基于MATLAB的控制系统单位阶跃响应分析.pdf

1、电子科技大学中山学院学生实验报告学院： 机电工程学院专业： 17 自动化课程名称：自动控制原理实验与仿真班级：姓名：学号：组别：实验名称：基于MATLAB的控制系统单位阶跃响应分析实验时间：成绩：批改时间：一、实验目的（ 1）学会使用 MATLAB编程绘制控制系统的单位阶跃响应曲线。（ 2）研究二阶控制系统中 ，n 对系统阶跃响应的影响。（ 3）掌握准确读取动态特性指标的方法。（ 4）分析二阶系统闭环极点和闭环零点对系统动态性能的影响。二、实验条件实验设备：每人一台计算机奔腾系列以上计算机，配置硬盘2G，内存 64M。实验软件： WINDOWS操作系统（ WINDOWS XP或 WINDOWS

2、 2000），并安装 MATLAB语言编程环境。三、实验内容已知系统开环传递函数为G( s)100,试绘制单位负反馈闭环系统的阶跃响应曲线，1.s23s并测出动态性能指标。代码、曲线及性能指标：代码 sys=tf(100,1 3 0); sysc=feedback(sys,1); damp(sysc) step(sysc)曲线注：实验报告应包括：实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容、实验步骤、实验数据处理及结果分析等。性能指标PoleDampingFrequencyTime Constant(rad/seconds)(seconds)-1.50e+00 + 9.89e+00i1.50e-01

3、1.00e+016.67e-01-1.50e+00 - 9.89e+00i1.50e-011.00e+016.67e-012.当= 0， 0.25 ，0.5 ，0.75 ， 1， 1.25 时，对应系统的闭环极点和自然振荡频率n见表，编程求取对应系统的阶跃响应曲线，并分析n 一定时，变化对系统性能的影响。闭环极点=0j=0.252.5j 9.68=0.55j8.66=0.757.5j 6.61=1两实重根 -10=1.25两不等实根-5 和 -20n / (rad / s)阶跃响应曲线10等幅振荡10衰减振动10衰减振动10衰减振动10单调上升5,20单调上升曲线：结论： 可见当n/ ( ra

4、d / s) 一定时， 系统随着阻尼比增大，闭环极点的实部在S 左半平面的位置更加远离原点，虚部减小到0，超调量减小，调节时间缩短，稳定性更好。注：实验报告应包括：实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容、实验步骤、实验数据处理及结果分析等。3.0.25,10,30,50时，对应点的单位阶跃响应曲线并分析不变，对系统性能的影响。nn曲线：结论：可见当一定时，随着n / ( rad/ s) 增大，系统响应加速，振荡频率增大，系统调整时间缩短，但是超调量没有变化。注：实验报告应包括：实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容、实验步骤、实验数据处理及结果分析等。103. 试做出以下系统的单位阶跃响应，并

5、与原系统 G(s)= 的阶跃响应曲线比较， s2 2s 10做出实验结果分析.）系统分别增加零点， （ ）s22( s 5)（ ）5( s 2)1z1 -5, z2 -2 G1 s2s 10 ,G2 ss22s 10代码及曲线：代码：sys=tf(10,1 2 10);step(sys)hold onsysc=tf(2,10,1 2 10);step(sysc)hold onsysx=tf(5,10,1 2 10);step(sysx)hold offtitle( 单位阶跃系统增加零点比较);lab1=增加零点 -2;text(1,1.8,lab1)lab2= 增加零点 -5;text(0.2

6、5,1.1,lab2)lab3=原系统 ;text(1.5,1.3,lab3)曲线 :结论：闭环零点使得超调量增大，峰值时间前移，且加入的零点越靠近虚轴，影响越明显注：实验报告应包括：实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容、实验步骤、实验数据处理及结果分析等。）系统分别增加极点 p-5,p2，G（s）50,G（s）2021-21(s5)(s22s 10)2(s2)(s22s 10)代码及曲线：代码： sys=tf(10,1 2 10); step(sys)hold on num=50; den=conv(1,5,1 2 10); sysc=tf(num ,den); step(sysc)hol

7、d on num1=20; den1=conv(1,2,1 2 10); sysx=tf(num1,den1); step(sysx)hold offtitle( 单位阶跃系统增加极点比较 ) lab1= 原系统 G(s);text(1,1.3,lab1) lab2= 增加极点 -2;text(0.25,1.1,lab2) lab3= 增加极点 -5;text(0.95,0.771,lab3)结论：闭环极点使得超调量减小，峰值时间后移，且加入的极点越靠近虚轴，影响越明显。注：实验报告应包括：实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容、实验步骤、实验数据处理及结果分析等。四 . 实验作业要求（ 1）完成实验内容中的实验，编写程序，记录相关数据，并分析，得出结论。（ 2）总结闭环零极点对系统阶跃响应影响的规律。五、拓展思考当输入信号为u( t) 1(t)时，求系统G( s)( s 1)(s5)的输出响应曲线，并测出动态性能指标。t *1( t)(s 2)( s2s1)代码、曲线及性能指标：代码：num=conv(1,1,1,5);den=conv(1,2,1,1,1);G=tf(num,den);t=0:0.1:10;u=t+1;lsim(G,u,t),h