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自动控制原理MATLAB分析与设计仿真实验报告兰 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： 电信院 班级： 控制工程基地（1）班姓名： 夏志伟 学号： 08230508 时间： 2010 年 6 月 09日电气工程与信息工程学院自动控制原理MATLAB分析与设计仿真实验任务书（2008）一仿真实验内容及要求：1MATLAB软件要求学生通过课余时间自学掌握MATLAB软件的基本数值运算、基本符号运算、基本程序设计方法及常用的图形命令操作；熟悉MATLAB仿真集成环境Simulink的使用。2各章节实验内容及要求1）第三章 线性系统的时域分析法 对教材P136.3-5系统进行动态性能仿真，并与忽略闭环零点的系统动态性能进行比较，分析仿真结果； 对教材P136.3-9系统的动态性能及稳态性能通过的仿真进行分析，说明不同控制器的作用； 在MATLAB环境下完成英文讲义P153.E3.3。 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，在时，试采用微分反馈使系统的性能满足给定的设计指标。2）第四章 线性系统的根轨迹法 在MATLAB环境下完成英文讲义P157.E4.5； 利用MATLAB绘制教材P181.4-5-(3）； 在MATLAB环境下选择完成教材第四章习题4-10或4-18，并对结果进行分析。3）第五章 线性系统的频域分析法利用MATLAB绘制本章作业中任意2个习题的频域特性曲线；4）第六章 线性系统的校正利用MATLAB选择设计本章作业中至少2个习题的控制器，并利用系统的单位阶跃响应说明所设计控制器的功能。5）第七章 线性离散系统的分析与校正 利用MATLAB完成教材P383.7-20的最小拍系统设计及验证。 利用MATLAB完成教材P385.7-25的控制器的设计及验证。二仿真实验时间安排及相关事宜1依据课程教学大纲要求，仿真实验共6学时，教师可随课程进度安排上机时间，学生须在实验之前做好相应的准备，以确保在有限的机时内完成仿真实验要求的内容；2实验完成后按规定完成相关的仿真实验报告；3仿真实验报告请参照有关样本制作并打印装订；4仿真实验报告必须在本学期第15学周结束之前上交授课教师。 自动化系自动控制原理课程组 2008.031）第三章 线性系统的时域分析法 对教材P136.3-5系统进行动态性能仿真，并与忽略闭环零点的系统动态性能进行比较，分析仿真结果；1有闭环零点2忽略闭环零点分析结果：忽落闭环零点后，阻尼比变小，调节时间变大，上升时间变小，超调量变大，峰值时间变小 对教材P136.3-9系统的动态性能及稳态性能通过的仿真进行分析，说明不同控制器的作用；分析结果：比例-微分校正和测速反馈校正的曲线几乎重合 在MATLAB环境下完成英文讲义P153.E3.3。G=tf(6025,1 13 1281 0); sys=feedback(G,1) z p k=tf2zp(6025,1 13 1281 6025)t=0:0.01:10; figure（1）step(sys,t); grid分析结果：单位阶跃响应，响应曲线单调上升，闭环系统稳定。 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，在时，试采用微分反馈使系统的性能满足给定的设计指标。G1=tf(5000,1 1000);G2=tf(1,1 20);Ga=series(100,G1);Gb=series(Ga,G2);G3=tf(1,1 0);Gc=series(Gb,G3);sys0=feedback(Gc,1)t=0:0.01:1;step(sys0,t); grid; gtext(校正前)hold onK1=0.05;sys1=feedback(Gb,K1); sys2=series(sys1,G3);sys=feedback(sys2,1);step(sys,t); gtext(校正后)分析结果：当时微分反馈时，系统扰动减小，自然频率不变，阻尼比变大，闭环增益减小，改善系统动态性能。2）第四章 线性系统的根轨迹法 在MATLAB环境下完成英文讲义P157.E4.5；Gc(s)=k时，特征方程为 1+k/s(s-1)=0Gc(s)=k(s+2)/(s+20)时，特征方程为 1+ k(s+2)/s(s-1)(s+20)=0G=tf(1,1 -1 0); figure(1)rlocus(G)G=zpk(-2,0 -20 1,1); figure(2)rlocus(G)rlocfind(G)selected_point = -0.0652 + 1.5839iselected_point = -0.0652 - 1.5839ians = 23.1983分析结果：由图1可以看出Gc(s)=K 时，根轨迹恒在S右半平面，故系统不稳定。由图2可以看出Gc(s)=K(s+2)/(s+20)，当K 23.1983 时，根轨迹位于S左半平面，系统稳定；当0 K 23.1983 时，根轨迹位于S右半平面系统不稳定 利用MATLAB绘制教材P181.4-5-(3）；G=zpk(,0 -1 -3.5 -3-j*2 -3+j*2,1)rlocus(G)selected_point = -0.4194 - 0.0311ians =8.0300selected_point =0.0071 + 0.9006ians =58.9408分析结果：分离点增益为8.0300；根轨迹于虚轴交点增益为58.9408 在MATLAB环境下选择完成教材第四章习题4-10或4-18，并对结果进行分析。选做4-10G1=zpk(,0 0 -2 -5,1); G2=zpk(-0.5,0 0 -2 -5,1);figure(1)rlocus(G1);figure(2)rlocus(G2);selected_point = 0.0014 + 2.5493ians = 46.3225分析结果：当引入闭环零点后，使系统的峰值时间提前，减小了系统的阻尼，改善了系统的稳定性，但超调量增大。3）第五章 线性系统的频域分析法利用MATLAB绘制本章作业中任意2个习题的频域特性曲线； 5-11(1)G=tf(2,conv(2,1,8,1);bode(G);grid;5-22G=tf(9,1 4.2);figure(1)margin(G); 4）第六章 线性系统的校正利用MATLAB选择设计本章作业中至少2个习题的控制器，并利用系统的单位阶跃响应说明所设计控制器的功能。6-1K=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);hold onmargin(G);gridfigure(2);step(G1);hold onstep(G11);grid； 6-20K1=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);grid5）第七章 线性离散系统的分析与校正 利用MATLAB完成教材P383.7-20的最小拍系统设计及验证。7-20T=1;t=0:1:100;sys=tf(0,1,1,0,T);step(sys,t);axis(0,10,0,1.2);grid;xlabel(t);ylabel(c*(t);分析结果：系统经校正过最小拍一拍后，系统稳态误差为零。 利用MATLAB完成教材P385.7-25的控制器的设计及验证。T=0.1sys1=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);grid; 分析结果：由图可知，当连续系统离散化后，动态性能会恶化且输出有纹波。G0=zpk(,0 -10,1);Gd=c2d(G0,0.01,zoh);D=zpk(0.993,0.999,150,0.01);G=Gd*Dsysd=feedback(