATLABsimulationandtimedomainanalysisoflinearsystem 实验一线性系统时域分析 一 实验目的1 掌握一阶和二阶系统的非周期信号响应 2 熟悉二阶系统的无阻尼 欠阻尼 临界阻尼和过阻尼状态 3 掌握系统的稳态 暂态过程和静态误差 4 熟悉极点对高阶系统性能的影响 5 熟悉零点对高阶系统性能的影响 实验一线性系统时域分析 二 实验内容1 有一个系统其传递函数为 采用M文件和SIMULINK工具箱 观测当T 1 K分别取0 01 0 1 1 10时的单位阶跃响应 分析K对系统性能的影响 观测K 1 T分别取0 01
2、 0 1 1 10时的单位阶跃响应 分析T对系统性能的影响 2 有一个系统其单位负反馈的传递函数为采用M文件或SIMULINK工具箱 观测系统单位阶跃响应的稳态时间ts 上升时间tr 过渡时间tp 并计算其超调和稳态误差 实验一线性系统时域分析 二 实验内容3 有一个典型二阶系统 其 n 8 观测当 分别为0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 1 0 1 5 2 0时的单位阶跃响应 并分析 对系统性能的影响 4 有两个系统的传递函数分别为和 比较两者的单位阶跃响应 并分析结果 实验一线性系统时域分析 二 实验内容5 如下有两个系统传递函数 通过M文件或SIMULINK
3、构建模型 判定这两个系统是否稳定 实验一线性系统时域分析 三 实验要求1 独立编写程序或搭建仿真模型 实现各内容的要求 2 记录各实验内容的结果图形 3 分析结果图形 4 遵守实验课纪律 实验一线性系统时域分析 四 实验说明1 利用M文件构建模型 例 已知一系统开环传递函数为完成下列工作 1 求其单位闭环传递函数 2 观测其单位阶跃响应 3 判定其是否稳定 实验一线性系统时域分析 源程序为 numg 10 deng 1210 sys1 tf numg deng sys feedback sys1 1 pole sys t 0 0 1 10 Y T step sys t Y1 T step sy
4、s1 t plot T Y T Y1 gridon 产生传递函数 10 s 2 2s 10 产生闭环传递函数 10 s 2 2s 20 求闭环传递函数的极点 求开环和闭环传递函数的单位阶跃响应 绘制开环和闭环传递函数的单位阶跃响应波形图 实验一线性系统时域分析 2 利用SIMULINK构建模型 实验一线性系统时域分析 五 实验报告1 实验名称2 实验目的3 实验内容4 实验结果1 M文件源程序或模型图 包含模块参数 2 生成的各结果图形 5 实验结果分析 自动控制原理 实验二系统的频域分析Analysisofthesystemfrequency 实验二系统的频域分析 一 实验目的1 掌握利用根
5、极点分析系统性能的方法 2 熟悉开环零极点对根轨迹和系统性能的影响 3 掌握绘制Nyquist和Bode图的方法 4 掌握系统频域分析的方法 实验二系统的频域分析 二 实验内容1 已知一个系统其传递函数为试分析K 分别为0 1 1 10 100时 系统是否稳定 并分别画出在单位正反馈和单位负反馈时的系统根轨迹图 2 已知一单位负反馈系统的开环传递函数为 完成下列内容 1 画出开环传函的Bode图 并分析系统是否稳定 观测相角裕量 2 分析输入信号分别为1 t t t2时的稳态误差 实验二系统的频域分析 二 实验内容3 典型二阶系统的传递函数为 绘制 n 6 分别为0 01 0 1 1 10时的
6、Bode图 4 已知一个单位负反馈系统的开环传递函数为 试绘出K分别为1 3 5 7 15时的Nyquist图 并分析K对系统性能的影响 实验二系统的频域分析 二 实验内容5 已知一个单位负反馈系统的开环传递函数为 绘制Bode图 并观测幅值裕度 相角裕度和穿越频率 分析系统的稳定性 实验二系统的频域分析 三 实验要求1 独立编写程序或搭建仿真模型 实现各内容的要求 2 记录各实验内容的结果图形 3 分析结果图形 4 遵守实验课纪律 实验二系统的频域分析 四 实验说明1 利用M文件绘制根轨迹 Nyquist和Bode图 例 已知一单位负反馈系统的开环传递函数为 完成下列工作 1 绘制系统的根轨
7、迹 Nyquist和Bode图 2 观测幅值与相角裕度 实验二系统的频域分析 源程序为 numg 1 deng 1211 sys1 tf numg deng sys feedback sys1 1 figure 1 rlocus sys figure 2 bode sys mag phase w bode sys Gm Pm Wcg Wcp margin mag phase w figure 3 nyquist sys 产生传递函数 1 s 3 2s 2 s 1 产生闭环传递函数 1 s 3 2s 2 s 2 绘制根轨迹图 绘制Bode图 绘制Nyquist图 Usingthemarginfu
8、nction Gm gainmarginPm phasemarginWcg freq forphase 180Wcp freq forgain 0db 实验二系统的频域分析 五 实验报告1 实验名称2 实验目的3 实验内容4 实验结果1 M文件源程序2 生成的各结果图形 5 实验结果分析 自动控制原理 实验三线性系统的综合校正SynthesisCorrectionofLinearSystem 实验三线性系统的综合校正 一 实验目的1 熟悉几种校正环节的设计方法 2 理解和掌握相位超前和相位滞后控制的校正环节设计方法 3 掌握利用根轨迹和Bode图设计校正环节的方法 4 掌握PI控制器的设计方法
9、 实验三线性系统的综合校正 二 实验内容1 控制系统如图3 1所示 利用根轨迹法设计校正环节Gc s 输入R s 为单位阶跃信号 加入校正环节后应达到下列指标要求 1 稳态误差小于10 2 相角裕度大于45 3 稳定时间小于5秒 超调小于2 实验三线性系统的综合校正 二 实验内容2 有一制导控制系统如图3 2所示 其中飞行器等效传函G s 23 s 23 设PI控制器传函为Gc s Kp Ki s 现设计PI控制器 使得系统加入PI控制器后达到下列要求 1 稳定时间小于1秒 超调小于2 2 对于单位斜坡输入 稳态误差小于0 1 实验三线性系统的综合校正 三 实验报告1 实验名称2 实验目的3
10、实验内容4 实验结果1 M文件源程序 或模型图 2 设计过程和相关参数 3 生成的各结果图形 5 实验结果分析 自动控制原理 实验四非线性系统的仿真分析SimulationAnalysisofNonlinearSystems 实验四非线性系统的仿真分析 一 实验目的1 熟悉几种非线性环节的特性 2 理解分线性环节对系统的影响 3 掌握分析非线性系统的方法 实验四非线性系统的仿真分析 二 实验内容1 已知有一非线性系统如图4 1所示 观测非线性环节分别为三种典型环节 死区 饱和 滞环 时的单位阶跃响应 2 已知有一非线性系统如图4 2所示 其中饱和环节的饱和值为5 观测当R t 10时的系统输出
11、 并与无非线性环节的系统输出进行比较 图4 1 图4 2 实验四非线性系统的仿真分析 二 实验内容3 已知有一包含滞环环节的非线性系统如图4 3所示 利用Simulink工具箱搭建系统模型 模型图如图4 4所示 完成下列任务 1 分别绘制原始系统的相平面图和带有比例反馈的系统相平面图 2 通过结果分析比例反馈对含有滞环环节的非线性系统的影响 图4 3 图4 4 注意 图4 4蓝色线所框部分为比例反馈环节 实验四非线性系统的仿真分析 三 实验说明1 三种非线性环节模块在Simulink Discontinuities工具箱中 各非线性环节如图所示 2 微分环节 在Simulink Continu
12、ous工具箱中 实验四非线性系统的仿真分析 四 实验报告1 实验名称2 实验目的3 实验内容4 实验结果1 M文件源程序 或模型图 2 生成的各结果图形 5 实验结果分析 自动控制原理 实验五采样系统分析SamplinSystemAnalysis 实验五采样系统分析 一 实验目的1 掌握连续系统的离散化方法 2 熟悉采用Matlab分析离散系统的方法 实验五采样系统分析 二 实验内容1 已知带有零阶保持器的采样控制系统如图5 1所示 观测输入为单位阶跃输入 采样时间分别为0 01 0 05 0 1 0 5 1 1 5 2秒时系统的输出 并分析采样时间对系统稳定性的影响 2 已知有一连续系统的传
13、递函数为 设利用采样和零阶保持器对其离散化 采样时间Ts 0 1s 观测连续系统和离散系统的单位阶跃响应 并比较分析 图5 1 实验五采样系统分析 二 实验内容3 已知有一离散系统的开环传函为采样时间Ts 0 1s 试分析系统的稳定性 4 已知有一离散系统如图5 2所示 其中 设采样时间Ts 0 5s 利用根轨迹图 试分析要保持系统稳定 增益系数K的取值范围 图5 2 实验五采样系统分析 三 实验说明1 利用M文件构建离散系统 例 已知一连续系统的开环传递函数为 采样时间Ts 1 零阶保持器传递函数为1 计算含有零阶保持器的离散系统传递函数 2 观测离散系统单位阶跃响应 3 绘制离散系统的根轨
14、迹图 实验五采样系统分析 源程序 num 1 den 110 sysc tf num den T 1sysd c2d sysc T zoh figure 1 step sysd figure 2 rlocus sysd rlocfind sysd 构造系统传递函数 确定采样时间 构造离散系统传递函数sysd 离散系统传递函数 T 采样时间 zoh 零阶保持器 绘制离散系统阶跃响应 绘制离散系统根轨迹图 找寻根轨迹单位圆内增益系数K的边界值 实验四非线性系统的仿真分析 四 实验报告1 实验名称2 实验目的3 实验内容4 实验结果1 M文件源程序 或模型图 2 生成的各结果图形 5 实验结果分析
