自动控制原理

1、自动控制原理MATLAB仿真实验报告学院：电气工程与信息工程学院专业班级：13级自动化3班姓名：郝泽鑫学号：13220321第3章 线性系统的时域分析法1、 教材第三章习题3.5设单位反馈系统的开环传递函数为G(s)=(1)试求系统在单位阶跃输入下的动态性能。(2)忽略闭环零点的系统动态性能。(1.1) 程序如下； (1.2)系统响应曲线如图。(2.1) 程序如下； (2.2)系统响应曲线如图。分析：忽略闭环零点后峰值时间减小，下图为忽略闭环零点前后系统响应曲线的比较2、 教材第三章习题3.9设控制系统如图所示，要求：(1) 取计算测速反馈校正系统的超调量、调节时间和速度误差；(2) 取计算比

2、例-微分校正系统的超调量、调节时间和速度误差。(1.1)Simulink 接线图如下：(1.2)系统响应曲线如下：(2.1)Simulink 接线图如下：(2.1)系统响应曲线如下：分析：(1) 测速反馈校正系统的超调量、调节时间和速度误差峰值时间： 超调量： 调节时间：(2) 比例-微分校正系统的超调量、调节时和速度误差。峰值时间： 超调量： 调节时间：3、 教材第三章习题3.30火星自主漫游车的导向控制系统结构图如图所示，该系统在漫游车的前后部都装有一个导向轮，其反馈通道传递函数为要求：(1)确定使系统稳定的 值范围(2)当 为该系的一个闭环特征根时使计算 的取值，并计算另外两个闭环特征根

3、 (3) 应用(2)求出的 值确定系统的单位阶跃响应(1.1)Simulink 接线图如下：(1.2)单位阶跃响应曲线如下：4、 英文讲义3.3(1.1)Simulink 接线图如下：(1.2)响应曲线如下：5、 英文讲义“Disk Read System”(1.1)Simulink 接线图如下：(1.2)系统响应曲线如下：结论：当时，系统性能满足超调量 调节时间单位扰动最大响应第4章 线性系统的根轨迹法1、 英文讲义4.5(1.1)程序如下：(1.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下：(2.1)程序如下：(2.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下：分析：时，由系统根轨迹曲线可知，系统处于不稳定状态，

4、当改变，使时，由系统根轨迹曲线可知系统由不稳定状态转换成为条件稳定状态。2、 教材第四章习题4.5设单位反馈控制系统的开环传递函数如下，试概略画出相应的闭环根轨迹图( 要求算出起始角： (1) 确定产生纯虚根的开环增益；(2) 确定产生纯虚根为±j1的Z值和值；(3) 概略绘出的闭环根轨迹图( 要求确定根轨迹的分离点、起始角和与虚轴的交点 )。(1.1)程序如下：(1.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下：(2.1)程序如下：(2.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下： (3.1)程序如下：方法一：方法二：(3.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下：3、 教材第四章习题4.10设反馈控制系统中要

5、求：(1) 概略绘出系统根轨迹图，并判断闭环系统的稳定性；(2) 如果改变反馈通路传递函数，使H(s)=1+2s，试判断H(s)改变后的系统稳定性，研究由于H(s)改变所产生的效应。(1.1)程序如下：(1.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下： (2.1)程序如下：(2.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下：分析：由于H(s)从1改变到1+2s，使系统增加了一个负实零点，迫使系统根轨迹向s左半平面弯曲，从而改善了系统的稳定性。4、 教材第四章习题4.17设控制系统如图所示，其中为改善系统性能而加入的校正装置。若可以从三种传递函数中任选一种，你选择哪一种？为什么？(1.1)程序如下：(2.1)三种校正

6、装置的根轨迹如下：第一种第二种第三种时响应曲线 5、 教材第四章习题4.23图示是V-22鱼鹰型倾斜旋翼飞机示意图。V-22既是一种普通飞机，又是一种直升机。当飞机起飞和着陆时，其发动机位置可以如图示那样，使V-22像直升飞机那样垂直起降；而在起飞后，它有可以将发动机旋转90°，切换到水平位置，像普通飞机一样飞行。在直升机模式下，飞机的高度控制系统如图所示。要求：(1)概略绘出当控制器增益变化时的系统根轨迹图，确定使系统稳定的值范围；(2)当取时，求系统对单位阶跃输入r(t)=1(t)的实际输出h(t)，并确定系统的超调量和调节时间(=2%)；(3)当r(t)=0，求系统对单位扰动的

7、输出(4)若在R(s)和第一个比较点之间增加一个前置滤波器试重解问题(2)。(1.1)程序如下：(1.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下： 第5章 线性系统的频域分析法1、 教材第五章习题5.11绘制下列传递函数的对数幅频渐进特性曲线：(1)(2)(3)(4)(1.1)程序如下：(1.2)奈奎斯特曲线和波特图如下：(2.1)程序如下：(2.2)奈奎斯特曲线和波特图如下： (3.1)程序如下：(3.2)奈奎斯特曲线和波特图如下： (4.1)程序如下：(4.2)奈奎斯特曲线和波特图如下： 2、 教材第五章习题5.21设单位反馈控制系统的开环传递函数试确定相角裕度为45°时参数a的值。(1.

8、1)程序如下：(1.2)奈奎斯特曲线和波特图如下： 第6章 线性系统的校正一、教材第六章习题6.1设有单位反馈的火炮指挥仪伺服控制系统，其开环传递函数为：若要求系统最大输出速度为12°/s，输出位置的容许误差小于2°，试求：(1)确定满足上述指标的最小K值，计算K值下系统的相角裕度和幅值裕度；(2) 在前向通路中串接超前校正网络计算校正后系统的相角裕度和幅值裕度，说明超前校正对系统动态性能的影响。(1.1)程序如下：(1.2)校正前、校正后波特图如下： (1.3)校正前、校正后响应曲线如下： 分析：采用超前校正，利用相角超前特性来增大增大相角裕度减少超调量提高系统的快速性2

9、、 教材第六章习题6.2设单位反馈系统的开环传递函数试设计一串联超前校正装置，使系统满足如下指标：(1)相角裕度45°；(2)在单位斜坡输入下的稳态误差(3)截止频率(1.1)程序如下：(1.2)校正前、校正后波特图如下： (1.3)校正前、校正后响应曲线如下： 分析：采用超前校正，利用相角超前特性来增大增大相角裕度减少超调量提高系统的快速性3、 教材第六章习题6.22热轧厂的主要工序是将炽热的钢坯轧成具有预定厚度和尺度的钢板，所得到的最终产品之一是宽为3300mm、厚为180mm的标准板材。他有两台主要的辊轧台：1号台与2号台。辊轧台上装有直径为508mm的大型辊轧台，由4470k

10、m大功率电机驱动，并通过大型液压缸来调节轧制宽度和力度。 热轧机的典型工作流程是：钢坯首先在熔炉中加热，加热后的钢坯通过1号台，被辊轧机轧制成具有预期宽度的钢坯，然后通过2号台，由辊轧机轧制成具有与其厚度的钢板，最后再由热整平设备加以整平成型。 热轧机系统控制的关键技术是通过调整热轧机的间隙来控制钢板的厚度。热轧机控制系统框图如图所示，其中而为具有两个相同实零点的PID控 制器。要求：(1)选择PID控制器的零点和增益，使闭环系统有两对对等的特征根；(2) 考察(1)中得到的闭环系统，给出不考虑前置滤波器与配置适当时，系统的单位阶跃响应(3) 当R(s)=0,N(s)=1/s时，计算系统对单位

11、阶跃扰动的响应。(1.1)程序如下：(1.2)输入相应曲线和扰动响应曲线如下： 4、 英文讲义“Disk Read System”(1.1)程序如下：(1.2)无前置滤波器时系统响应曲线如图： (1.3)单位阶跃输入响应曲线和单位阶跃扰动响应曲线如下： 第7章 线性离散系统的分析与校正1、 教材第七章习题7.19窗体顶端已知离散系统如下图所示，其中采样周期T=1s，连续部分传递函数为试求当r(t)=1(t)时，系统的无稳态误差、过渡过程在最少拍内结束的数字控制器D(z)。(1.1)程序如图：窗体底端(1.2)系统响应曲线如图：2、 教材第七章习题7.24设连续的，未经采样的控制系统如图所示，其中被控对象要求：(1)设计滞后校正系统网络使系统在单位阶跃输入时的超调量且在单位斜坡输入时的稳态误差(2) 若为该系统增配一套采样器和零阶保持器，并选采样周期T=0.01s,试采用Gc(s)-D(z)变换方法，设计合适的数字控制器D(z);(3) 分别画出(1)及(2)中的连续系统和离散系统的