王久奇—计算机控制系统性能分析报告模版

1、实验一：计算机控制系统性能分析、实验目的：建立计算机控制系统的数学模型；掌握判别计算机控制系统稳定性的一般方法观察控制系统的时域响应，记录其时域性能指标；掌握计算机控制系统时间响应分析的一般方法；掌握计算机控制系统频率响应曲线的一般绘制方法。、实验容：考虑如图1所示的计算机控制系统图1计算机控制系统图1计算机控制系统C(s)系统稳定性分析K的取值围;K的取值围;(1)首先分析该计算机控制系统的稳定性，讨论令系统稳定的、程序与运算结果：y=tf(1,110)Transferfunction:1sA2+sY=c2d(y,1,zoh)Transferfunction:0.3679z+0.2642zA

2、2-1.368z+0.3679Samplingtime:1rlocus(Y)rlocfind(Y)Selectapointinthegraphicswindowselected_point=0.2433-0.9735ians=2.4040rlocfind(Y)Selectapointinthegraphicswindowselected_point=-1.0014-0.0029ians=26.30852、仿真图片：EileEditVie-wInsertZoolsOcskiopindowHelpoea|4|哽x|具E口RoolIOCHSRoolIOCHS3)、分析：对于具有零阶保持器采样开关的离

3、散系统，其开环传递函数的特征根必位于单位圆。图中虚线构成单位圆，实线为根轨迹，“x表示极点，“o表示零点，又知根轨迹起始于极点，终于零点，对应的K值不断增大，因此0K26.3085。2假设不考虑采样开关和零阶保持器的影响，即看作一连续系统，讨论令系统稳定的K的取值围；1)、程序：y=tf(1,110)Transferfunction:1sA2+srlocus(y)rlocfind(G)2、仿真图片:3、分析：对于二阶连续型系统，只要特征根位于s的左半平面，系统就稳定。开环传递函数的特征根s1=0；s2=-1，因此要使其稳定，K03分析导致上述两种情况下K取值围差异的原因。分析：连续系统比离散系

4、统稳定性好，参加采样开关以后，采样周期越大，离散系统系统稳定性越差，能使系统稳定的K的围越小。时域特性分析令K201假设不考虑采样开关和零阶保持器的影响，即看作一连续系统，观察其单位阶跃响应，记录上升时间、超调量、调节时间、峰值时间等一系列的时域性能指标；1、程序：G仁tf(20,110)Transferfunction:20sA2+ssisotool(GI)、仿真图片：3、实验结果：由图可知，上升时间tr为0.254s，超调量？为70.2%,调节时间ts为7.82,峰值时间tp为0.702s。2、考虑采样开关和零阶保持器的影响，观察其单位阶跃响应，记录上升时间、超调量、调节时间、峰值时间等一

5、系列的时域性能指标；1)、程序：G2=c2d(G1,0.02,zoh)Transferfunction:0.0009967z+0.0009934采样时间：0.02szA2-1.98z+0.9802Samplingtime:0.02SisotoolG22、仿真图片：亠“7回、实验结果：由图可知，上升时间tr为0.247s，超调量？为72.8%，调节时间ts为8.57s，峰值时间tp为0.71s3分析其时域性能指标的差异与产生原因。离散系统与连续系统相比，上升时间减小，超调量增大，调节时间增大，峰值时间减小。采样器可使得系统的峰值时间和调节时间略有减小，但设超调量增大，故采样造成的信息损失会较低系

6、统的稳定程度。而零阶保持器使系统的上升时间和调节时间都加长，超调亮有所增加。这是因为除了采样造成的不稳定因素外，零阶保持器的相角滞后降低了系统的稳定程度。频域特性分析(1)假设不考虑采样开关和零阶保持器的影响，即看作一连续系统，绘制其频率特性响应;1、程序：num=1;den=110;G=tf(num,den)Transferfunction:1sA2+smargin(G)2、仿真图片：Figure1FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelp吕PQ|口匪l|旦0odeD泊gynnGm=InfdBInfrsdfeec).Pm=51.8degtat0.7rsd

7、/sec)ulajstsmlJELri11lri1li-r41ripiii1rtirirp11141TjTti-ijn-r1141.一s-inminiiiI1I1u1i1Hi111iii11111Mill!1udi1l41!l!1ki1iiirl11Hillliii1U11111Illi11i1I1M1111141i141niiiii1II4lS-Lai1iiIa111TT-FF-1na|iFrI11iFFFrr|LTTrvrriiiaII1IIiiiIIIIIniaaiihni|1I1VIS!1I1Ii1*1i1Wiihii1iiiLi1iAih1h111101ial11HiIliHIlli

8、l1III111i14111lIi1Ii111iiaiiiii1fiiiaiiIiP11|ii|a1|11|MiRhIiI|i|!i11IilI_H-IIT-II-lr-i:h-1-i-K-a-1*1l-+*1-1-rQ二-+-*1-It-ll-F1l1*111l4111b1Ii417|i1Ii11111iiii1inailiiiiririiiTiiiii|P|a1|p1iiiiti|i|Iiaii1=tPiI1h1i1B1h!“I*Irrii111i!1i1110111iinuiiii1H1i11ibT-!1i111l|1iii|iIIi1I丄11J一i；hlJL丄亠Lh-10110Freq

9、uentiradrsec)3、结果：相角裕度Pn=51.8deg幅值裕度G=nf无穷大2考虑采样开关和零阶保持器的影响，绘制其频率特性响应；1)、程序：G2=c2d(G,0.02,zoh)Transferfunction:0.003973z+0.003947zA2-1.98z+0.9802Samplingtime:0.02采样时间：0.02smarginG22)、仿真图片：lElllfiVi-a-w丄円匚mirfc工ogi*ED&-&IttopnWindlulptU3I囱I*rj节丫置4X十dIS3I口El曰4Diia|ifam3、结果：相角裕度Pm=51.4deg，幅值裕度Gm=40dB3讨

10、论上述两种情况下频率特性响应的区别和联系。1频率特性是w的周期函数，当wT沿着单位圆每转一周时，频率特性周期性重复一次，这是连续系统没有的。2、幅频特性是w的偶函数，相频特性是w的奇函数，连续系统也有这个特性。3、离散环节频率特性形状与连续系统频率特性形状有较大差异，特别是当采样周期较大以与频率较高时，由于混叠，使频率特性形状有较大变化，主要表现有:高频时会出现多个峰值；可能出现正相位；仅在较小的采样周期或低频段与连续系统频率特性相接近。三、实验小结通过本次实验，我知道并熟悉了Matlab中关于对于连续系统离散化的指令，以与系统离散化对于系统稳定性，动态性能，频域响应的影响。总之，系统的离散化会使得系统的稳定性下降，而这其中的关键就是采样时间T的选择。根本掌握了判别计算机控制系