控制系统设计与仿真试验报告x

1、控制系统设计与仿真上机实验报告学院 班级 姓名 学号自动化学院 自动化、第一次上机任务1、熟悉matbb软件的运行环境，包扌舌命令窗体，workspace等，熟 悉绘图命令。2、采用四阶龙格库塔法求如下二阶系统的在幅值为1脉宽为1刺激 下响应的数值解。3、采用四阶龙格库塔法求高阶系统阶单位跃响应曲线的数值解。*花+2如4（如）'f皿g4、自学OED45指令用法，并求解题2中二阶系统的单位阶跃响应。程序代码如下:E fLinet i on dK=func (tj x)Ldx=xC2)：-10*xC2)-100*xCl) + 1001: function 72=g(x)if x<=l

2、y2=l;elsey2=0;-end%二阶徽分方程clear： h=0.01： r=0. 5： wn=10： y=0：0:yn=y：A= 0, 1 :-wn"2,-2*r*wn:B=0,0：0,wn2: for 1=10:0-01:4.99:U=0：g(i>： kl=A*ym+B*U：k2=A* (ym+h/2*k1)+B*U：k3=A* (ym+hZ2*k2)+B*U：k4=A* (ym+h*k 3) +B*U: jm=y>+h* (kl+2*i2+2*k3+k4)/6: y= B ym;-endC=bO:y=c*7：X=0:0.01:51：;曲线如下:plot ex,

3、 Y)clear：h=0.01： 尸0:0:0:ym=y：cosi=0.5:wn=10：T=5：A=0, Ij 0 ：0j Oj 1 ：-wxi*'2ZT, - (T*wn*2-i-2*cosi*wn)/T,-C2*T*cosi*wn+l)/T:B=0 0 0:0 0 0:0 0 1:IMOOE; for 1=0:0-01:49.99kl=A 邯 ym+B*U:k2=A» (ym+-h/2#bl)+-B*U:k3=A* (ym+h/ 2 *k2)+-B*U:k4=A* (ym+h*k3)+B*U：yiiL=ym+h* (kl+2*k2-h2*k3+k4)/6:y=几 ym:-

4、endX=(0: 0.01:50:c=b 0, 0:Y=C*7：plot Cx,y)clear:kO=0：0:tj 刃=ode450, 5, xO);Y=7(：. 1):plot (t Y)二.第二次上机任务1、试用simulink方法解微分方程，并封装模块，输出为片。得到各状态变量的时间序列，以及相平面上的吸引子。X, = -<ZX| + 禺=_应+0/3%3 = _西大2 + /2 _ “3参数入口为a、队Y的值以及兀的初值。（其中a=8/3" = l（V = 28 ,以及初值分别为=0,x. =0/3 =0001 ）提不：-模块输入是输岀量的微分。SSimulink:Ga

5、ind<iy<t *Int«gr3lorPiodict心)GainlIdegratcH判？ I rite grater?Prcduetl<1X2)Cain?Scope曲线如下:5s+ 1(1)、(2).析(3)、比例系数山小到大以及积分时间山小到大对阶跃响应曲线的影响。 控制器输出有饱和以及反馈有时滞悄况下，阶跃响应曲线的变化。 主控制回路传递函数为：!,副回路为：丄，上回路采用PI 20$ +15s +1控制器，副回路采用P控制器，分析控制系统对主回路以及副回路的阶跃扰动的抑制。注：PI控制器表达式为Us) = Kp + E(s). $级控制如图所示。 Rs(1)

6、lpffset_O(2)3.编写S函数模块，实现两路正弦信号的叠加，正弦信号相位差为60度。 还没做出来，正在努力做。第三次上机任务1、利用使能原理构成一个半波整流器，并模拟市电输入下(220V, 50Hz), 整流器接一一阶惯性环节GO) =一,惯性环节的输出波形。5$ + 0.8ScQpel2、利用触发子系统构建以零阶保持器，实现对正弦信号的采样，并比较不同采用周期下的采样波形。0'012345678310%02345678910noI jT0.17'3、若被控对象传递函数为G($) = 叱控制器为=,试5(S+1)1-严"Zy"用simulink搭建一

7、单位反馈控制系统，分析采用周期T对系统单位阶跃响应 的影响。CD Out1clear: for i= 0- 2, 0. 4,0.6, 0. 8T=i：zl=exp(-0. 1*T):p l=exp <-T):K=(l-pl)ZCl-zl):tJ X, y=sim. (' no3', 20); switch icase 0. 2j plot 'b'): hold on:case 0. 4j plot (ty,' g')： case 0. 6jplot (t.y, ' r')： case 0. 8jplot (ty, '

8、If )： otherwise.：end-end4、设一单位反馈控制系统，控制器釆用PI控制，Kp=200,Ki=10,控制器饱和非线性宽度为2,受控对象为时变模型，山微分方程给出，如下:y(r)+«"Zy(f)+e" sin+ 6)y(f) = H(f)求系统单位阶跃响应，并分析不同Kp取值对响应曲线的影响。Forstep200(*0.05)sZero-PoleSaturation44Pfoductiexp(-02"u) 4ClockoScope141$IntegratodIntegratorFcnlCDGut1Product44四.第四次上机任务熟悉

9、控制系统各个模型表示方法的命令以及它们之间的相互转化。(展开形式，零极点形式，状态空间形式以及部分分式形式。)2、试用至少三种方法，判断一下系统的稳定性:GG)=广严+严+ 15 +55 +25"+5 + 1(2)解：(1)-4-6024clear ：clc :den= 1,5,2,1,1: rl=roots (den) num= b 2,3J: G=t'£ (num, den);r2=eig(G)p zmap (G):-0-65010. 1263 十0- 1263 -0.564210.56421r2 =-4-6024-0.65010- 1263 +0.564210

10、. 1263 -0.564212合5105 405105 4051clear-OMO-2= 【mDFig (A:DGwpoly(A)- EHroo: (G) Q"eye (size (A)八 Ylyap F Q 二 dolt 巴4? 1 deH P2世 (p)2 4Q51de H0- 0278Imaginary Axis (seconds )0bloinobl:来：3Po-eze6 sap2:* 0:3、试产生一周期为5秒，时长为30秒，最大值为:L最小值为0的三角波；得到如下一阶系统在三角波输入下的时间响应曲线。clearclct=XO: 0.01:30:u=0： for 

11、3;=1:3001teiiLp=fixCt (b i)/2. 5): x=nLO d (t emp, 2) =0;if x=0;ud, i) = l-rejn(t Cl, i)，2. 5)/2.5 ： elseTidj i) = re3n (t <1, i)j2. 5)/2. 5： end-endfigure (1)hold on.plot Ct, u):ron=l:den= 2, 1：IsimCnujii. den, u, t)：51015202530Linear Simulation Results3 c!9 c!6 5 4 c! d ci8 7 c! c!o2 10c! ci4、对

12、如下二阶系统做时域分析，得到阻尼比在之间变化的时候，阶跃响应的上升时间，调节时间，峰值时间，超调量以及衰减比（第一个峰值与稳态值之差与第二个峰值与稳态值之差的比）其中q=5。clearclcfigur&d):hold oncosi=rO- 2:0.2:1:*wn=5：iiujn=rwi*2:甲for i=cosiden= U 2*i*wnj wi"2: st ep (num, den):-endstep Resp onse345序 4 N8 6 4 2 0 e e e c!3pntl-d6、已知开环传递函数如下，1）试用根轨迹方法得到其临界稳定增益。2）若k“0,试用伯徳图方

13、法，判断其稳定性。kGG)H($) =(2s+ 1)(5+ 1)(0. Is+ 1)clearclcfigure(1):nuin=l:den=coiw( 2, 1, corw(M$ 1, CL 1$ 1): rlocus (nuiRj den):Kj po 1 es =rlocf ind (nuHij den):Knxjjn= 10;nag, pbase, w =bode (ton, den):figure (2)：maf gin (mag，phas® w):G=tf (mun, den):r=e£g (G)M-20冬 -30-25-20-15-10-515Real Axi

14、s (seconds" )50Bode DiagramGm = 10,8 dB (at 3.94 rad/s). Pm = 27.9 deg (at 207 rad/s)10101010 10Frequency (r©d/$)7、已知系统开环传递函数如下G(s)H($) - s(o 5S +1)(0.IS +1)试设计一超前校正环节，使得超调量为20%,调节时间为1S。系统单位斜坡稳态响应误差为10%0并作出校正前后后的系统单位阶跃响应时域曲线加以比较。clear:clc:k0=2：nl=l：dl=conv(U Oh convCCO. 5J, 0. 1,1): figure

15、 (1)： hold onmag J phase J w =bode (kO *n 1 j dl);margin (mag，pbase, w):figure (2)sl=t (kO*nl,dl): sys=feedback (si, 1): st ep (sys):figure (3)k0=10：sope=tf <kO*n.lj dl):m.agj phase, w =bode (sope):margin (mag, pbase, w):ga>a=70:ga>=gajna*pi/180: alpha= (1+sxn. (gam) ) / (1 - s in (gam);a(i

16、b=20*logl0 (mag):ajn.=-10*log 10( alpha);%a>= 1/sqrt (alpha);wc=spline (adbj w, am):T= 1/ (wc*sqrt (alpha):alf a't=alpha*T:G-c=tf (alfat, 1, T, 1 )：sl=t (kO*nbdl):s2=Gc；sope=sl»s2:figure nag J p base J w =bode (sope): margin (mag, pbase, w): figure S7S=feedback(sope, 1):step(sys):50TOBode DiagramGm = 15.6 d0 (at 447 rad/s). Pm = 432 deg (at 155 rad/s)o101040°o o 5 o 55 9 3 8 21 - 1 1 21010Frequency frad/s)2o2ci4B 6Time (seconds)4Bode DiagramOm = 1.58 d5 (at 4,47 radXs) . Pm = 4 02 deg (at 4,07 radte)oTOJ§101010Frequency (rad/s)o o 5 o 5 o 孔5 s 3 8 2 71 - 1 1 2 2- -