自动控制原理-实验一报告模版.doc

2010-2011 学年第 1 学期 院 别: 控制工程学院 课程名称: 自动控制原理 实验名称: 二阶系统 实验教室: 6111 指导教师: 周 蓉 小组成员（姓名，学号）: 何 程 周 成 果 周 游 彭 东 实验日期： 2010 年 10 月 29 日 评 分：一、实验目的：1、学习并掌握利用MATLAB编程平台进行控制系统时域仿真的方法。2、通过仿真实验研究并总结二阶系统参数（,）对时域响应特性影响的规律。3、通过仿真实验研究并总结二阶系统附加一个极点和一个零点对时域响应特性影响的规律。二、实验任务及要求： 实验任务：1、自行选择二阶系统模型及参数，设计实验程序及步骤，仿真研究二阶系统参数（,）对系统时域响应特性的影响；根据实验结果，总结影响的规律。2、研究二阶系统分别附加一个极点、一个零点后对系统时域响应特性的影响；根据实验结果，总结影响的规律。实验要求：1、分别选择不少于四个和（代表四种阻尼状态）取值，仿真二阶系统的阶跃（或脉冲）响应。通过仿真图展示参数，对时域响应的影响。不同和变化分别仿真于两幅图中。通过图解法获得两图中的时域响应指标，并进行比较，总结出二阶系统参数变化对时域系统响应特性影响的规律。2、分别选择不少于三个取值的附加零点、极点，仿真二阶系统的阶跃（或脉冲）响应，将响应曲线分别仿真于两幅图中，并与无零、极点响应比较。通过图解法获得两图中的时域指标，并进行比较，总结出二阶系统附加零点、极点对时域系统响应特性影响的规律。3、以上仿真及图形绘制全部采用MATLAB平台编程完成。三、涉及实验的相关情况介绍（包含实验软件、实验设备、实验方案设计等情况）：实验软件:matble7.1实验设备:计算机实验方案设计:1.设计一个二阶系统，其中当固定，而选择六个不同的参数时，观察系统的阶跃响应，以及当固定，而选择六个不同参数时，观察系统的阶跃响应。从图中分析得到不同的和对系统的时域响应指标的影响程度，得出规律。2.设计一个二阶系统，添加有一个附加零点和一个附加极点，当附加零点对二阶系统的阶跃响应影响很小的时候，看附加极点变化对二阶系统阶跃响应的影响。以及当附加极点对二阶系统的阶跃响影响很小的时候，看附加零点变化对二阶系统阶跃响应的影响。并从阶跃响应的图中得出附加零点和附加极点在什么的时候对二阶系统的阶跃响应影响很小。四、实验结果（含实验仿真程序、仿真曲线、数据记录表格及实验规律分析与总结等，可附页）：T(s)= */(s2+2*s+*)仿真程序:1.t=0:0.1:12;num=1;zeta1=0.1,den1=1 2*zeta1 1;zeta1=0.2,den2=1 2*zeta1 1;zeta1=0.4,den3=1 2*zeta1 1;zeta1=0.7,den4=1 2*zeta1 1;zeta1=1.0,den5=1 2*zeta1 1;zeta1=2.0,den6=1 2*zeta1 1;hold onstep(num,den1,t);step(num,den2,t);step(num,den3,t);step(num,den4,t);step(num,den5,t);step(num,den6,t);xlabel(wn t),ylabel(Y(t)title(zeta=0.1,0.2,0.4,0.7,1.0,2.0),gridgtext(zeta=0.1),gtext(zeta=0.2),gtext(zeta=0.4),gtext(zeta=0.7),gtext(zeta=1.0),gtext(zeta=2.0)数据记录表格:1. =1=0.1=0.2=0.4=0.7=1.0=2.072.9%52.7%25.4%4.6%0%0%Tp3.23.23.44.41212Ts5.985.838.41仿真曲线:1. 实验规律分析:1.当=1时，从上表可以看出，随着从0.1变化到2.0， ：当1时，系统处于过阻尼状态，也无超调量，曲线同样是处于一直上升直到稳定状态，稳态误差随着的增大而减小，上升时间随着的增大而增大，快速性减慢，调节时间小。仿真程序：T(s)= */(s2+2*s+*)=0.72. t=0:0.1:12;zeta=0.7seta1=1;num1=seta1*seta1;den1=1 2*seta1*zeta seta1*seta1 ;seta2=2;num2=seta2*seta2;den2=1 2*seta2*zeta seta2*seta2 ;seta3=4;num3=seta3*seta3;den3=1 2*seta3*zeta seta3*seta3 ;seta4=10;,num4=seta4*seta4;den4=1 2*seta4*zeta seta4*seta4 ;seta5=20;num5=seta5*seta5;den5=1 2*seta5*zeta seta5*seta5 ;seta6=50;num6=seta6*seta6;den6=1 2*seta6*zeta seta6*seta6 ;hold onstep(num1,den1,t);step(num2,den2,t);step(num3,den3,t);step(num4,den4,t);step(num5,den5,t);step(num6,den6,t);xlabel(wn t),ylabel(Y(t)title(seta= 1,2,4,10,20,50),gridgtext(seta=1),gtext(seta=2),gtext(seta=4),gtext(seta=10),gtext(seta=20),gtext(seta=50)仿真曲线:2.数据记录表格：2. =0.7=1=2=4=10=20=504.6%4.6%4.6%4.6%4.6%4.6%Tp4.42.21.10.40.20.1Ts5.982.991.490.5980.2980.148实验规律分析：2.当=0.7时，系统处于欠阻尼状态，有超调量，超调量一样，随着从1到50逐渐增大，系统的阶跃响应上升时间，峰值时间以及调节时间随着的增大而减小，响应的快速性加快， 系统的稳态误差都很小，近似为零。仿真程序：3.t=0:0.1:20;num0=1;numg0=0.1,1;reta1=0.1;reta2=1;reta3=10;deng0=1 1.4 1;deng1=reta1 1;deng2=reta2 1;deng3=reta3 1;den1=conv(deng0,deng1);den2=conv(deng0,deng2);den3=conv(deng0,deng3);num=conv(num0,numg0);hold onstep(num,den1,t);step(num,den2,t);step(num,den3,t);step(num,deng0,t);xlabel(wn t),ylabel(Y(t)gridgtext(reta=0),gtext(reta=0.1),gtext(reta=1),gtext(reta=10)仿真曲线：3数据记录表格：3=1，=0.7T（s）=（as+1）/(s2+1.4s+1)(rs+1)a 0.1r00.1110实验规律分析：3当a=0.1时，此时的附加零点对系统的影响可以忽略，当r从0.1逐渐增大到10时，附加极点对系统的影响越来越大，峰值时间和上升时间增大了，同时超调量减小了，在r=10时，已经没有超调量了，稳态误差减小。在r=0.1时，此时的阶跃响应和无附加极点时的阶跃响应几乎无差别，|1/r|=10=10*=7，所以此时的附加极点可以忽略，而当r增大到1和10时，不满足|1/r| =10*=7，所以此时的附加极点不可以忽略。仿真程序：4t=0:0.1:20;num=1;deng0=0.1 1;zeta1=0.1;zeta2=0.7;zeta3=5;den0=1 1.4 1;numg1=zeta1 1;numg2=zeta2 1;numg3=zeta3 1;num1=conv(num,numg1);num2=conv(num,numg2);num3=conv(num,numg3);den=conv(deng0,den0);y1,x,t=step(num1,den,t);y2,x,t=step(num2,den,t);y3,x,t=step(num3,den,t);y4,x,t=step(num,den,t);plot(t,y1,t,y2,t,y3,t,y4)xlabel(wn t),ylabel(Y(t)grid仿真曲线：4数据记录表格：4 =1，=0.7T（s）=（as+1）/(s2+1.4s+1)(rs+1)r0.1a00.10.75实验规律分析：4当r=0.1时，此时的附加极点满足|1/r| =10*=7，可以忽略此附加极点对系统的影响。在a从0.1增大到5的过程中，阶跃响应的曲线和没有附加零点的曲线的