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1、黄淮学院电子科学与工程系自动控制原理课程验证性实验报告实验名称基于MATLAB高阶控制系统的时域响应动态性能分析实验时间2012年11月22日学生姓名实验地点同组人员专业班级1、实验目的：1）研究三阶系统单位阶跃响应及动态性能指标与其闭环极点的关系。2）研究闭环极点和闭环零点对高阶系动态性能的影响。3）了解高阶系统中主导极点与偶极子的作用。2、实验主要仪器设备和材料：MATLAB软件3、实验内容和原理：（1）分析三阶系统的单位阶跃响应，取系统闭环极点及其单位阶跃响应，读其动态性能指标。分别改变系统闭环极点、闭环零点
2、的位置，观察单位阶跃响应和动态性能指标的变化。（2）高阶系统的单位阶跃响应分析：【范例3-10】已知控制系统的闭环传递函数1.05(0.4762s+1)Φ（s)=------------------------------,求：(0.125s+1)(0.5s+1)(s2+s+1)1）用MATLAB软件分析该系统的单位阶跃响应及其动态性能指标。2）该系统的阶跃响应与二阶系统1.05Φ（s)=----------的单位阶跃比较，分析闭环主导极点的特点及作用。s2+s+14、实验方法、步骤：（1）三阶系统的单位阶跃响应分
3、析：5(s+2)(s+3)Φ（s)=-------------------(s+4)(s2+2s+2)num1=conv([05],conv([12],[13]));den1=conv([14],[122]);roots(den1)[z,p,k]=tf2zp(num1,den1);step(num1,den1)得系统闭环极点为-4，-1+j,-1-j。将极点-4改为-0.5（使闭环极点更靠近虚轴）：0.625(s+2)(s+3)Φ（s)=-------------------(s+0.5)(s2+2s+2)num2
4、=conv(0.625,conv([12],[13]));den1=conv([10.5],[122]);step(num1,den1)将零点-2改为-1后的程序如下：10(s+1)(s+3)Φ（s)=-------------------(s+4)(s2+2s+2)num3=conv(10,conv([11],[13]));den1=conv([14],[122]);step(num3,den1)（2）高阶系统的单位阶跃响应分析【范例3-10】高阶系统的单位阶跃响应分析MATLAB参考程序如下：%graph12.
5、mnum4=conv(1.05,[0.47621]);den4=cov(conv([0.251],[0.51]),[111]);damp(den4)Sys=tf(num4,den4);Step(sys4,’r’)grid;holdonnum1=1.05;den1=con(conv([0.1251],[0.51]),[111]);sysy1=tf(num1,den1);step(sys1,’g’)num2=num4;den2=den1;sys2=tf(num2,den2);step(sys2,’c’)num3=[1.
6、051.05];den3=den1;sys3=tf(num3,den3);step(sys3,’b’)num5=num4;den5=conv([0.51],[111]);sys5=tf(num5,den5);step(sys5,’k’)num6=1.05;den6=[111];sys6=tf(num6,den6);step(sys6,’m’)title(‘高阶系统单位阶跃响应曲线比较‘）lab1=’sys1’;text(1.9,0.5,lab1),lab2=’sys2’;text（1.6,0.60，lab2”);l
7、ab3=’sys3’;text(0.5,0.7,lab3),lab4=’sys4’;text(2.4,1.2,lab4);lab5=’sys5’;text(2.3,1.15,lab5),lab6=’sys6’;text(2.2,1.1,lab6)5、实验现象、实验数据记录：【范例3-7】三阶系统单位阶跃响应曲线如图3-16所示。从图中看出系统的稳态值为3.75，动态性能指标为：tr=1.03s,Mp=7.28%,tp=2.21s,ts=3.64s。图3-16三阶系统单位阶跃响应曲线【范例3-8】三位系统单位阶跃响应
8、曲线如图3-17所示。从图中看出系统的稳态值为3.75，动态性能指标为：tr=4.12s,ts=7.84s,无超调。图3-17三阶系统单位阶跃响应曲线（闭环极点减小后）图3-18三阶系统单位阶跃响应曲线（闭环零点减小后）【范例3-9】三位系统单位阶跃响应曲线如图3-18所示,从图中看出系统的稳态值为3.75，动态性能指标为：tr=0.504s,Mp=22.5
