南邮自动控制原理上机报告.pdf

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1、.南京邮电大学实验报告（2016/2017学年第一学期）实验名称：一．控制系统的时域分析二．线性系统的根轨迹研究三．系统的频率响应与稳定性分析四．连续系统串联校正课程名称：自动控制原理班级学号：B14040325姓名：杜楷指导老师：周颖.'.实验一控制系统的时域分析1.1实验目的：1．观察控制系统的时域响应；2．记录单位阶跃响应曲线；3．掌握时间响应分析的一般方法；4．初步了解控制系统的调节过程。1.2实验步骤：5．开机进入Matlab2012运行界面。6．Matlab指令窗："CommandWindow".运行指令：con_sys;进入本次实验主界面。7．

2、分别双击上图中的三个按键，依次完成实验内容。8．本次实验的相关Matlab函数：tf([num],[den])可输入一传递函数。step(G,t)在时间范围t秒内，画出阶跃响应图。二、实验内容：1.观察一阶系统G=1/(T+s)的时域响应：取不同的时间常数T，分别观察该系统的脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应以及单位加速度响应。脉冲响应:.'.T=5sT=7s阶跃响应:.'.T=7sT=9s斜坡响应:.'.T=9sT=11s单位加速度响应:.'.T=11sT=13s.'.2.二阶系统的时域性能分析：(1)调节时间滑块，使阶跃响应最终出现稳定值。(2)结合系统的零极

3、点图，观察自然频率与阻尼比对极点位置的影响。.'.自然频率越大，阻尼比越大，零极点之间的角度越小。(3)结合时域响应图，观察自然频率与阻尼比对阶跃响应的影响。.'.自然频率越小，阻尼比越小，系统的阶跃响应幅值越大。(4)调节自然频率与阻尼比，要求：Tr<0.56sTp<1.29sTs<5.46超调不大于5％.记录下满足上述要求的自然频率与阻尼比。自然频率=6.624rad/sec阻尼比=0.69058.'.自然频率=16.9538rad/sec阻尼比=0.735783.结合《自动控制原理》一书，Page135，题3_10.分别观察比例_微分与测速反馈对二阶系

4、统性能的改善。(1).按原始的调节参数输入，调节时间滑块，使阶跃响应最终出现稳定值。.'.(2).采用不同的G输入，观察各项性能指数。调节时间Ts=7.4233s上升时间Tr=1.3711s超调量Delt=39.5344%峰值时间Tp=2.3191s调节时间Ts=14.846s上升时间Tr=2.7423s超调量Delt=39.5244%峰值时间Tp=4.6382s.'.(3).分别取不同的K3，观察比例_微分控制对系统性能的改善。比例_微分控制能有效改善系统性能使系统更快趋于稳定。.'.（4）设置不同的K4，观察测速反馈对系统性能的影响。测速反馈能有效改善系

5、统性能使系统更快趋于稳定。.'.(5).调节各个参数，使系统阶跃响应满足：上升时间Tr<3.5s超调量<2%.记录下此时各个参数数据。.'.实验二线性系统的根轨迹研究2.1实验目的（1）考察闭环系统根轨迹的一般形成规律。（2）观察和理解引进零极点对闭环根轨迹的影响。（3）观察、理解根轨迹与系统时域响应之间的联系。（4）初步掌握利用产生根轨迹的基本指令和方法。2.2实验内容根轨迹绘制的指令法、交互界面法；复平面极点分布和系统响应的关系。K(s2)已知单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)，实验要求：2(s4s5)^2（1）试用MATLAB的rlocus指令，绘

6、制闭环系统根轨迹。（要求写出指令，并绘出图形。）指令：G=tf([12],[18264025])rlocus(G).'.（2）利用MATLAB的rlocfind指令，确定根轨迹的分离点、根轨迹与虚轴的交点。（要求写出指令，并给出结果。）指令：rlocfind(G)分离点：-2.0095+1.0186iK=0.0017与虚轴的交点：-0.0000+3.6025iK=65.8411（3）利用MATLAB的rlocfind指令,求出系统临界稳定增益,并用指令验证系统的稳定性。系统临界稳定增益：65.8411由于系统无右半平面的开环极点，且奈奎斯特曲线不包围（-1，

7、j0）点，系统稳定。.'.（4）利用SISOTOOL交互界面，获取和记录根轨迹分离点、根轨迹与虚轴的交点处的关键参数，并与前面所得的结果进行校对验证。（要求写出记录值，并给出说明。）指令：SISOTOOL(G)原值：K=0.00017校正值：K=0.000169原值：K=65.8411校正值：K=71.8.'.（5）在SISOTOOL界面上，打开闭环的阶跃响应界面，然后用鼠标使闭环极点（小红方块）从开环极点开始沿根轨迹不断移动，在观察三个闭环极点运动趋向的同时，注意观察系统阶跃响应的变化。根据观察，（A）写出响应中出现衰减振荡分量时的K的取值范围，（B）写出

8、该响应曲线呈现“欠阻尼”振荡型时的K的取值范围。.'