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1、实验一系统动态特性分析一.实验目的1.研究系统的特征参数对系统动态特性的影响；2.确定系统传递函数3.在matlab中仿真二.实验原理1.在simulink中绘制如图1的结构框图；2.设置参数，得系统传递函数；3. 仿真并在示波器中观察实验结果；4.改变和n的值，比较分析和n对系统性能的影响；实验结果：1.在simulink中绘制如图1的结构框图；图12.设置参数，得系统传递函数；，4. 仿真并在示波器中观察实验结果；图24.改变和n的值，比较分析和n对系统性能的影响；当n=10，=1时，单调上升当增大n时，出现收敛振荡，此时，n=100当减小减小时，会出现发散振荡，此时，=-1.当=0时，等
2、幅振荡实验分析：由以上实验结果表明，二阶系统特征根的性质取决于值的大小。当0时，由于特征根位于左半平面，故系统函数是衰减的，是稳定的系统。实验二 离散系统串联校正一.实验目的1.通过实验掌握用频率分析法分析系统的动态特性；2.研究串联校正装置对系统的校正作用，学习调试参数的方法；3.在matlab中仿真；二.实验原理三.实验步骤超前校正1. 新建例6.6simulink模型图2(a)，设置参数，在command窗口下用改变输入为阶跃信号，输出为示波器，观察阶跃响应曲线和根轨迹2. 在command窗口下用命令c2d（注意设置采样时间）将被控对象离散化，得到被控对象脉冲传递函数G(z)3. 在c
3、ommand窗口下用命令c2d（注意设置采样时间）将被控对象离散化，得到被控对象脉冲传递函数G(z)实验结果：超前校正4. 新建例6.6simulink模型图2(a)，设置参数，在command窗口下用改变输入为阶跃信号，输出为示波器，观察阶跃响应曲线和根轨迹图2.1阶跃响应曲线:图2.2根轨迹：num=1;den=1 1 0;sys=tf(num,den)Transfer function: 1-s2 + s根轨迹结果：图2.35. 在command窗口下用命令c2d（注意设置采样时间）将被控对象离散化，得到被控对象脉冲传递函数G(z)SYSD = C2D(sys,0.1,zoh )Tran
4、sfer function:0.004837 z + 0.004679-z2 - 1.905 z + 0.9048Sampling time: 0.1图2.43.加入超前校正器 ,得到图2(b)模型，改变控制器极点和增益，观察阶跃响应曲线和根轨迹的变化图2.5结果：没改变G时当增益增大时，G=100当增益减小时，G=0.1时，迟后校正1. 新建例6.5simulink模型图3(a)，设置参数，观察阶跃响应曲线2.加入迟后校正器 ，得到图3(b)模型，改变放大系数，观察阶跃响应曲线的变化根轨迹绘制：rlocus(sys)A,B,C,D=dlinmod(模型名）sys=ss(A,B,C,D)图3当
5、增大时，当减小时，实验三 数字PID控制器的设计一.实验目的1.研究PID控制器的参数对系统稳定性和过渡过程的影响2.研究采样周期T对系统特性的影响3.在matlab中对系统进行仿真二.实验原理三.实验步骤1.在matlab中新建文档，原系统的开环传递函数：绘制如图1的原系统框图图1 原系统结构图2.给入阶跃信号，开始仿真，双击示波器观察仿真结果，绘制阶跃响应曲线，记录调节时间和超调量3.如图2为PID控制器图2 PID控制器得到如图3的模型图图3 加入控制器后的系统.放大环节中的kp（ki、kd）为自己选择的某一个实数，如设置初始值kp=4（ki=0、kd=0）不是直接输入字母kp（ki、k
6、d）4.修改kp（ki、kd），按照如下步骤观察不同参数值下系统阶跃响应曲线的变化，当系统具有较理想的阶跃响应时，绘制阶跃响应曲线，并记录各参数值和时域性能指标a. Ki=0、Kd=0时，改变Kp的值；b. 固定Kp，Kd=0，改变Ki的值；c. 固定Kp、Ki的值，改变Kd的值；5.保持参数值不变，修改采样时间，观察系统阶跃响应曲线的变化，并记录实验结果：1.在matlab中新建文档，原系统的开环传递函数：2. 求取响应的参数num=2; den=1 1 0;G=tf(num,den); sys=feedback(G,1);y,t=step(sys);Y,k=max(y);timetopea
7、k=t(k %峰值时间C=dcgain(sys);Y,k=max(y);percentovershoot=100*(Y-C)/C %超调量C=dcgain(sys); n=1; while y(n)0.98*C&y(i)1.02*C); i=i-1; end; settlingtime=t(i) %调节时间运行结果如下：timetopeak =4.9972percentovershoot =-0.4103risetime = 0settlingtime =3.57643. 实验结果AKp=1Kp=10Kp=50BKp=10；ki=1Kp=10；ki=10CKp=10；ki=1；kd=1Kp=1
8、0；ki=1；kd=10Kp=10；ki=1；kd=50实验四 状态反馈与状态观测器实验一.实验目的1.研究现代控制理论中用状态反馈配置极点的方法2.在matlab中仿真二.实验原理三.实验步骤1.根据被控对象的传递函数建立模型图4和状态结构图5，观察系统阶跃响应曲线图4 被控对象结构图2.通过调用命令A,B,C,D=tf2ss(100,1,-1,0.16)得到系统的状态空间模型动态方程，记录A，B，C，D，建立状态结构图5（增益2的为0.16）图5系统状态结构图3.仿真得到未进行极点配置前的阶跃响应曲线如图6，观察其响应，记录时域指标开环 闭环图6 原系统的阶跃响应曲线4.如果希望将极点配置
9、在P=z1 z2，调用函数K=place(A,B,P)，求得状态反馈矩阵K=K1 K2。如z1=0.6+j0.4,z2=0.6-j0.4，则可得K1=-0.2，K2=0.365.可通过状态反馈矩阵得到极点配置后的系统状态图7（上面部分为状态反馈，增益3为0.36，增益4为0.2，下面部分为被控对象不变）；图7 加入状态反馈后的系统状态结构图6.仿真后可得极点配置后的阶跃响应曲线图8，记录时域指标图8 加入极点配置后的阶跃响应曲线7.修改期望配置的极点值，重复上述步骤进行仿真。实验结果：1.根据被控对象的传递函数建立模型图4和状态结构图5，观察系统阶跃响应曲线6. 可通过状态反馈矩阵得到极点配置后的系统状态图7（上面部分为状态反馈，增益3为0.36，增益4为0.2，下面部分为被控对象不变）；
