自动控制理论仿真实验报告.doc

自动控制理论实验报告班级： 学号： 姓名： 2014.11实验一 线性系统的时域分析一、 实验目的1、 学会使用MATLAB绘制控制系统的单位阶跃响应曲线。2、 研究二阶控制系统中、n对系统阶跃响应的影响。3、 掌握系统动态性能指标的获得方法及参数对系统动态性能的影响。二、 实验内容1、 已知二阶单位反馈闭环传递函数系统：C(s)/R(s)= n2/(s2+2ns+n2)(1)当n=0.4，=0.35时仿真结果如下当n=0.4，=0.5时仿真结果如下当=0.35，n=0.2时仿真结果如下当=0.35，n=0.6时仿真结果如下(2)当n=0.4，=0.35时，Mp=30.9%,tp=8.33s,ts=27.4s当n=0.4，=0.5时，Mp=10.3%,tp=9.01s,ts=20.2s当=0.35，n=0.2时，Mp=30.9%,tp=16.7s,ts=54.9s当=0.35，n=0.6时，Mp=30.9%,tp=5.55s,ts=18.3s(3)当增大时超调量减小，上升时间增大，过渡过程调节时间减少。当保持不变，n增大时超调量不变，上升时间减小，过渡过程调节时间减小。2、已知三阶系统单位反馈闭环传递函数为C(s)/R(s)=5(s+2)(s+3)/(s+4)(s2+2s+2)(1)系统闭环极点为-4，-1+j，-1-j，单位阶跃响应及动态性能指标如下（2）改变闭环极点位置s=-4改为s=-0.5的单位阶跃响应和动态性能指标如下系统稳定，超调消失但过渡过程调节时间增加（3）改变闭环极点位置s=-2改为s=-1的单位阶跃响应和动态性能指标如下极点增大时系统响应的超调量增大，但过渡过程调节时间减小，上升时间减小。实验二 线性系统的根轨迹分析一实验目的1、 掌握使用MATLAB绘制控制系统根轨迹图的方法2、 掌握根据根轨迹法对控制系统进行性能分析方法二、实验内容1、已知一单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)H(s)=K/s(0.1s+1)(0.5s+1)(1)绘制根轨迹如下 （2）求得与虚轴交点如下Select a point in the graphics windowselected_point =-0.0007 + 4.3970i，k = 11.5994，p =-11.9508 -0.0246 + 4.4058i -0.0246 - 4.4058i则系统稳定K取值范围为K11.5994（3）取分离点值得结果如下。Mp=0，K=0.451，处于临界阻尼状态。（4）由（3）可知，当K= 11.5994时系统处于临界稳定状态，将K= 11.5994代入得时域响应曲线如下，与结论相符合取K=0.451时结果如下，与结论相符（5）由上可得根轨迹一般规律，分离点处增益对应临界阻尼状态，与虚轴交点处对应临界稳定状态处于二者之间有超调量，即欠阻尼状态，当大于虚轴交点处K值时，系统处于不稳定状态。2. 已知系统的开环传递函数为G(s)=K(4s2+3s+1)/s(3s2+5s+1)(1)绘制系统根轨迹如下当=0.7时得闭环极点坐标为-0.313-0.319i，-0.313+0.319i，K=3.12（3）由此系统根轨迹曲线得此系统与虚轴无交点，处于稳定状态实验三 线性系统的频域分析一、 实验目的1、 掌握绘制控制系统Bode图及使用对数稳定性判据的方法2、 掌握绘制控制系统Nyquist图及使用Nyquis稳定性判据的方法。二、 实验内容1、已知系统的开环传递函数为G(s)H(s)=K/s(s+1)(s+5)（1）K=10时系统Bode图如下K=100时，系统Bode图如下（2）当k=10时相角裕度为25.4，增益裕度为9.54。当 k=100时相角裕度为-23.7，增益裕度为-10.5。（3）当k=10时时域响应曲线如下当k=100时时域响应曲线如下由（2）可知当k=10时系统稳定，当k=100时系统不稳定，与时域相应相符合2.已知某系统的开环传递函数为G(s)=10(s2-2s+5)/(s+2)(s-0.5)（1）绘制Nyquist图如下（2）由开环传递函数可知系统在右半平面有一个极点。而Nyquist图绕（-1,0）一圈，则可知系统稳定实验四 线性系统的Simulink仿真一、 实验目的1、学习使用Simulink搭建系统模型的方法2、学习使用Simulink进行系统仿真、观测稳定性及过渡过程二、实验内容1、典型环节单位阶跃响应曲线（1）比例环节G(s)=k k=2（2）积分环节G(s)=1/KS T=2(3)比例积分环节G(s)=K+1/KS，K=0.5，T=0.5（4）惯性环节G(s)=K/TS+1 K=0.5，T=0.52、已知搭建系统如下，输入信号r(t)=1(t),扰动信号n=0.1*1(t)(1)在r(t)=1(t)作用下令扰动信号n=0，得阶跃响应