自动控制原理-实验四+五+离散系统实验-实验报告

《自控原理实验报告》实验名称：实验四+五+离散系统仿真实验实验4：频率特性法的计算机研究实验4中系统的开环传递函数为G(s)=在Matlab仿真中得到的图像如下所示单位阶跃响应单位阶跃响应的误差变化开环传递函数波特图奈奎斯特曲线图对数幅相特性图(Nichols图)幅相曲线起点与积分环节个数的关系、终点与分子分母阶次数的关系。最小相位系统的幅相曲线的起点与积分环节和微分环节的个数有关，当不含积分环节而存在微分环节的时候，幅相曲线的起点位于原点。当不含积分环节和微分环节的时候，幅相曲线的起点位于实轴正半轴。当存在积分环节的时候，幅相曲线的起点位于无穷远处，且相角为-(积分环节的个数)*90°。最小相位系统的幅相曲线的终点与子分母阶次数有关。设分母阶次为n，分子的阶次为m。当n=m的时候，幅相曲线的终点位于实轴正半轴。当n>m的时候，幅相曲线的终点位于原点，且以-(n-m)*90°的角度进入。Bode图中对数幅频与对数相频变化的关系。对数幅频是传递函数频率特性的幅值，对数相频是传递函数频率特性的相角。两者之间的联系在于传递函数的频率特性。考察非最小相位系统以上关系是否成立？对于非最小相位系统上述结论不成立。实验5：PID控制实验5中系统的开环传递函数为G(s)=在MatlabSimulink中设计的系统如下所示以下开始调节PID对应的参数来观察比例，积分，微分三种控制作用对输出的影响比例控制实验图像附在结论后。结论：比例控制作用原理是即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用以减小误差。当偏差e=0时，控制作用也为0。因此，比例控制是基于偏差进行调节的，即有差调节。在图像中可见随着比例系数的增加，系统的超调量不断增加，调节时间也不断变长，上升时间则在逐渐减小。当比例系数增大到一定程度后，系统的动态响应曲线则由收敛过度到等幅震荡。最后随着比例系数的进一步增大，系统的的动态响应曲线将会震荡发散。实验图像：100101102103104105106107比例积分控制实验图像附在结论后。结论：积分环节：能对误差进行记忆，主要用于消除静差，提高系统的无差度，积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越大，积分作用越弱，反之则越强。在图像中可见随着积分控制的时间常数的增加，系统的动态响应曲线由震荡发散逐渐变化为收敛。当K=2.5，Ti=1，Td=0的时候，系统的动态响应曲线为一等幅振荡的图像。之后，随着Ti的不断增大，系统的动态响应曲线的超调量不断减小，调节时间不断减小。实验图像：200201202203204205206207208209210比例积分微分控制实验图像附在结论后。结论：微分环节：能反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。在图像中可见随着积分控制的时间常数的增加，系统的动态响应曲线随着Td的不断增大，系统的动态响应曲线的超调量不断减小，调节时间不断减小。但是当Td（Td>2.5）过大的时候，则超调量开始增大，调节时间也开始变长。实验图像：300301302303304305306307308309310311312313314315316实验6：离散系统的仿真实验实验6中系统的开环传递函数为G(s)=在MatlabSimulink中设计的系统如下所示在输出端口加入了一个零阶保持器。以下为零阶保持器设置不同采样周期时的输出图像T=2sT=1sT=0.8sT=0.5sT=0.3sT=0.1sT=0.05s