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1、 实验报告 课程 自动控制原理实验报告 专业 学号 指导教师 姓名 实验名称 实验一 典型环节的MATLAB仿真 实验日期 2011.12.16 第 1 次实验一、实验目的1熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。2通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。3定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。二、实验内容按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。 比例环节和； 惯性环节和 积分环节 微分环节 比例+微分环节（PD）和 比例+积分环节（PI）和三、 实验结果及分
2、析实验过程 比例环节相应的SIMULINK仿真模型及其单位阶跃响应波形如图所示。相应的SIMULINK仿真模型及其单位阶跃响应波形如图所示。分析知：1、比例环节是一条平行于实轴的直线。2、比例系数越大，越远离实轴。 惯性环节相应的SIMULINK仿真模型及其单位阶跃响应波形如图所示。相应的SIMULINK仿真模型及其单位阶跃响应波形如图所示。分析知：惯性环节s因子系数越小，系统越快速趋于稳定。 积分环节相应的SIMULINK仿真模型及其单位阶跃响应波形如图所示。 微分环节相应的SIMULINK仿真模型及其单位阶跃响应波形如图所示。分析知：积分环节先趋于稳定，后开始开始不稳定。微分环节开始稳定中
3、间突变而后又趋于稳定。 比例+微分环节（PD）相应的SIMULINK仿真模型及其单位阶跃响应波形如图所示。相应的SIMULINK仿真模型及其单位阶跃响应波形如图所示。分析知：比例+微分环节中，s因子系数决定从稳定到中间突变又趋于稳定时间的大小，而比例系数决定稳定程度的大小，比值越大越远离实轴。 比例+积分环节（PI）相应的SIMULINK仿真模型及其单位阶跃响应波形如图所示。相应的SIMULINK仿真模型及其单位阶跃响应波形如图所示。分析知：比例+积分环节中，s因子的系数决定稳定的程度，s因子系数越大发散越快。四、 实验心得与体会1 熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能
4、模块的使用方法。MATLAB中SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。利用SIMULINK功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。2 通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深了对各典型环节响应曲线的理解。3定性了解了各参数变化对典型环节动态特性的影响。实验名称 实验二线性系统时域响应分析 实验日期 2011.12.23 第 2 次实验一、 实验目的1熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。2通过响应曲线观测特征参量和对二阶系统性能的影响。3熟练掌握系统的稳定性
5、的判断方法。二、 实验内容1观察函数step( )和impulse( )的调用格式，假设系统的传递函数模型为 可以用几种方法绘制出系统的阶跃响应曲线？试分别绘制。2对典型二阶系统1）分别绘出，分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数对系统的影响，并计算=0.25时的时域性能指标。2）绘制出当=0.25, 分别取1,2,4,6时单位阶跃响应曲线，分析参数对系统的影响。3系统的特征方程式为，试用三种判稳方式判别该系统的稳定性。4单位负反馈系统的开环模型为试用劳斯稳定判据判断系统的稳定性，并求出使得闭环系统稳定的K值范围。三、 实验结果及分析 1、观察函数step(
6、)和impulse( )的调用格式，假设系统的传递函数模型为 可以用3种方法绘制出系统的阶跃响应曲线.绘制如下。 1向MATLAB输入下列给出阶跃响应命令，可以得到阶跃响应曲线如图所示。 num=1 3 7; den=1 4 6 4 1; step(num,den) grid xlabel(t/s),ylabel(c(t) title(1.1 G(s)2向MATLAB输入下列给出阶跃响应命令，可以得到阶跃响应曲线如图所示。 num=1 3 7 0; den=1 4 6 4 1; impulse(num,den) grid title(1.2 G(s)3向MATLAB输入下列给出阶跃响应命令，可
7、以得到阶跃响应曲线如图所示。 num=1 3 7 0; den=1 4 6 4 1 0; impulse(num,den) grid title(1.3 G(s 2、1）分别绘出，分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数对系统的影响，并计算=0.25时的时域性能指标。向MATLAB输入下列命令，可以得到曲线如图所示。 num=0 0 4; den1=1 0 4; den2=1 1 4; den3=1 2 4;den4=1 4 4; den5=1 8 4; t=0:0.1:10; step(num,den1,t) grid text(4,1.7,Zeta=0);
8、hold step(num,den2,t) text (1.6,1.4,0.25) step(num,den3,t) text (1.6,1.15,0.5) step(num,den4,t) text (1.54,0.813,1.0) step(num,den5,t) text (1.32,0.468,2.0) title(2.1 G(s)2） 绘制出当=0.25, 分别取1,2,4,6时单位阶跃响应曲线，分析参数对系统的影响。向MATLAB输入下列命令，可以得到曲线如图所示。 num1=0 0 1; den1=1 0.5 1; t=0:0.1:10; step(num1,den1,t); g
9、rid; hold on text(3.32,1.4,wn=1) num2=0 0 4; den2=1 4; step(num2,den2,t); hold on text(3.26,0.8,wn=2) num3=0 0 16; den3=1 16; step(num3,den3,t); hold on text(3.23,0.962,wn=4) num4=0 0 36; den3=1 36; step(num4,den4,t); hold ontext(1.4,1.09,wn=6) 3、系统的特征方程式为，试用2种判稳方式判别该系统的稳定性。1、向MATLAB输入下列命令，可以得到 root
10、s(2 1 3 5 10)ans = 0.7555 + 1.4444i 0.7555 - 1.4444i -1.0055 + 0.9331i -1.0055 - 0.9331i 2、向MATLAB输入下列命令，可以得到 den=2 1 3 5 10; r,info=routh(den)r = 2.0000 3.0000 10.0000 1.0000 5.0000 0 -7.0000 10.0000 0 6.4286 0 0 10.0000 0 0info =所判定系统有 2 个不稳定根! 4单位负反馈系统的开环模型为试用劳斯稳定判据判据判断系统的稳定性，并求出使得闭环系统稳定的K值范围。向MA
11、TLAB输入下列命令，可以得到 den=1,12,69,198,866.5; r,info=routh(den)r = 1.0000 69.0000 866.5000 12.0000 198.0000 0 52.5000 866.5000 0 -0.0571 0 0 866.5000 0 0info =所判定系统有 2 个不稳定根! den=1,12,69,198,866; r,info=routh(den)r = 1.0000 69.0000 866.0000 12.0000 198.0000 0 52.5000 866.0000 0 0.0571 0 0 866.0000 0 0info =所要判定系统稳定! den=1,12,69,198,0; r,info=routh(den)r = 1.0000 69.0000 0 12.0000 198.0000 0 52.5000 0 0 198.0000 0 0 198.0000 0 0info =所要判定系统稳定! den=1,12,69,198,-0.001; r,info=routh(den)r = 1.0000 69.0000 -0.0010 12.0000 198.0000 0 52.5000 -0.0010 0 198.0002 0 0
