西工大控制工程基础实验指导书-

1、控制工程基础实验指导Experiment Guidebook to Control Engineering西北工业大学2012年10月试验一.MATLAB 仿真实验一、实验目的1.掌握使用MATLAB工具进行控制系统仿真分析;2.掌握使用MATLAB工具进行控制系统综合与校正。二、实验装置及用具CAD 实验室的PC 计算机已经安装了MATLAB 6.5,在计算机上进行控制系统仿真实验。三、实验内容3.1 一阶系统的仿真 图1 一阶系统(1推导并写出图1所示的一阶系统的传递函数U c(s/U r(s, 图中,R4 = R5=20K,R3 =1M,C =1F,R1 = 20K,而R2有三种选择,即

2、R2 = 20K;R2 = 200K;R2 = 2K。(2利用MATLAB 仿真,画出Ur 为单位阶跃输入时,输出U C的时域响应曲线,系统的频率特性(BODE 图和乃氏图,说明物理系统的线性区(运算放大器电源电压为±15V 。3.2 二阶系统的仿真(1 推导并写出图2所示的二阶系统的传递函数U c(s/U r(s,说明选取不同的R5会有不同的阻尼比。图中,R1 =1M,C = 0.1F,R3 =100K,R4 =100K,而R5有三种选择,即R5 = 40K;R5 =100K;R5 =140K。 图2 二阶系统(2利用MATLAB 仿真,画出U r 为单位阶跃输入时,输出U C的时

3、域响应曲线;利用MATLAB 仿真,画出不同阻尼比的系统的频率特性(Bode 图和乃氏图,根据这个Bode 图,分析二阶系统的主要动态特性(M P ,t s。3.3 三阶系统的稳定性研究(1图3是由三个时间常数一致的惯性环节组成的三阶系统,试推导其闭环传递函数U c(s/U r(s,说明开环增益K 为8 时系统处于临界稳定;图中,R3 = 200K, C = 0.1F,R1 = 50K,R X 是470K的电位计,可调节第二个运算放大器的放大倍数,从0.38 变化到4。整个系统的开环增益可从1.5 变化到16。 图3 三阶0型系统(2利用MATLAB 画出图3系统不同增益下的Bode 图,分析

4、该系统的稳定性;(3给定三阶I 型系统如图 4 所示,试推导其闭环传递函数,说明开环增益K V 为何值时系统临界稳定,这时其剪切频率c为何值?图中:C1 = C3 = 0.1F,C2 =1F,R4 = 30K,R1 = R3 = R5 =100K,R2 =1M,R X =1M是可调电位计,用以调节系统的开环增益K V。(4 利用MATLAB画出图4系统临界稳定时的Bode图,分析此时的系统开环增益值K V和剪切频率值。求出K V 最大和最小时的相角裕量。 图4 三阶I型系统3.4 控制系统的校正(1单位反馈的控制系统开环传递函数为:1100(0.041(0.011G S S S S =+ 校正装置的传递函数为: 0.51(51J S G S S +=+ 请利用MATLAB ,分析校正前后的稳定性和系统品质,分析开环增益对系统的影响。(2单位反馈的控制系统开环传递函数为:1200(0.11(0.0021G S S S S =+ 加入PD 校正,其传递函数为: 0.05