青海大学自定控制原理实验报告

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1、自动控制理论实验学院班级姓名学号实验一控制系统的稳定性分析一、实验目的1. 观察系统的不稳定现象。2. 研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。二、实验仪器1. 自动控制系统实验箱一台2. 计算机一台三、实验内容系统模拟电路图如图系统模拟电路图其开环传递函数为：G (s) =10K/s(0.1s+l)(Ts+l)式中 K1=R3/R2, R2=1OOK0, R3=0500K； T=RC, R=1OOK0, C=lyf 或 C=O.lpf 两种情 况。四、实验步骤1连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的 输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将纯积

2、分电容两端连在模拟开关上。检查无误后 接通电源。2启动计算机，在桌面双击图标自动控制实验系统运行软件。3. 在实验项目的下拉列表中选择实验三控制系统的稳定性分析5取R3的值为50KQ，100KO, 200KQ，此时相应的K=10，K1=5，10，20。观察不同R3 值时显示区内的输出波形(既U2的波形)，找到系统输出产生增幅振荡时相应的R3 及K值。再把电阻R3由大至小变化，即R3=200kQ, 100kQ, 50kQ，观察不同R3值 时显示区内的输出波形，找出系统输出产生等幅振荡变化的R3及K值，并观察U2 的输出波形。五、实验数据1模拟电路图2画出系统增幅或减幅振荡的波形图。C=luf 时

3、：R3=50K K=5：Ki =0 X2=10000 1 :10i：n：n：iTl =5000 丫2二-5ooo |10000R3=100K K=10Xl 二 X2=1U U U 0| Xl-X2| =1U U 0 0Y1 二5000 2-5OOOIYl-Y21=10000R3=200K K=20：Xl=0 X2=1OO1：|：| Xl - X2| =1O1：|：H：|Y1 =5OOO T2=-5000 T1 - Y2 I =1OOOO等幅振荡：R3=220k:Xl 二 X2=1U U U 0| Xl-X2| =1U U 0 0Yi 二5000 2-5OOOIYl-Y21=lOOOO增幅振荡：

4、R3=220k:Xl =O X2=1OOI：|：| Xl - Xs| =1OI：H：H：|Yi =5000 Ys=-5000 Ti - Y2 I =10000R3=260k:Xl 二 X2=1U U U 0| Xl-X2| =1U U 0 0Yi 二5000 2-5OOOIYl-Y21=10000C=01uf 时： R3=50k:Xl Z0 X2=1UUU0 Xl - X2| =1UU00Yi 二5000 2 :-5000 Yi - Y2 | =10000R3=100K:X1 二0X2 =10 0001X1-X2I =10000Yl =5000Y2 =-5000Y1-Y2I=10000R3=2

5、00K:10 0 02 0003000斗0005000斗口20001000-1000-2000-3000-斗口 口：3ooo-50005000Flo 0 0QLIIJOlLlljOO实验三 釉单位：x Ims- imV 目的电压：looo mV 采样:looo * io msXi 二T1 二0 X2=5000 丫!2 二100 0 0 I X1 - X2| =-5000 I 10 0 0 U10000实验二控制系统的时域分析一、实验目的学习利用MATLAB进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统 的动态特性二、预习要点1、系统的典型响应有哪些？2、如何判断系统稳定性？3、系

6、统的动态性能指标有哪些？三、实验方法(一) 四种典型响应1、阶跃响应：阶跃响应常用格式：1、step(sys);其中sys可以为连续系统，也可为离散系统。2、 step(sys,Tn)；表示时间范围 0 Tn。3、step(sys,T);表示时间范围向量T指定。4、Y = step(sys,T)；可详细了解某段时间的输入、输出情况。2、脉冲响应：脉冲函数在数学上的精确定义：f(x)dx =10f (x) = 0, t0其拉氏变换为：f(S) = 1Y (s) = G (s) f (s) = G (s) 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式：impulse(sys)；impu

7、lse (sys, Tn);impulse (sys, T); Y = impulse (sys, T)(二) 分析系统稳定性有以下三种方法：1、利用p z m a p绘制连续的系统零极点图2、利用tf2zp求出系统零极点；3、利用roots求分母多项式的根来确定系统的极点(三) 系统的动态特性分析M a t l a b提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数st ep、单位脉冲响应函数 impulse、零输入响应函数initial以及任意输入下的仿真函数l s i m.四、实验内容(一) 稳定性1.系统传函为G(s)= 3s 4 + 2s3 + 5s 2 + 4s + 6 ，试判断其稳定性s5

8、+ 3s4 + 4s3 + 2s2 + 7 s + 2den=1 3 4 2 7 2;p=roots(den)输出结果是：p =-1.7680 + 1.2673i-1.7680 - 1.2673i0.4176 + 1.1130i 0.4176 - 1.1130i-0.2991有实部为正根，所以系统不稳定。2.b求出G(s)=s2 + 2s + 2s 4 + 7 s 3 + 3s 2 + 5s + 2的极点。den=1 7 3 5 2;p=roots(den)输出结果：p = -6.65530.0327 + 0.8555i0.0327 - 0.8555i-0.4100（二）阶跃响应1.二阶系统G

9、（s）=10s2 + 2s +101）键入程序，观察并记录单位阶跃响应曲线Nu m=10;den=1 2 10;t=10;s y s=t f（num,den）;step（sys,t）Step Response1.41.2System: sys Time (sec): 1.11 Amplitude: 1.34eapumA8020System: sys Time (sec): 3.14 Amplitude: 1.042）计算系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率，并记录P1 =-1.0000 + 3.0000i; P2=-1.0000 - 3.0000i; E =10/ V 10； w= V 103

10、）记录实际测取的峰值大小、峰值时间及过渡过程时间，并填表:实际值理论值峰值C1.35峰值时间tp1.03Jr过渡时间土 5%ts土 2%4) 修改参数，分别实现匚二1和:=2的响应曲线，并记录5) 修改参数，分别写出程序实现w = 1 w和w 2 = 2w0的响应曲线，并记录n12 0n 202.作出以下系统的阶跃响应，并与原系统响应曲线进行比较，作出相应的实验分析结果(1)gG)=2s+10 ，有系统零点的情况1s2 + 2s +10num=2 10;den=1 2 10;t=10;sys=tf(num,den);step(sys,t): / J f11 1 J11ISystem: Time

11、 (se Amplitud111jsys)c): 0.821 le: 1.43System:E_sys111111111llime (se Amplitucpsc): 1.84 je: 0.85r i i i i i i i1Step Response101.5e0.5Time (sec)(2)G2(s)= S2 + 0.5s +10，分子、分母多项式阶数相等 2s2 + 2s +10num=1 0.5 10;den=1 2 10;t=10;sys=tf(num,den);step(sys,t)1.15(3)012345678910Time (sec)5 o59a9058a8075a7o.0.

12、65s2 + 0.5ss2 + 2 s +10分子多项式零次项为零num=l 0.5 O;den=l 2 10;t=10;sys=tf(num,den);step(sys,t)eaurumA1111 -11111System: sysTime (sec): 2.01-Ampiitud】e： 0.134System: sys Time (sec): 3.07 Amplitude: -0.0468System: sys Time (sec): 0.959Amplitude: -0.383012345678910Time (sec)(4) G2(s)=，原响应的微分，微分系数为1/102 s2 + 2s +100.140.120.10.080.060.040.02一 1严r1- 1111f1 11 11 1 1 1 System: sys Time (sec):