基于MATLAB的控制系统单位阶跃响应分析

1、 电子科技大学中山学院学生实验报告 课程名称：自动控制原理实验与仿真 17自动化 学院： 机电工程学院 专业： 姓名： 学号： 组别：班级： 实验名称：基于MATLAB的控制系统单位阶跃响应分析 实验时间： 成 绩： 批改时间： 一、 实验目的 （1）学会使用MATLAB编程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）掌握准确读取动态特性指标的方法。 （4）分析二阶系统闭环极点和闭环零点对系统动态性能的影响。 二、 实验条件 实验设备：每人一台计算机奔腾系列以上计算机，配置硬盘2G，内存64M。 实验软件：WINDOWS操作系统（WINDOW

2、S XP 或WINDOWS 2000），并安装MATLAB语言编程环境。 三、实验内容 100,?试绘制单位负反馈闭环系统的阶跃响应曲线，s已知系统开环传递函数为G()1. 2?3ss并测出动态性能指标。 代码、曲线及性能指标： 代码 sys=tf(100,1 3 0); sysc=feedback(sys,1); damp(sysc) step(sysc) 曲线 注：实验报告应包括：实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容、实验步骤、实验数据处理及结果分析等。 性能指标 Pole Damping Frequency Time Constant (rad/seconds) (seconds) -

3、1.50e+00 + 9.89e+00i 1.50e-01 1.00e+01 6.67e-01 -1.50e+00 - 9.89e+00i 1.50e-01 1.00e+01 6.67e-01 ?=0，0.25，0.5，0.752.当，1，1.25时，对应系统的闭环极点?见表，编程求取对应系统的阶跃响应曲线，和自然振荡频率 n?变化对系统性能的影响。一定时，并分析n?/(rad/s) 阶跃响应曲线 闭环极点 n?j? =0 等幅振荡10 ?2.5?j9.68=0.25 衰减振动10?=0.5?5?j8.66 衰减振动10?7.5?j6.61=0.75 衰减振动10?=1 两实重根-10 单调上

4、升 10 ?=1.25 和5,20 两不等实根 -5单调上升 -20曲线： ?/(rad/s)一定时，系统随着阻尼比增大，闭环极点的实部在S可见当结论：左半平面的位置更加远离n原点，虚部减小到0，超调量减小，调节时间缩短，稳定性更好。 注：实验报告应包括：实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容、实验步骤、实验数据处理及结果分析等。 ?不变，对系统性能的影响。?10,30,503.时，对应点的单位阶跃响应曲线并分析?0.25, nn曲线： ?/(rad/s)增大，系统响应加速，振荡频率增大，系统调整时间缩短，但是结论：可见当一定时，随着n超调量没有变化。 注：实验报告应包括：实验目的、实验仪器、

5、实验原理、实验内容、实验步骤、实验数据处理及结果分析等。 10的阶跃响应曲线比较，试做出以下系统的单位阶跃响应，并与原系统G(s)=3.2s?2s?10 .做出实验结果分析2(s?5)5(s?2),G（s）（?1）系统分别增加零点z-5,z-2，G?s? 211222?2s10s?s10?2s? 代码及曲线：代码： sys=tf(10,1 2 10); step(sys) hold on sysc=tf(2,10,1 2 10); step(sysc) hold on sysx=tf(5,10,1 2 10); step(sysx) hold off title(单位阶跃系统增加零点比较);

6、lab1=增加零点-2;text(1,1.8,lab1) lab2=增加零点-5;text(0.25,1.1,lab2) lab3=原系统;text(1.5,1.3,lab3) 曲线: 结论：闭环零点使得超调量增大，峰值时间前移，且加入的零点越靠近虚轴，影响越明显 注：实验报告应包括：实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容、实验步骤、实验数据处理及结果分析等。 5020,G（s（?s）?，p2）系统分别增加极点?-5,p?-2G 211222?2s2)(s?10)s5)(s?2s?10)(?(s? 代码及曲线： 代码：sys=tf(10,1 2 10); step(sys) hold on n

7、um=50; den=conv(1,5,1 2 10); sysc=tf(num ,den); step(sysc) hold on num1=20; den1=conv(1,2,1 2 10); sysx=tf(num1,den1); step(sysx) hold off title(单位阶跃系统增加极点比较) lab1=原系统G(s);text(1,1.3,lab1) lab2=增加极点-2;text(0.25,1.1,lab2) lab3=增加极点-5;text(0.95,0.771,lab3) 结论： 闭环极点使得超调量减小，峰值时间后移，且加入的极点越靠近虚轴，影响越明显。 注：实

8、验报告应包括：实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容、实验步骤、实验数据处理及结果分析等。 四.实验作业要求 （1）完成实验内容中的实验，编写程序，记录相关数据，并分析，得出结论。 （2）总结闭环零极点对系统阶跃响应影响的规律。 五、 拓展思考 (s?1)(s?5)的输出响应曲线，并测出动态性能指标。?)G(s时，求系统t1(当输入信号为ut)?t)?*1(t)2?s?2)(s?s1)( 代码、曲线及性能指标： 代码： num=conv(1,1,1,5); den=conv(1,2,1,1,1); G=tf(num,den); t=0:0.1:10; u=t+1; lsim(G,u,t), h