自动控制原理实验报告材料.doc

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1、自动控制原理实验报告实验一典型系统的时域响应和稳定性分析3一、实验目的3二、实验原理及容3三、实验现象分析5方法一：matlab程序5方法二：multism仿真12方法三：simulink仿真17实验二线性系统的根轨迹分析21一、确定图3系统的根轨迹的全部特征点和特征线，并绘出根轨迹21二、根据根轨迹图分析系统的闭环稳定性22三、如何通过改造根轨迹来改善系统的品质？25实验三线性系统的频率响应分析33一、绘制图1.图3系统的奈氏图和伯德图33二、分别根据奈氏图和伯德图分析系统的稳定性37三、在图4中，任取

2、一可使系统稳定的R值，通过实验法得到对应的伯德图，并据此导出系统的传递函数38实验四、磁盘驱动器的读取控制41一、实验原理41二、实验容及步骤41（一）系统的阶跃响应41（二)系统动态响应、稳态误差以及扰动能力讨论451、动态响应462、稳态误差和扰动能力48（三）引入速度传感器511.未加速度传感器时系统性能分析512、加入速度传感器后的系统性能分析59五、实验总结64实验一典型系统的时域响应和稳定性分析一、实验目的1．研究二阶系统的特征参量（ξ、ωn）对过渡过程的影响。2．研究二阶对象的三种阻尼比下的

3、响应曲线及系统的稳定性。3．熟悉Routh判据，用Routh判据对三阶系统进行稳定性分析。二、实验原理及容1．典型的二阶系统稳定性分析(1)结构框图：见图1图1(2)对应的模拟电路图图2(3)理论分析导出系统开环传递函数，开环增益。(4)实验容先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。在此实验中(图2)，，，系统闭环传递函数为：其中自然振荡角频率：；阻尼比：2．典型的三阶系统稳定性分析(1)结构框图图3(2)模拟电路图

4、图4(3)理论分析系统的开环传函为:(其中)，系统的特征方程为:。(4)实验容从Routh判据出发，为了保证系统稳定，K和R如何取值，可使系统稳定，系统临界稳定，系统不稳定由Routh判断得，Routh行列式为：S3120S21220KS1(-5K/3)+200S020K0为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，所以有得：041.7KΩ系统稳定;K=12R=41.7KΩ系统临界稳定;K>12R<41.7KΩ系统不稳定;三、实验现象分析方法一：matlab程序1．典型二阶系统瞬态性能指标表1参数

5、项目R(KΩ)KωnξC(tp)C(∞)Mp(%)tp(s)ts(s)阶跃响应情况理论值测量值理论值测量值理论值测量值0<ξ<1欠阻尼1020100.251.4443144.430.4440.32450.321.60001.41衰减振荡5044.47210.55901.1203112.030.120.84720.851.60001.31ξ＝1临界阻尼1601.25002.50001110无穷1.90002.33单调指数ξ>1过阻尼20012.23611.11801.7374+0.6755i10.7374+

6、0.6755i-2.8099i2.60003.18单调指数其中，，，matlab程序：R=10;K=200/R;wn=10*sqrt(10/R);r=5/(2*wn);num=5*K;den=[155*K];sys=tf(num,den);Mp=exp(-r*pi./sqrt(1-r*r));tp=pi./(wn*sqrt(1-r*r));ts=4./(r*wn);Ctp=1+Mp;t=0:0.01:3;step(sys,t);gridxlabel('t');ylabel('C(t)');title('s

7、tepresponse');holdoffR=10R=50R=160R=2002．典型三阶系统在不同开环增益下的响应情况表2R(KΩ)开环增益K稳定性1254稳定41.666712振荡（临界）2520不稳定开环增益K=4程序：K1=20;R1=500/K1;num1=[K1];den1=[0.050.61K1];roots(den1)[z1,p1,k1]=tf2zp(num1,den1)t=0:0.01:10;step(num1,den1,t)xlabel('t');ylabel('C(t)');titl

8、e('stepresponse');gridholdoffz1=Emptymatrix:0-by-1p1=-10.8356+0.0000i-0.5822+2.6541i-0.5822-2.6541ik1=80开环增益K=12z1=Emptymatrix:0-by-1p1=-12.0000+0.0000i0.0000+4.4721i0.0000-4.4721ik1=240开环增益K=20z1=Emptymatrix:0-by-1