自控仿真作业.doc

兰 州 理 工 大 学自动控制原理MATLAB分析与设计仿真实验报告院系： 班级： 姓名： 学号： 时间： 电气工程与信息工程学院 自动控制原理MATLAB分析与设计仿真实验任务书一仿真实验内容及要求：1MATLAB软件要求学生通过课余时间自学掌握MATLAB软件的基本数值运算、基本符号运算、基本程序设计方法及常用的图形命令操作；熟悉MATLAB仿真集成环境Simulink的使用。2各章节实验内容及要求1）第三章 线性系统的时域分析法 对教材P136.3-5系统进行动态性能仿真，并与忽略闭环零点的系统动态性能进行比较，分析仿真结果； 对教材P136.3-9系统的动态性能及稳态性能通过的仿真进行分析，说明不同控制器的作用； 在MATLAB环境下完成英文讲义P153.E3.3。 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，在时，试采用微分反馈使系统的性能满足给定的设计指标。2）第四章 线性系统的根轨迹法 在MATLAB环境下完成英文讲义P157.E4.5； 利用MATLAB绘制教材P181.4-5-(3）； 在MATLAB环境下选择完成教材第四章习题4-10或4-18，并对结果进行分析。3）第五章 线性系统的频域分析法利用MATLAB绘制本章作业中任意2个习题的频域特性曲线；4）第六章 线性系统的校正利用MATLAB选择设计本章作业中至少2个习题的控制器，并利用系统的单位阶跃响应说明所设计控制器的功能。5）第七章 线性离散系统的分析与校正 利用MATLAB完成教材P383.7-20的最小拍系统设计及验证。 利用MATLAB完成教材P385.7-25的控制器的设计及验证。二仿真实验时间安排及相关事宜1依据课程教学大纲要求，仿真实验共6学时，教师可随课程进度安排上机时间，学生须在实验之前做好相应的准备，以确保在有限的机时内完成仿真实验要求的内容；2实验完成后按规定完成相关的仿真实验报告；3仿真实验报告请参照有关样本制作并打印装订；4仿真实验报告必须在本学期第15学周结束之前上交授课教师。 自动化系自动控制原理课程组 第三章 线性系统的时域分析法3.1 对教材P136.3-5系统进行动态性能仿真，并与忽略闭环零点系统动态性能进行比较，分析仿真结果； 单位反馈系统的开环传递函数为 该系统的阶跃响应曲线如下图所示，其中虚线表示忽略闭环零点时的阶跃响应曲线.参数系统上升时间调节时间峰值时间峰值超调量有闭环零点（实线）1.947.743.091.1818无闭环零点（虚线）2.427.743.611.1616由上图及表格可以看出，闭环零点的存在可以在一定程度上减小系统的响应时间，但是同时也增大了超调量，所以，在选择系统的时候应该同时考虑减小响应时间和减小超调量。并在一定程度上使二者达到平衡，以满足设计需求。3.2 对教材P136.3-9系统的动态性能及稳态性能通过的仿真进行分析，说明不同控制器的作用；测速反馈校正系统控制系统，比例-微分校正系统要求：（1）取T1=0，T2=0.1；2）取T1=0.1，T2=0；试分析在不同控制器下的系统的调节时间，超调量，速度误差。图3-9-1图3-9-1峰值时间tp=1.05s,超调量%=31.5%，调节时间ts=3.54s(=2%;)图3-9-2图3-9-2峰值时间tp=0.94s,超调量%=37.1%，调节时间ts=3.44s(=2%;)3.3 在MATLAB环境下完成英文讲义P153.E3.3。E3.3 系统的开环传递函数为Determine the poles and zeros of the transfer function;Use a unit step input,R(s)=1s,and obtain the partial fraction expansion forC(s) And the steady-state value.Plot c(t) and discuss the effect of the real and complex poles of the transfer function.numg=6205;deng=1 13 1281 0;numh=1;denh=1;num,den=feedback(numg,deng,numh,denh)sys=tf(num,den);p=roots(den)z=roots(num)t=0:0.0005:3;figure(1)step(sys,t);grid;xlabel(t);ylabel(c(t);title( 阶跃响应);figure(2)rlocus(sys);figure(3)pzmap(sys);xlabel(j);ylabel(1);title( 零极点分布图);grid；由图可知，该系统的上升时间=0.405，峰值时间=2.11，超调量=0.000448，峰值为1。 由于闭环极点就是微分方程的特征根，因此它们决定了所描述系统自由运动的模态，而且在零初始响应下也会包含这些自由运动的模态。也就是说，传递函数的极点可以受输入函数的激发，在输出响应中形成自由运动的模态。3.4 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，在时，试采用微分反馈使系统的性能满足给定的设计指标。英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，在时，试采用微分反馈使系统性能满足等设计指标。参数上升时间调节时间峰值时间峰值超调量单位反馈系统（蓝）0.06810.3760.1591.2221.8微分反馈系统（绿）0.1040.2480.2161.022.37通过以上图表可以看出给系统外加一个微分反馈（G(s)=0.029S+1）可使系统的超调量和调节时间降低，所以在系统中增加微分反馈可以增加系统的稳态性能。第四章 线性系统的根轨迹法4.1 在MATLAB环境下完成英文讲义P157.E4.5；E4.5 A control systerm shown in Figure4.1 has a plant 1)When Gc(s)=K,show that the system is always unstable by sketching the root locus.2)When,sketch the root locus and determine the range of k for which the system is stable.Determine the value of k and the complex roots when two lie on the jw-axis.结果分析：在第一小题的根轨迹图中可以看出，系统的闭环极点都位于s平面的有半平面，所以系统不稳定。4.2 利用MATLAB绘制教材P181.4-5-(3）；4.3 在MATLAB环境下选择完成教材第四章习题4-10并对结果进行分析图4-10-1 由系统的闭环根轨迹可知，当K*从0变到时，系统始终有特征根在s右半平面，所以系统不稳定。图4-10-2由系统的闭环根轨迹可知，当0K*b) 使系统在单位阶跃输入时的超调量%30%，且在单位斜坡输入时的稳态误差ess() 0.01;（2）若为该系统增配一套采样器和零阶保持器，并选采样周期T=0.01s,试采用Gc(s)-D(z)变换方法，设计合适的数字控制器D(z)（3）分别画出（1）及（2）中的连续系统和离散系统的单位阶跃响应曲线，并比较两者的结果；（4）另选采样周期T=0.01s,重新完成（2）和（3）的工作；（5）对于（2）中得到的D(z),画出离散系统的单位斜坡响应曲线，并与连续系统的单位斜坡响应进行比较。%T=0sys=tf(1,1,1,1);subplot(4,2,1);step(sys,12);grid;%T=0.2T1=0.2;t1=0:0.2:12;sysd1=tf(0.019,0.017,1,-1.8,0.836,T1);subplot(4,2,2);step(sysd1,t1);grid;%T=0.4T2=0.4;t2=0:0.4:12;sysd2=tf(0.07,0.062,1,-1.6,0.732,T2);subplot(4,2,3);step(sysd2,t2);grid;%T=0.6T3=0.6;t3=0:0.6:12;sysd3=tf(0.149,0.122,1,-1.4,0.671,T3);subplot(4,2,4);step(sysd3,t3);grid;%T=0.8T4=0.8;t4=0:0.8:12;sysd4=tf(0.249,0.192,1,-1.2,0.641,T4);subplot(4,2,5);step(sysd4,t4);grid;%T=1.0T5=1.0;t5=0:1.0:12;sysd5=tf(0.368,0.264,1,-1.0,0.632,T5);subplot(4,2,6);step(sysd5,t5);grid;%T=1.2T6=1.2;t6=0:1.2:12;sysd6=tf(0.501,0.338,1,-0.8,0.639,T6);subplot(4,2,7);step(sy