控制系统仿真(适用于MATLAB的仿真设计)

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1、期末论文报告成绩控制系统仿真学生姓名：班级：学号：专业：电气工程及其自动化任课教师：朱建忠论文报告成绩：评阅教师签字：年月日目录1.对给出的三个传递函数进行分析………………………………………………32.三个传递函数的单位阶跃响应和单位脉冲响应的比较………………………63.计算闭环系统的零极点及阶跃响应……………………………………………74.使用ltiview和rltool计算时域响应和根轨迹……………………………125.PID的系统设计…………………………………………………………………135.1计算G(s)的零极点分布并画出系列分析图………………………………

2、135.2用Ziegler-Nichols法设计PID调节器，并设计控制系统………………145.3计算闭环控制系统的零极点分布并画出系列分析图………………………176.MATLAB的其他功能………………………………………………………………217.体会和总结………………………………………………………………………238.参考文献…………………………………………………………………………241.对给出的三个传递函数进行分析下面给出了三个传递函数，并编程对三个传递函数进行零极点分布的计算，并计算阶跃响应的特征参数：超调量σ%、上升时间Tr、峰值时间Tp、过渡过程时间T

3、s。第一个传递函数是：下面进行M文件的编程。程序：num=[2];%建立传输函数的分子多项式den=[1,2,2];%建立传输函数的分母多项式G=tf(num,den);%生成系统传递函数，运行这个命令，则G会被存储为一个TF模型，代表一个系统的传输函数，其中数组num与den分别为传输函数分子分母多项式的系数，且从左至右与s值降幂对应。零极点用zpkdata函数得出：[z,p,k]=zpkdata(G);%得出系统零点p，和极点k。由以上程序可得到：零点p为[-1+i*1;-1-i*1]，极点k为2。其阶跃响应用下列语句获得：G.ioDelay=1;ste

4、p(G);得出阶跃响应图形，如下图1.1：图1.1阶跃响应图形阶跃响应的特征参数如下图（通过图形直接获得）：图1.2上升时间tr为1.52s图1.3超调量为4.32%峰值时间为4.14s图1.4过渡过程为5.22s与第一个传递函数一样，下面用同样方法求出第二和第三个传递函数的零极点，以及阶跃响应的性能指标。第二个传递函数：零点为-0.5，极点为[-1+i*1;-1-i*1]。其阶跃响应的性能指标为：超调量73.9%、上升时间Tr=0.257s、峰值时间Tp=2.1s、过渡过程时间Ts=6.06s。第三个传递函数：零点为-0.5，极点为[-0.5+i*0.86

5、603;-0.5-i*0.86603;-0.5]。阶跃响应的性能指标为：超调量16.3%、上升时间Tr=1.64s、峰值时间Tp=4.64s、过渡过程时间Ts=9.08s。注：MATLAB提供直接读出各性能指标的功能2.三个传递函数的单位阶跃响应和单位脉冲响应的比较以下列出了上述三个传递函数的单位阶跃响应和单位脉冲响应。（相同类型的列在一张图中）图2.1同一张图上绘制3个传递函数的单位阶跃响应图2.2同一张图上绘制3个传函的单位脉冲响应定性比较结论为：第二个和第三个传递函数相比较于第一个，增益是有所增大的，所以其响应速度是增大的，即提高了其响应的快速性。但是

6、，第二个和第一个相比较，虽然上升时间有所下降，但其超调量增加了。3.计算闭环系统的零极点及阶跃响应以G3(s)作为被控对象，作为反馈通道控制器，分别计算k=0.2,1,2时形成的闭环系统的零极点和单位阶跃响应。3.1当K为0.2时：形成的闭环传递函数为：通过以下程序分析：num1=[42];den1=[2331];G1=tf(num1,den1);num2=[0.2];den2=[122];G2=tf(num2,den2);G3=G1*G2;num3=[0.80.4];den3=[27131382];[numc,denc]=cloop(num3,den3,-

7、1);G=tf(numc,denc)G.ioDelay=1;step(G)其零极点为：零点-0.5,极点[-1.1464+i*1.0239;-1.1464-i*1.0239;-0.35363+i*0.94381;-0.35363-i*0.94381;-0.5]单位阶跃响应如下：图3.1k=0.2时的单位阶跃响应3.2当K为1时：形成的闭环系统为程序：clearnum1=[42];den1=[2331];G1=tf(num1,den1);num2=[1];den2=[122];G2=tf(num2,den2);G3=G1*G2;num3=[42];%由G3得出

8、。den3=[27131382];%由G3得出。[n