自动控制原理仿真实验报告书.doc

兰 州 理 工 大 学自动控制原理MATLAB分析与设计仿真实验报告院系： 班级： 姓名： 学号： 时间： 2011年11月27日电气工程与信息工程学院第三章 线性系统的时域分析法(1)P136.3-5 Simulink仿真原理图及仿真波形： 图3.1 题3-5系统simulink仿真原理图图3.2 题3-5系统simulink仿真波形图3.3 题3-5忽略闭环零点的系统simulink仿真原理图图3.4 题3-5忽略闭环零点的系统simulink仿真波形结果分析：通过对图3.2和图3.4的仿真波形进行对比分析可得：对一个稳定的系统，当忽略其闭环零点时，系统仍然稳定，但系统的峰值时间减小，调节时间减小，超调量增加。(2) P136.3-9 Simulink仿真原理图及仿真波形：图3.5 题3-9系统simulink仿真原理图图3.6 题3-9 时系统的simulink仿真波形图图3.7 题3-9 时系统的simulink仿真波形图结果分析：比较测速反馈校正系统（图3.6所示）和比例-微分校正系统（图3.7所示），测速反馈校正系统对应的超调量较低，但调节时间较大。所以，比例-微分校正系统可以提高系统的响应速度。（3）P153.E3.3 解：（1）系统传递函数计算matlab程序： function e33num=6205;den=1 13 1281 0;g=tf(num,den)sys=feedback(g,1)程序运行结果为： （2）确定传递函数的零极点形式的matlab程序： function e33num=6205;den=1 13 1281 0;g=tf(num,den)sys=feedback(g,1)f=zpk(sys)程序运行结果为：该闭环传递函数无零点，只有闭环极点： （3）当输入为单位阶跃响应时，simulink仿真原理图及输出波形见下图：图3.8 题E3.3系统simulink仿真原理图 图3.9 题E3.3系统simulink仿真波形图（4）若忽略极点，系统的传递函数为 当输入为单位阶跃响应时，simulink仿真原理图及输出波形见下图：图3.10 题E3.3系统忽略闭环极点后simulink仿真原理图图3.11 题E3.3系统忽略闭环极点后simulink仿真波形图结果分析： 显然，忽略闭环极点后，系统在达到稳定状态之前出现剧烈震动现象，所以，系统的闭环极点对系统的动态性能有决定性的影响作用。第四章 线性系统的根轨迹法（1）P157.E4.5解：（1）当时，系统的根轨迹绘制matlab程序： function e451num=1;den=1,-1,0;g=tf(num,den);sys=feedback(g,1);rlocus(sys)grid on;end根轨迹图：（2）当时，系统的根轨迹绘制matlab程序：function e452num=2 4;den=conv(1 20,1 -1 0);g=tf(num,den);sys=feedback(g,1);rlocus(sys)grid on;end根轨迹图：根轨迹分离点和根轨迹与虚轴的交点确定：由上图可直接读出，根轨迹与实轴的分离点为=-0.403，对应根轨迹增益,根轨迹与虚轴的交点为，对应根轨迹增益。(2) P181.4-5-(3）解：题4-5-(3）根轨迹matlab绘图程序：function wertm=1;x=;n=0,-1,-3.5,-3-2*i,-3+2*i;sys=zpk(x,n,m)rlocus(sys)grid on;end根轨迹图：分析结果： 由根轨迹直接读出，系统根轨迹的分离点为d=-0.403，对应增益为K=8.01；系统根轨迹与虚轴的交点为，对应的增益为K=83.1。（3）题4-10解：（1）当时，系统根轨迹绘制的matlab程序： function f4101num=1;den=1,7,10,0,0;g=tf(num,den)sys=feedback(g,1)rlocus(sys)grid on;end系统根轨迹图： 由以上根轨迹图分析可得：由于根轨迹一部分在S平面右侧，所以该系统不稳定！ （2）当时，系统根轨迹绘制的matlab程序： function f4102g=zpk(-0.5, 0 0 -2 -5, 1); rlocus(g)end系统根轨迹图：当时，系统的稳定性较时，系统的稳定性增强，可见，反馈函数对系统的稳定性有影响。第五章 线性系统的频域分析法（1）题5.10 解：系统开环对数频率特性曲线绘制matlab程序： function f510G=tf(1,1,conv(0.5,1,0,1/9,1/3,1);bode(G);gridend系统开环对数频率特性曲线：（2）题5-22 解：对于典型二阶系统，当时系统的Bode图绘制matlab程序： function f522m=3;n=0.7;G=tf(m2,conv(1,0,1,2*n*m);margin(G);grid;end 波形图：由波形图知，截止频率，相角裕度第六章 线性系统的校正（1）题6-1 解：校正前后系统响应曲线matlab绘图程序： function f601K=6;G0=tf(K,conv(0.2,1,0,0.5,1); Gc=tf(0.4,1,0.08,1); G=series(Gc,G0); G1=feedback(G0,1); G11=feedback(G,1); figure(1);margin(G0);title(待校正系统的开环传递函数输出特性曲线);gridfigure(2);margin(G);title(校正后系统的开环传递函数输出特性曲线);gridfigure(3);step(G1);title(待校正系统的闭环传递函数输出特性曲线);gridfigure(4);step(G11);title(校正后系统的闭环传递函数输出特性曲线);gridend校正前系统的响应曲线：待校正系统的开环传递函数输出特性曲线待校正系统的闭环传递函数输出特性曲线校正后系统的开环传递函数输出特性曲线校正后系统的闭环传递函数输出特性曲线 由校正前系统的响应曲线和校正后系统的响应曲线对比所得，串联超前校正网络可以提高系统的稳定性，改善系统的性能。（2）题6-20 解：系统在单位阶跃响应作用下响应曲线的matlab绘制程序： function f620K1=5;K2=2.5;G0=tf(10,1,10,0);Gc=tf(K1,K2,1,0);G=series(G0,Gc); G1=feedback(G,1); step(G1);grid系统在单位阶跃响应作用下响应曲线：由输出响应曲线可以确定，采用PI控制系统可以改善系统的动态性能，提高系统稳定性。第七章 线性离散系统的分析与校正（1）题7-20 解：数字控制器作用下系统输出响应曲线matlab绘制程序：function f720T=1;t=0:1:10;sys=tf(0,1,1,0,T);step(sys,t);axis(0,10,0,1.2);grid;xlabel(t);ylabel(c*(t);end输出响应曲线：（2）题7-25解：（1）T=0.1s和T=0.01s时，加入滞后校正网络后，系统输出响应曲线matlab绘图程序：function f7251T=0.1;sys1=tf(150,105,1,10.1,151,105);sys2=tf(0.568,-0.1221,-0.3795,1,-1.79,1.6,-0.743,T);step(sys1,sys2,4);输出波形：（2）T=0.1s和T=0.01s时，增加采样器和零阶保持器后系统输出响应matlab绘图程序：function f7252G0=zpk(,0 -10,1)Gd=c2d(G0,0.01,zoh)D=zpk(0.993,0.999,150,0.01)G=Gd*Dsysd=feedback(G,1);sys=tf(150,105,1,10.1,151,105);t=0:0.01:2;step(sys,-,sysd,-r,t);grid;end 输出波形：（3）输入单位斜坡响应时，离散系统输出响应曲线matlab绘图程序： fun