自动控制原理matlab分析与设计仿真实验报告

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1、兰州理工大学《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告学院：电气工程与信息工程学院专业班级：13级自动化3班姓名：学号：时间：2015年12月第三章线性系统的时域分析法一、教材第三章习题3.5设单位反馈系统的开环传递函数为G(s)=(1)试求系统在单位阶跃输入下的动态性能。(2)忽略闭环零点的系统在单位阶跃输入下的动态性能。(3)对(1)和(2)的动态性能进行比较并分析仿真结果。(1)A:程序如下。B:系统响应曲线如下图。（2）A:程序如下。B:系统响应曲线如下图。(3)A:程序如下。B响应曲线如下图。

2、分析：忽略闭环零点时，系统的峰值时间，调节时间，上升时间均为增大的，而超调量减小。由此可知，对于一个稳定的系统，当忽略其闭环零点时，系统仍然是稳定的，但其系统的峰值时间，调节时间，上升时间均增大，而超调量减小，所以该系统的稳定性变好了，而动态性能变差了。因此应该适当的调节，使得系统的响应时间和超调量在一定程度上达到平衡，满足设计需要。一、教材第三章习题3.9设控制系统如图所示，要求：(1)取计算测速反馈校正系统的超调量、调节时间和速度误差；(2)取计算比例-微分校正系统的超调量、调节时间和速度误差。(1)A程序

3、如下：B系统响应曲线如下图：(2)系统响应曲线如下：分析：(1)测速反馈校正系统的超调量、调节时间和速度误差峰值时间：超调量：调节时间：(2)比例-微分校正系统的超调量、调节时和速度误差。峰值时间：超调量：调节时间：一、教材第三章习题3.30火星自主漫游车的导向控制系统结构图如图所示，该系统在漫游车的前后部都装有一个导向轮，其反馈通道传递函数为要求：(1)确定使系统稳定的值范围；(2)当为该系的一个闭环特征根时使计算的取值，并计算另外两个闭环特征根；(3)应用(2)求出的值确定系统的单位阶跃响应。(1.1)程序

4、如下：(1.2)单位阶跃响应曲线如下：分析：从图中可以看出此系统的峰值时间远远大于调节时间，而且其超调量为零，说明此系统是稳定的。四、英文讲义3.3(1.1)A1Simulink接线图如下：A2程序如下。(1.2)零极点分布及响应曲线如下。分析：特征方程的特征根s都具有负实部，故闭环系统稳定。其中实数根表现为单调上升，复数根输出表现为振荡上升。四、英文讲义“DiskReadSystem”(1.1)A1Simulink接线图如下：A2程序如下。(1.2)系统响应曲线如下：分析：添加微分反馈后系统的扰动减小，自然频

5、率不变，阻尼比变大，由欠阻尼变为过阻尼，是上升时间变大，超调量和调节时间变小，动态性能变好。但闭环增益减小，加大了系统的稳态误差。第三章线性系统的根轨迹法一、教材第四章习题4.5(1.1)程序如下：(1.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下：(2.1)程序如下：(2.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下：(3.1)程序如下：(3.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下：一、教材第四章习题4.10设反馈控制系统中要求：(1)概略绘出系统根轨迹图，并判断闭环系统的稳定性；(2)如果改变反馈通路传递函数，使H(s)=1+2s，试判

6、断H(s)改变后的系统稳定性，研究由于H(s)改变所产生的效应。(1.1)程序如下：(1.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下：(2.1)程序如下：(2.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下：分析：由于H(s)从1改变到1+2s，使系统增加了一个负实零点，迫使系统根轨迹向s左半平面弯曲，从而改善了系统的稳定性。一、教材第四章习题4.17设控制系统如图所示，其中为改善系统性能而加入的校正装置。若可以从三种传递函数中任选一种，你选择哪一种？为什么？(1.1)程序如下：(2.1)三种校正装置的根轨迹如下：分析：此系统的超调量

7、为4.12％，而峰值为1.04.又由根轨迹图得，有负实根，所以系统趋于稳定。一、教材第四章习题4.23图示是V-22鱼鹰型倾斜旋翼飞机示意图。V-22既是一种普通飞机，又是一种直升机。当飞机起飞和着陆时，其发动机位置可以如图示那样，使V-22像直升飞机那样垂直起降；而在起飞后，它有可以将发动机旋转90°，切换到水平位置，像普通飞机一样飞行。在直升机模式下，飞机的高度控制系统如图所示。要求：(1)概略绘出当控制器增益变化时的系统根轨迹图，确定使系统稳定的值范围；(2)当取时，求系统对单位阶跃输入r(t)=1(t)

8、的实际输出h(t)，并确定系统的超调量和调节时间(△=2%)；(3)当r(t)=0，求系统对单位扰动的输出(4)若在R(s)和第一个比较点之间增加一个前置滤波器试重解问题(2)。(1.1)程序如下：(1.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下：分析：此系统为二阶振荡衰减系统，阻尼比大于1，系统是稳定的，当时间趋于无穷时，稳态误差为零，即系统输出可以跟踪输入。第三章线性系统的频域分析法一、教材