基于matlab的控制工程实验

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1、目录目录----------------------------------------------------------------一．实验目的---------------------------------------------------------二．实验内容---------------------------------------------------------三．实验要求---------------------------------------------------------四．实验装置

2、---------------------------------------------------------五．心得体会---------------------------------------------------------一．实验目的本实验中，学生使用MATLAB语言进行控制系统的分析，可以达到以下目的：（1）通过MATLAB的分析，掌握控制系统的时域瞬态响应、频率特性，根据时域性能指标、频域性能指标评价控制系统的性能，根据系统频率特性进行稳定性分析，了解对系统进行校正的方法，从而进一步巩固、加深对课堂

3、内容的掌握，加强对控制工程基础知识的掌握。（2）熟悉MATLAB的控制系统图形输入与仿真工具SIMULINK，能够对一些框图进行仿真或线性分析，使一个复杂系统的输入变得相当容易且直观。（3）通过本实验，使学生掌握进行控制系统计算机辅助分析的方法，学会利用MATLAB语言进行复杂的实际系统的分析、校正与设计，具备解决工程实际问题的能力。二．实验内容控制系统方块图如图1所式。这是一个电压—转角位置随动系统，系统的功能是用电压量去控制一个设备的转角，给定值大，输出转角也就成比例地增大。++--图1系统方块图图中，为前置放大及校

4、正网络传递函数为功率放大器放大倍数，为电动机传递系数，为电动机机电时间常数，为电动机电磁时间常数，为测速传递系数，为测速反馈分压系数，为主反馈电位计传递系数，为输入电压为反馈电压为速度环输入电压为测速机电压为电动机电压为电动机转速实验内容如下：（1）做二阶系统的阶跃响应，求其瞬态响应指标；分析此时系统处于哪种阻尼状态，系统的稳态值是多少；做系统的单位脉冲响应；在保持系统无阻尼自然频率不变的情况下，调整、使系统分别处于欠阻尼、临界阻尼、过阻尼状态，求系统在各种状态下的阶跃响应与单位脉冲响应及瞬态响应指标，分析在不同状态下的

5、差别；分析当、为何值时，系统性能最佳。1.阶跃响应曲线如下：瞬态响应指标：此时ωn约为50，ζ约为2.5，故系统处于过阻尼状态。如图系统稳态值约为2.85。2.单位脉冲响应曲线如下：3.调整Tm与Ta值，使系统分别处于欠阻尼、临界阻尼、过阻尼状态；Gs=K3TmTas2+Tms+1=K3TmTas2+sTa+1TmTa=ωn2s2+2ζωns+ωn2故当TmTa足够大（设其为10000）时可以认为上式成立；2ζωn=1Ta1TmTa=ωn2当系统处于欠阻尼状态时0<ζ<1(不妨设ζ=0.5)：ωn=1Ta=0.01Ta=

6、Tm=100欠阻尼阶跃：瞬态响应指标：欠阻尼脉冲：瞬态响应指标：4.当系统处于临界阻尼状态时ζ=1ωn=12Ta=0.014Ta=Tm=200临界阻尼阶跃：瞬态响应指标：临界阻尼脉冲：瞬态响应指标：5.当系统处于过阻尼状态时ζ>1ζ=2.5ωn=12Ta=13225Ta=Tm=400过阻尼阶跃：瞬态响应指标：过阻尼脉冲：瞬态响应指标：对二阶振荡环节，超调量越小，调整时间越小（也即系统响应越快），则系统性能越好。故对于此二阶系统，（2）对此系统中的小闭环系统：+-图2小闭环系统求其开环传递函数、闭环传递函数；做开环传递函数

7、的乃氏图（Nyquist），分析闭环系统的稳定性；做开环传递函数的伯德图（Bode），求其频域指标，并分析闭环系统的稳定性。1.设闭环系统的前向传递函数为，反馈传递函数为，则闭环系统的开环传递函数为，闭环传递函数为故GsHs=βK2K3KcTmTas2+Tms+1=16.30.0004s2+0.1s+1Gs1+GsHs=K2K3βK2K3Kc+TmTas2+Tms+1=16.30.0004s2+0.1s+17.3系统的开环乃氏图：稳定性分析：由于其没有包含（-1，0），故其闭环系统稳定。系统的开环伯德图：稳定性分析：相位

8、裕量pm=63，如图由于该系统的相位裕量和增益裕量都为正的，所以其为稳定系统。（3）当时，求整个系统的开环传递函数、闭环传递函数；做开环传递函数的乃氏图（Nyquist），分析该控制系统的稳定性；做开环传递函数的伯德图（Bode），求其频域指标，并分析该控制系统的稳定性。通过化简可知整个系统的开环传递函数为：G1(s