自动控制原理实验材料

实验一实验一 典型环节的模拟研究典型环节的模拟研究 一 实验目的 1 理解各个典型环节的结构和特点 2 理解各个典型环节的阶跃响应曲线 二 实验设备 电脑 MATLAB 软件 实验箱 三 实验内容 研究下列典型环节的阶跃响应曲线 1 比例环节 K 研究 K 分别取 1 和 2 两种情况 2 积分环节 I 研究 T 分别取 0 2 和 0 4 两种情况 3 惯性环节 研究 K 取 1 T 分别去 0 2 和 0 4 两种情况 4 比例积分环节 PI 研究当 K 取 1 T 分别取 0 2 和 0 4 两种情况 5 比例微分 PD 研究 K 取 3 T 取 6 67 时情况 6 比例积分微分环节 PID 研究 Kp Ti 和 Td 分别取 1 0 1 和 0 1 Kp Ti 和 Td 分别取 2 0 1 和 0 2 两种情况 四 实验过程 五 实验结论 实验二实验二 典型系统瞬态响应及稳定性典型系统瞬态响应及稳定性 一 实验目的 1 理解二阶系统和高阶系统的结构和特点 2 理解二阶系统在欠阻尼 临界阻尼和过阻尼情况下的阶跃响应 3 研究系统的结构参数对系统稳定性的影响 二 实验设备 电脑 MATLAB 软件 实验箱 三 实验内容 1 研究典型二阶系统 设典型二阶系统开环传递函数为 11 0 sS K sG 其 Simulink 模型为 研究当 K 分别取 1 过阻尼 2 5 临界阻尼 和 10 欠阻尼 时的阶跃响应 并分析它们的特性 2 研究典型三阶系统 设开环传递函数为 151 0 11 0 ssS K sG 其 Simulink 模型为 研究当 K 分别去 5 1 稳定 11 96 临界稳定 和 17 不稳定 时系统的单 位阶跃响应 并分析 四 实验过程 五 实验结论 实验三实验三 系统校正系统校正 一 实验目的 1 掌握校正系统的结构特点 2 理解校正系统对系统性能改善的作用 二 实验设备 电脑 MATLAB 软件 实验箱 三 实验内容 设校正前和校正后的系统结构分别如图 1 和图 2 所示 其中传递函数 为串联超前校正网络 105 0 15 0 ss 图 1 校正前控制系统结构图 图 2 校正后控制系统结构图 1 要求首先分别建立校正前和校正后的系统 其 Simlink 模型可如下 2 在一个图中绘制校正前和校正后的阶跃响应波形 校正前用虚线线 校正后用实线 3 分析校正的作用 四 实验过程 五 实验结论 实验四实验四 控制系统的频率特性控制系统的频率特性 一 实验目的 1 理解控制系统频率特性的概念 2 掌握奈氏曲线和伯德图的绘制 3 能用这些曲线分析稳定性 二 实验设备 电脑 MATLAB 软件 实验箱 三 实验内容 1 设系统的开环传递函数为 10 5 100 sss K sHsG 分别绘制 K 为 1 7 8 和 20 时的奈奎斯特曲线并根据奈氏判据分析稳定性 2 设一高阶系统开环传递函数为 1001 0 10025 0 103 0 10167 0 ssss sK sHsG 分别绘制 K 为 5 500 800 和 3000 时的伯德图 计算稳定裕量并分析稳定性 四 实验过程 五 实验结论 注 注 1 的参考 MATLAB 程序为 z p 0 5 10 k 100 1 7 8 20 G1 zpk z p k 1 G2 zpk z p k 2 G3 zpk z p k 3 re1 im1 nyquist G1 re2 im2 nyquist G2 re3 im3 nyquist G3 plot re1 im1 k hold on plot re2 im2 k hold on plot re3 im3 k axis 5 1 5 1 grid xlabel Real Axis ylabel Imaginary Axis legend K 1 K 7 8 K 20 2 的参考 MATLAB 程序为 num1 5 0 0167 1 num2 500 0 0167 1 num3 800 0 0167 1 num4 3000 0 0167 1 den conv conv 1 0 0 03 1 conv 0 002 5 1 0 001 1 G1 tf num1 den G2 tf num2 den G3 tf num3 den