自动控制实验讲义(给学生).doc

实验一 控制系统时域分析一、 实验目的 1、 掌握一阶系统和二阶系统的非周期信号响应。 2、 理解二阶系统的无阻尼、欠阻尼、临界阻尼和过阻尼响应。 3、 掌握分析系统的稳定性、瞬态过程和稳态误差。 4、 理解高阶系统的主导极点对系统特性的影响。 5、 理解系统的零点对系统动态特性的影响。 二、实验内容 1、 系统的闭环传递函数为：，分别调节 T、 K ， 仿真系统的阶跃响应，得出不同的系统参数对系统性能的影响。 2、 单位负反馈系统的开环传递函数为： ，求闭环系统的单位阶跃响应，标出系统的ts,tr,tp 并计算最大超调量和稳态误差。S=0.53、给定典型二阶系统的自然频率，仿真当 时的单位阶跃响应，得出参数变化时对系统性能的影响。1 2 0.14、 开环系统的传递函数为 ， 求其单位阶跃响应，并比较与开环系统的差别，得出相应的结论。5、 比较下面两闭环系统的单位阶跃响应，分析零点对系统动态响应的影响。 三、实验步骤1.启动控制理论仿真实验教学系统；2.输入参数，查看系统阶跃响应与脉冲响应。四、实验报告要求1.在坐标纸上画出图形窗口显示的单位阶跃响应及单位脉冲响应。2.分析仿真结果。实验二 根轨迹分析 一、实验目的1、熟练掌握用控制理论仿真实验教学系统绘制根轨迹的方法。 2、熟悉根据根轨迹分析系统的性能。 3、理解增加开环零点、极点对系统根轨迹及性能的影响。 二、实验内容 1、 单位负反馈控制系统的开环传递函数为 (1) 试绘制系统的根轨迹，并确定临界增益的值。 (2) 若要求闭环系统单位阶跃响应的最大超调量% 16.3 %，试确定开环增益K，以及此系统分别在阶跃输入，单位速度输入和加速度输入情况下的稳态误差。 (3) 用鼠标选一点，使得该点增益下所有极点在s左半平面，求其增益及闭环极点值，并画出其单位阶跃响应和单位斜坡响应曲线； (4) 用鼠标在s右半平面任选一点，使得该点增益下有极点在s右半平面，求其增益及闭环极点值，并画出其单位阶跃响应和单位斜坡响应。(5)比较(3)与(4)的结果，并加以说明。2、已知负反馈系统开环传函：(1)试在根轨迹图上标注阻尼比为0.5和0.707的等阻尼线，并求对应的系统的开环增益，闭环极点，最大超调量和调节时间。(2)画出这两种情况下的单位阶跃的响应曲线，比较其结果。3、设控制系统开环传递函数为，试画出负反馈系统的根轨迹图，并对其性能进行分析。三、实验步骤1.启动控制理论仿真实验教学系统；2.输入参数，查看系统根轨迹。四、实验报告要求1.在坐标纸上画出图形窗口显示的根轨迹图形。2.分析仿真结果，完成实验内容中的思考题。实验三控制系统频域分析一、实验目的1、熟练绘制系统的Nyquist和Bode图。2、熟练掌握频域法分析系统。二、实验内容1、已知单位负反馈系统的开环传递函数（1）绘制开环对数幅频特性曲线，判断系统稳定性（2）求当输入为(t)、t、时系统的稳态误差。2、典型二阶系统，绘制n0.6时，取不同值时的Bode图。3、负反馈系统开环传递函数为，当k=1、3、5、.15时，系统的奈氏曲线形状如何变化，分析k对系统的稳定性有什么影响。4、已知单位负反馈系统开环传递函数为求系统的幅值裕度、相位裕度、和相应的交界频率，并判断稳定性。三实验步骤1.启动控制理论仿真实验教学系统；2.输入参数，查看频率特性图及系统裕度。四实验报告要求1.在坐标纸上画出图形窗口显示的频率特性图及幅值裕度、相位裕度。2.分析仿真结果，完成实验内容中的思考题。实验四线性系统校正一、实验目的熟练掌握用根轨迹法和频率法校正控制系统。二、实验内容1、被控制对象传递函数为，要求的技术指标是=0.5和wn13.5rad/ s用根轨迹几何设计法设计一串联校正装置，并绘制校正前后的阶跃响应曲线和Bode图。根据实验，试说明校正前后系统的调节时间和超调量有何变化，相角裕度，增益穿越频率又有什么变化？2、已知单位负反馈系统的开环传递函数为，试设计串联滞后校正装置，使系统指标满足单位斜坡输入信号时稳态误差ess 1%，相位裕度45，设计一串联滞后校正装置，绘制校正前后阶跃响应曲线和Bode图。根据实验，试说明校正前后系统的调节时间和超调量有何变化，相角裕度，增益穿越频率又有什么变化？三实验步骤1.启动控制理论仿真实验教学系统；2.输入参数，查看校正前后系统性