南邮自动控制系统原理上机资料报告材料

1、邮电大学实验报告（2016/2017学年第一学期）实验名称：一. 控制系统的时域分析二. 线性系统的根轨迹研究三. 系统的频率响应与稳定性分析四. 连续系统串联校正课程名称：自动控制原理班级学号：B14040325:杜楷指导老师：周颖实验一控制系统的时域分析1.1实验目的:仁观察控制系统的时域响应;2. 记录单位阶跃响应曲线;3. 掌握时间响应分析的一般方法;4. 初步了解控制系统的调节过程。仁2实验步骤：5. 开机进入Matlab2012运行界面。6. Mat I ab指令窗：Command Window1.运行指令：con_sys;进入本次实验主界面一阶系统的时域响应二阶系统时域性能分析观

2、察二阶系统性能的改菩7. 分别双击上图中的三个按键，依次完成实验容。&本次实验的相关Mat lab函数：tf (num, den)可输入一传递函数。step(G, t)在时间国t秒，画出阶跌响应图。二. 实验容：1.观察一阶系统G=1/(T+s)的时域响应：取不同的时间常數T,分别观察该系统的脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应以及单位加速度响 应。脉冲响应:T=5sT=7s阶跃响应:T=7sT=9s斜坡响应:一论系牺供分衍脉神响应匕阶跃响应0斛復响应加速度咆应时间翩011 J 2JT=9sHl 址杀牺依分析T=11s单位加速度响应:T=11s2500C脉冲响应2000阶蹶响应匚斜坡响应1500*帅徐

3、度响应1000时间帑数叭3550013263962T=13s2.二阶系统的时域性能分析:(1)调节时间滑块，使阶跃响应最终出現稳定值。L o JL耳| _左哝狀响应(2)结合系统的零极点图，观察自然频率与阻尼比对极点位置的形响。SJ二阶歩统性能分序1 61 20上升时间 峰值时间Tp 制节时间Ts 超调童DeK自热频率 2.0746rad/$ec-d-Jd阻尼比-0.084615响应旳间=9.17925“I|自然频率越大.阻尼比越大，零极点之间的角度越小。(3)结合时域响应图，观察自然频率与阻尼比对阶跃响应的影响。5二rg统性能分析1 41.210 80 6结构图O 回阶舐响应匠上升时间丁自热

4、换率=2.0746radJsecd_l一d阻尼比=0.8787jJ T1 jJ响应时间=9.1792s 勺一山04峰佰时间Tp调节时间Ts超调莹Dell10自然频率越小，阻尼比越小，系统的阶跃响应幅值越大。(4)调节自热频率与阻尼比，要求：Tr0. 56sTp1.29sTs 调节时间Ts=7. 4233s上升时间Tr=1.3711s超调量 De 1239.5344%峰值时间Tp=2. 3191s武 K1 E K2 E0调节时间Ts=14.846.叼上升时间Tr=2.7423sE 超调量Delt=39.5244% V 烽值时间Tp=4.6382sK3 O K4 I响应时间最小；Os 最大:100

5、s调节时间Ts=14. 846s上升时间Tr=2. 7423s超调量 De 1239.5244%峰值时间Tp=4. 6382s(3) 分别取不同的K3,观察比例_微分控制对系统性能的改善。:1111111111111111 /、 L11111111111111111111!:1传递函敎G响应时间阶跃响应焉極点分布110000tf(1,2,0.8,0)IQS)I j 性能改善前系统响应 性能改善后系统响应10V调节时间T沪2.3806s2 超调量Delt=t7417%(7最小：Os 最大：100s15202530上升时间Tf3.2179sZ峰值时间Tp=4.6362s护比例-微分控制能有效改善系

6、统性能使系统更快趋于稳定。(4) 设JL不同的K4,观察测速反馈对系统性能的影响。EU条埶任耗、pt输入| K1匸K2 口孵G的塚翩玩闻4 1响应时间最小：Os 最大：100sK?G(S)K4*SC(S)口调节时间Ts=72212s臣超调量Delt7.4815%N上升时间Tr=4.146s 可峰值时间Tp=5.7667s叼调节时间Ts=7.2212s叼上升时间Tr=4446s0 超调量 Delt=-1.2926e-.峰值时间 Tp=5.7667s输入K1匚 K2匸K3 |o_J K4 卜 |响应时目最小：Os100s4 Il测速反馈能有效改善系统性能使系统更快趋于稳定。(5) 调节各个参数，使

7、系统阶跃响应满足:上升时间Tr3. 5s超调量 耳 II 诙 I(5) 在SISOTOOL界面上，打开闭环的阶跃响应界面，然后用鼠标使闭环极点(小红方 块)从开环极点开始沿根轨迹不斷移动，在观察三个闭环极点运动趁向的同时，注 意观察系统阶跃响应的变化。根据观察，(A)写出响应中出现衰减振荡分量时的K 的取值囤，(B)写出该响应曲线呈现“欠阻尼”振荡型时的K的取值围。EJ 1 TI Vi ewer for SI SO Oe-signFile Edit Window Help Q目 %入I目Step Response2.S0.51 .522.533.544.5Time fsec)5LTI view

8、erh/1 Real-Time UpdateBJ LTI Viewer for SISO Design Task| u | 回 | S2 |File Edit Window HelpD昌LTI Viewer0 ReakTime Update-4008060o o o O4 2 2-50010001500Time (sec)20002500/| ReakTime U pdateLTl Viewer(A) 0K71.8(B) 0K= - iqhFile EdH Vi-1.$-1.61A1.210 8-0 60 40 2Real Ax)a10210_，10101Frequency (rad/secA

9、dded real zero to C(o) at 3 - -0.417M LI E Viewer tor SfiSO Design I askFile Edit Window Help9,86 63.2.16 6 66070LTl ViewerTime (sec)巨 ReakTime Upd实验三系统的频率响应和稳定性研究2.3实验目的(5) 绘制并观察典型开环系统的Nyquist国线。(6) 绘制并观察典型开环系统的Bode图。(7) 运用Nyquist准则判斷闭环系统的稳定性。(8) 初步掌握相关MATLAB指令的使用方法。2.4预习要求(1) 开环Nyquist曲线、Bode图的基本成

10、图规律。(2) 典型开环系统Nyquist围线的成图规律。(3) Nyqui si原理和使用要领。(4) 阅读和了解相关的MATLAB指令。2.5实验容一 (必做容)使用sisotool交互界面研究典型开环 系统的频率特性曲线，并进行闭环系统稳定性讨 论。以下各小题的要求：(A)根据所给开环传递函数的结构形式，绘制相应的幅相频率曲线和对数 幅相频率曲线。(B) 显示出曲线对应的开环传递函数具体表达式。(C) 假如MATLAB指令绘制的幅相频率曲线不封闭，政用文字说明所缺部 分曲线的走向，或在图上加以添加所缺曲线；曲线与(-1,0)点的几何 关系应足够清晰，能支持判斷结论的导出。(D) 对该开环

11、函数构成的单位负反馈系统的稳定性作出判斷，说明理由； 假如闭环不稳定，则应指出不稳定极点的数目。(7) G zK一(7 + 1)(忌+ 1)其中厂取大于。的任意数。取 K=1, T1=1, T2=2:指令如下：G=tf(1, 2 3 1)Transfer function:2 s2 + 3 s + 1 marg in(G)nyqui st (G)-1111111Rcot locus ECltor tor Opmn Loop 1 (OL1)D5-1-0.6-06040.2Opea-Locp Eode Editor for Opmn Loop 1 (OL1)-10-2030-40Frequency

12、 (rad/sec)t0110 10 10Frequency (rac/sec)10208uyclist Dissrani o2 & 2 o-OAJPUamu-4 6 8 -O-O-O.82 c6P=0, R二0, Z=0系统稳定cK(8)G=其中K ,Tj可取大于0的任意(G + 1) S + 1 )(75 + 1)取 K=1, T1=1, T2=2, T3=3:指令如下：G=tf(1, 6 11 6 1)Transfer function:16 s3 + 11 s2 + 6 s + 1 marg in(G)nyquist (G)Root Locus Editor for Open Loop

13、 1 (OL1Open-Loop Bode Editor for Open Loop 1 (OL1)-20-10050-45-100-90-1S0-13S-180-225-2701010 101o10 10 10Frequency gd/gec360 10*Bode Editor far Closed Loop 1 (CL 1 -180-40-120Nyquist DiagramsJ、AJHJEes0AM-0 2 0 0 2Reel AxisP=0,R=0,Z=0系统稳定K(9) G4 =,其中刀可取大于0的任意数。HG + 1)取 E T1=1;指令如下：G=tf(1, 1 1 0)Tran

14、sfer function:1s2 + s marg in(G) nyqui st (G)23Hyquist Diag*amp二o, R=0, Z二0系统稳定K(10) G5 =,其中乙可取大于0的任意数5(75 + 1)(T25 + 1)取 K=1, T1=1, T2=2：指令如下：G=tf(1, 2 3 1 0)Transfer funct ion:12 st + 3 s2 + smargin(G)nyqui st (G)Root Locus Editor for Opcn Loop 1 (OL1)-1I - 10O100Open-Loop Bode Editor for Open Loo

15、p 1 (OL1)40-20Bodo Edrto r for Closed Loop 1 (CL1-100-200-1S0-270-360Frequency (rad/sec)Frequency (rad/sec)-120-9020-13S-180-22Sp二o,R=0,Z=0系统稳定=i），其中。攵可取大于o的任意数。 5（75 +1）（ 7；5 + 1）K=1, Ta=1, T1=1, T2=2：指令如下：G=tf(1 1, 2 3 1 0)Transfer function:2 s + 3 s2 + smargin(G)nyqui st (G)Root Locus Editor for

16、Open Loop 1 (0L1)Open-Loop Bode Editor for Open Loop 1 (0L1)30Nyquist Diagram-184 .6 d -1.240 8060 40 20Real Axsp二o, R二0, Z=0系统稳定(12) G= 一 ,其中L 可取大于的任意数。S (75 + 1)K=1, T1=1;指令如下：G=tf(1, 1 1 0 0)Transfer funct ion:1s* + s2 marg in(G) nyquist (G)Root Locus Editor for Open Loop 1 (OLDFrequency (rod/scc

17、)Nyquist Diagram20 11临界稳定sv AIBUfeul-K(7 + 1)_ 丁(13) G&= 一 、 TaTx 9其中可取大于的任意数。S (75 + 1)K=1, Ta=2, T1=1：指令如下：G=tf(2 1, 1 1 0 0)Transfer function:2 s + 1s3 + s2margin(G)nyqui st (G)Root Locua Editor for Open Loop 1 (0L1)10080GO4020G-2040Open-Loop Bode Editor for Open Loop 1 (OL1)Frequency (rad/8c)Nyq

18、uist DiagramSNVt-e&elu-250-200150Real Axis-10a50临界稳定Nyquist Dacrarr厂 K(7 + 1)-=(14) Gg= 一 , Ta R4的阻值，使a的值大于、等于.小于1,即可得到不同的模拟继电器特性。2.死区特性模拟电路及输出特性曲线。改变R1. R2的阻值可改变死区宽度儿DI D2图10-4死区特性五、实验步骤1启动计算机，在桌面双击图标自动控制实验系统运行转件。2.测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正 常后才可以继续进行实验。3连接被测董典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输 出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，检查无误后接通电源。4. 在实验项目的下拉列表中选择实验十十、非线性实验。5