自动控制原理实验教程 硬件模拟与MATLAB仿真 教学课件 作者 熊晓君第3章.ppt

《自动控制原理实验教程 硬件模拟与MATLAB仿真 教学课件 作者 熊晓君第3章.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第3章线性系统的时域分析法实验一典型二阶系统模拟电路及其动态性能分析1.实验目的（1）掌握典型二阶控制系统模拟电路的构成，运用典型环节构造复合控制系统。（2）掌握二阶系统动态性能指标实测的方法。（3）研究二阶系统的特征和n对系统动态性能及稳态性能的影响。（4）定量分析和n与最大超调量Mp和调整时间ts之间的关系。（5）学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。7/23/2021自动控制原理实验教程2.实验原理（1）二阶系统的闭环极点分布及其阶跃响应的特点值闭环极点分布的特点阶跃响应的特点ζ<0两个正实部的特征根，振荡发散的曲线位于s右半平面ζ=0一对共轭纯虚

2、根，等幅振荡曲线无阻尼系统位于s平面虚轴上0<ζ<1两个负实部的共轭复根，衰减振荡曲线欠阻尼系统位于s左半平面ζ=1两个相等的负实根，单调上升收敛的曲线临界阻尼系统位于s左半平面实轴ζ>1两个不相等的负实根，上升速度较时慢过阻尼系统s的左半平面实轴7/23/2021自动控制原理实验教程（2）二阶系统的动态性能指标7/23/2021自动控制原理实验教程3.实验内容（1）由典型环节构造二阶控制系统模拟电路典型二阶控制系统由一个非周期性环节和一个积分环节串联等效而成，在实验中为了实现参数的线性调节，非周期性环节使用一个积分环节的负反馈回路构造。7/23/2021自

3、动控制原理实验教程R1=R=100kΩ，调节R2或C的值就可以调节ζ和n7/23/2021自动控制原理实验教程（3）保持无阻尼自然频率n不变，研究阻尼比的变化对系统动态性能的影响。令C=1uF，则n=10rad/s,分别令R2=0，40，140，200，240kΩ时，系统的阻尼比=0，0.2，0.7，1，1.2，研究二阶系统的动态响应。（4）改变无阻尼自然频率n，比较在相同阻尼比的情况下，系统动态性能发生的变化。令C=0.1uF，则n=100rad/s,分别令R2=0，40，140kΩ时，系统的阻尼比=0，0.2，0.7，研究二阶系统的动态响

4、应。7/23/2021自动控制原理实验教程6.实验能力要求（1）根据二阶系统的模拟电路图推导闭环传递函数，分析系统阻尼比和无阻尼自然频率n的改变与哪些组件有关。（2）讨论二阶系统性能指标与，n的关系，把不同和n条件下测量的动态指标值列表，比较测量结果，并得出相应结论。（3）比较分析实际系统响应曲线与理论响应曲线的差别，分析原因。（4）在实验中讨论最佳二阶系统的条件。（5）掌握由系统响应曲线推导闭环传递函数的方法：根据动态性能指标计算出和，再写出闭环传递函数。7/23/2021自动控制原理实验教程实验二基于MATLAB控制系统单位阶跃响应分析1.实验目

5、的（1）学会使用MATLAB编程绘制控制系统的单位阶跃响应曲线。（2）研究二阶控制系统中，n对系统阶跃响应的影响。（3）掌握准确读取动态特性指标的方法。（4）分析二阶系统闭环极点和闭环零点对系统动态性能的影响。2.实验内容已知二阶控制系统：（1）求该系统的特征根若已知系统的特征多项式D(s)，利用roots()函数可以求其特征根。若已知系统的传递函数，利用eig()函数可以直接求出系统的特征根。7/23/2021自动控制原理实验教程（2）求系统的闭环根、和ωn函数damp()可以计算出系统的闭环根，和n。（3）求系统的单位阶跃响应step()函数可以计

6、算连续系统单位阶跃响应，其调用格式为：step(sys)或step(sys,t)或step(num,den)函数在当前图形窗口中直接绘制出系统的单位阶跃响应曲线，对象sys可以由tf()，zpk()函数中任何一个建立的系统模型。第二种格式中t可以指定一个仿真终止时间，也可以设置为一个时间矢量（如t＝0:dt:Tfinal，即dt是步长，Tfinal是终止时刻）。7/23/2021自动控制原理实验教程【范例3-1】若已知单位负反馈前向通道的传递函数为：试作出其单位阶跃响应曲线，准确读出其动态性能指标，并记录数据。7/23/2021自动控制原理实验教程（4）分析

7、ωn不变时，改变阻尼比，观察闭环极点的变化及其阶跃响应的变化。【范例3-2】当＝0，0.25，0.5，0.75，1，1.25时，求对应系统的闭环极点、自然振荡频率及阶跃响应曲线。【分析】可见当n一定时，系统随着阻尼比的增大，闭环极点的实部在s左半平面的位置更加远离原点，虚部减小到0，超调量减小，调节时间缩短，稳定性更好。7/23/2021自动控制原理实验教程（5）保持＝0.25不变，分析ωn变化时，闭环极点对系统单位阶跃响应的影响。【范例3-3】当n＝10，30，50时，求系统的阶跃响应曲线。【分析】可见，当一定时，随着n增大，系统响应加速，振荡

8、频率增大，系统调整时间缩短，但是超调量没变化。7/2