15级自动控制实验资料

--#-对应的结构图如图10。图10振荡环节结构图1RC)2RC1

RC)213=nRC11R12R221 11改变C可改变3的大小，改变R可改变。的大小。按表2给出的参数测量阶跃响1n 2应，并记入表中。表1不同的3和。所对应的时域性能指标n^^^___记录参数o%pt(ms)pt(ms)阶跃响应波形3=10rad/sn(R]=100KC广1nf)R=8亡=0100%R=200K£=0.25R=100K£=0.5R=50K2£=13=100rad/sn(R]=100KC=0.01Mf)R=200K£=0.25R=100K£=0.5当3=10,C=0.25时用Simulink仿真结果如图11。n

（a（a）仿真模块 （b）仿真输出图11振荡环节的Simulink仿真2、实验报告（1）记录每个环节的传递函数，保存相应的仿真波形。（2）讨论惯性环节（一阶系统）：在单位阶跃和斜坡信号作用下，T的影响（可以修改相应参数，通过波形进行说明）。（3）讨论振荡环节（二阶系统）：按实验给出的欠阻尼下的响应曲线，讨论振荡环节性能指标与。，3的关系。n附加说明：针对振荡环节，可直接按照下面要求完成实验：32 n s2+213s+32nn（3n=6 匕=0.1，0.3，0.5，0.7，1，2）（匕=0.7 3n=2，6，10，12）加入单位阶跃信号，分析阻尼比己和自然振荡频率3n对系统动态性能的影响。实验二参数对系统性能的影响1、实验内容（1）开环增益K对系统的影响GG(s)=5(5-1)K分别为0.1、0.5、1、5时系统的阶跃响应和斜坡响应，总结K对系统动静态性能的影响。（2）增加闭环零极点对系统的影响

a、闭环传递函数①a、闭环传递函数①(s)=(s+1)(s2+2s+2)增加零点z=-2、-0.8、-0.5、-0.1；s+2b、闭环传递函数①(s)=FZ2，增加极点p"5、-2、-5、-10。不,、1.82(s+1.1)(s+2)c、观察偶极子的影响。①(s)=-~~— r-二c、观察偶极子的影响。(s+1)s2+2s+2)针对上述三种情况，从系统动态性能(指标)说明对系统的影响。(3)主导极点的含义已知高阶系统的闭环传递函数为45s5+8.6s4+29.8s3+67.4s2+51s+45用低阶系统近似原系统s2+0.6s+1a、用 分别求原系统和降阶系统的零点、极点和增益，判断该是否可用低阶系统近似原系统。b、将原系统和低阶系统的单位阶跃响应曲线绘制在一个图中，记录它们的响应曲线和动态性能指标(上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间)，进行比较分析。2、实验报告(1)记录每个实验的单位阶跃响应曲线，并总结实验结果。()设计表格记录不同增益K的系统性能指标(上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间)的异同，同时记录斜坡信号作用下的稳态误差，并给出结论。(3)设计表格记录增加闭环零极点的系统性能指标(上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间)的异同，并给出结论。()记录高阶系统和低阶系统的零点、极点和增益K以及单位阶跃响应曲线；设计表格记录原系统和低阶系统的动态性能指标(上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间)，进行比较分析，确定高阶系统是否可用低阶系统近似？实验三线性控制系统的根轨迹1、实验内容(1)控制系统的根轨迹分析已知单位反馈系统的开环传递函数为G(s)=-———-,s(s+1)(s+3)绘制开环增益K变化时的根轨迹，并由根轨迹分析K变化对闭环系统稳定性的影响：a、K等于何值时，闭环极点有一对在虚轴上的根，闭环系统处于无阻尼0=0状态，系统等幅振荡临界稳定；

b、K在什么范围时，根轨迹进入$右半平面，闭环系统处于阻尼。<0状态，系统发散不稳定；c、K为何值时，闭环极点有一对实部为负的相等实根，闭环系统处于临界阻尼0=1状态，系统为单调衰减过程；d、长在什么范围时，闭环极点有一对实部为负的共轭复数，闭环系统处于欠阻尼0<0<1状态，系统为衰减振荡过程；e、K为何值时，根轨迹与0=0.707等阻尼线相交，闭环极点有一对实部为负的共轭复数，系统呈现最佳衰减振荡过程。a、Ga、G(s)=s（s+1）（s+3），增加开环零点z=-5、】2、-0.4，分析对系统的影响。（观察k=5时闭环的单位阶跃响应）Kb、G（s）=—―-，增加开环极点p=-0.5、-2、-5，分析对系统的影响。（观察k=5时s（s+1）闭环的单位阶跃响应）（3）系统的框图如图图12系统的框图。、绘制以为变量的根轨迹，确定临界阻尼时的值b、绘制无局部反馈时。系统单位斜坡响应的曲线，以求稳态误差；绘制无局部反馈时Q系统单位阶跃响应的曲线，以求系统暂态性能指标上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间）。C、绘制有局部反馈时。系统单位斜坡响应的曲线，以求稳态误差；绘制有局部反馈时Q系统单位阶跃响应的曲线，以求系统暂态性能指标上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间）。2、实验报告（1）记录每个实验所对应的根轨迹图和相关的单位阶跃响应曲线。（2）设计表格记录增加开环零极点时系统的动态性能指标（上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间），并给出结论。（3）讨论增加局部反馈对系统性能的影响。实验四线性控制系统的频域分析1、实验内容

32()典型二阶系统G(s)=s2+2有s+32，绘制。取不同值时的Bode图。nn(3 匕. . . .)(2)绘制下列各系统开环传递函数的伯德图和乃奎斯特图，并求相位裕量和增益裕量，并判断系统的稳定性。a、(1+a、(1+s)(1+2s)b、1s(1+s)(1+2s)c、c、10s(0.1s+1)(0.5s+1)d、Gd、G(s)=1s2(1+s)(1+2s)(3)串联校正0.1s+10.01s+1I： 0.1s+10.01s+1G(s厂不二，加入超前校正环节G(s)=e'G(s)=1--' 0.7s+1 0.15s+1G(s)=一一，加入滞后校正环节G(s)=，G(s)=——「。C 3s+1 c s+1。、绘制系统附加校正前后的 图，求出它们相角裕度和增益裕度，进行比较分析。b、绘制系统附加零、极点前后的单位阶跃响应曲线，记录它们的性能指标(上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间)，并给出结论。2、实验报告(1)记录每个实验所对应的伯德图和奈氏图。(2)设计表格记录不同系统的相位裕量和幅值裕量以及稳定性。(3)讨论加入超前或滞后校正对系统的影响。实验五 连续系统的PID校正1、实验内容(1)系统动态性能的改善比例微分

测速反馈_25G(s尸三,图13系统的校正框图测速反馈_25G(s尸三,图13系统的校正框图T==0.1,1,5,观察参数T”勺变化对系统的影响。图14系统的校正框图Kt=0.1,1,5,观察参数Kt的变化对系统的影响。(2)PID校正装置对系统性能的影响a、比例()控制器e输出V0图15没加入比例控制器的系统仿真图加入比例控制器之前和之后的系统输出V0图15没加入比例控制器的系统仿真图b、积分（）控制器图16加入比例控制器的系统仿真图输入b、积分（）控制器图16加入比例控制器的系统仿真图输入eKI

s输出V0积分控制器校正的控制系统Simulink仿真如图，得出输出曲线。图17仅加入积分控制器的系统仿真图c、比例积分（I控制器的校正仿真比例积分控制器校正的控制系统Simulink比例积分控制器校正的控制系统Simulink仿真如图18所示，图16和图1做7比较。得出输出曲线，并与图15、图18加入比例积分控制器的系统仿真图d图18加入比例积分控制器的系统仿真图d、比例微分（）控制器未加入比例微分控制器校正的控制系统Simulink仿真如图19所示，校正后如图20所示。得出相应的输出曲线，并做比较。图19没加入控制器的系统仿真图图加入比例微分控制器的系统仿真图e、比例积分微分（）控制器PID控制器校正的控制系统Simulink仿真，校正前如图21所示，校正后如图22所示。得出相应的输出曲线，并做比较。图21没加入控制器的系统仿真图图加入控制器的系统仿真图仿真 控制器的比例P、积分I、微分D参数发生变化时，其相应的输出曲线，设计表格比较在不同参数下，系统的性能指标，以理解比例、积分、微分环节的基本控制规律，及控制器参数整定的重要性。参考表格如下：暂态参数稳态误差2、实验报告（1）讨论比例微分和测速反馈两种方式对系统动态性能的改善，并探讨对系统稳态性能的影响。（）通过校正的单位阶跃响应曲线，分析每种校正方式的意义。（3）总结系统校正方式及相应的作用（包括超前和滞后校正）。Matlab简单指令一、多项式1、多项式并求根P=[abcd]r=roots(p)2、根据根构造多项式r=[abcd];p=poly(r)3、多项式的乘积A=[];B=[];C=conv(A,B)二、传递函数的表示1、多项式形式传递函数(1)num=[];den=[];G=tf(num,den)(2)多项式乘积构成num=k*conv([],[]);den=conv([],conv([],[])G=tf(num,den)2、零极点传递函数G=zpk(z,p,k)z=[]零点；p=[]极点；k为增益3、单位反馈闭环传递函数H=feedback(G,1)G为开环传递函数三、传递函数形式的转换1、传递函数转换为零极点形式[z,p,k]=tf2zp(num,den)G=zpk(z,p,k)2、零极点形式转换为传递函数[num,den]=zp2tf(z,p,k)G=tf(num,den)四、线性系统的分析1、系统的脉冲响应impulse(G)或：t=a:b:cimpulse(G,t)a起始时间，b间隔时间，c终止时间2、系统的阶跃响应和斜坡响应step(G)ste