《自动控制理论A》

1、自动控制理论A实 验 指 导 书 张金芳 禹 梅 编华北电力大学二零零六 年 八 月前 言1 实验总体目标能用MATLAB设计控制系统以满足具体的性能指标。 适用专业自动化 先修课程自动控制原理、计算机基础知识 实验课时分配实验项目学时实验一 控制系统的时域分析2实验二 控制系统的根轨迹分析2实验三 控制系统的频域分析2 实验环境（对实验室、机房、服务器、打印机、投影机、网络设备等配置及数量要求）要求实验室配备20台以上的电脑，装有Matlab软件 实验总体要求能灵活应用MATLAB的CONTROL SYSTEM 工具箱和SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。 本实验的重点、难点及教学方法

2、建议实验的重点是掌握MATLAB的CONTROL SYSTEM 工具箱应用，难点：需要同学会编程序。建议同学除了参考Matlab书外，看一些C语言的书。目 录实验一控制系统的时域分析4实验二控制系统的根轨迹分析与频域分析5实验三控制系统的校正6实验一 控制系统的时域分析一、 实验目的掌握如何运用计算机的MATLAB软件进行时域分析二、 实验类型 综合性三、 实验仪器计算机 四、实验原理一个动态系统的性质常用典型输入下的响应来描述。响应是指零初值条件下某种典型的输入函数作用下对象的响应。在MATLAB的控制工具箱中给出的阶跃函数setp()的调用格式为：y,x=step(num,den,t)或y

3、,x=step(A，B，C，D,iu,t)五、实验内容和要求（一）内容1、 伺服系统的方框图如图所示，求d和e的值，使系统的阶跃响应满足1）超调量大于30%2）峰值时间为0.6秒。C(s)R(s) + +2+es2、 求二阶系统 在单位阶跃输入时系统时域响应曲线。并记录响应曲线。编程求出，并与理论计算得出的结果比较是否一致。（二）要求1、 预习控制系统时域分析，并预先编制程序。2、 写出实验报告，给出内容1的实验程序、单位阶跃响应曲线和结果；给出内容2的实验程序、单位阶跃响应曲线及相应的，值。六、注意事项命令调用的格式不能随意改写七、思考题如何根据由不同输入得出图形来判别系统的性能？实验二 控

4、制系统的根轨迹分析与频域分析一、实验目的1、掌握如何运用计算机的MATLAB软件进行根轨迹分析2、 掌握如何用计算机MATLAB软件工具进行系统或环节的频率特性的测试。二、实验类型 综合性三、实验设备计算机四、实验原理频率特性函数是静态下正弦输出信号与正弦输入信号的复数符号之比。从频率特性图象上可以很方便的得到关于系统稳定性和动态特性的一些信息。因此，它是研究控制系统的一个重要工具。五、实验内容和要求（一）内容1、 已知开环传递函数为绘出闭环系统的根轨迹，并找出根轨迹与虚轴交点处的增益k值。2、 已知开环传递函数为绘出闭环系统的根轨迹。并分析系统的稳定性。3、 编程实现惯性环节的频率特性，编程

5、实现幅相频率特性，对数幅频和对数相频特性，绘制奈奎斯特图和伯德图。4、 编程实现振荡环节的频率特性。，用MATLAB软件编程仿真出振荡环节的幅相频率特性，对数幅频和对数相频特性，绘制奈奎斯特图和波德图，增益相位裕度的伯德图。并在同一极坐标图和伯德图中绘制不同下的响应曲线。（要获得转角频率、谐振频率等关键点的值。）（二）要求1、预习根轨迹的绘制的方法，编制相应实现的MATLAB程序。2、在理论上画出实验中惯性环节、振荡环节相应的幅相频率特性，对数幅频和对数相频特性，绘制奈奎斯特图和伯德图；并预先编制实现的MATLAB程序。3、写出实验报告，对于内容（一）写出实现的MATLAB程序；给出给定系统的

6、根轨迹图，并分析系统的稳定性；进行实验总结；对于内容（二）给出出惯性环节、振荡环节的实现程序及各实验曲线；将实验结果同理论估计的结果相比较，若不同分析其原因；根据实验曲线能得到哪些结论（稳定性、增益方面的）。六、注意事项命令调用的格式不能随意改写七、思考题如何利用Bode图来分析系统的增益裕度、相位裕度、及其稳定性？实验三 控制系统的校正一、实验目的1. 通过对控制系统的串联校正，了解校正装置在控制系统中的作用。2. 掌握如何运用计算机的MATLAB软件进行频率校正；3. 掌握在频域根据伯德定理进行串联校正的方法；4. 进一步理解时域性能指标和频域性能指标的关系。二、实验类型设计性三、实验仪器

7、计算机四、实验原理通过在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或者装置，使系统的整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。五、实验内容和要求（一）内容实验方框图如上图所示其中校正装置分别为：校正装置滞后校正装置迟后超前校正装置（二）要求1、 在给定下求出闭环，并编程实现绘制其阶跃响应曲线。2、 编程绘制出的伯德图。3、 根据伯德图和性能指标的要求，求校正装置的传递函数。4、 绘制校正后的伯德图是否符合频域指标，如果不符合重新选，然后重新进行第4步，直至符合频域要求。5、 求得校正后闭环传递函数，然后根据其时域指标是否符合要求，如不符合重新进行3、4、5步，直至符合时域指标要求为止。6、 绘制校正后的阶跃响应曲线。六、注意事项命令调用的格式不能随意改写七、思考题1、给出各步骤所需实验程序。2、给出各步骤所得