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文档简介
1、自动控制理论实验指 导 书吕瑞丰 杨华编哈尔滨工业大学电气工程及其自动化实验中心2005年8月目录模拟实验部分实验一 典型环节的过渡过程1实验二 典型系统瞬态响应和稳定性10实验三 采用PI的串联校正18实验四 具有微分负反馈的反馈校正22仿真试验部分实验一 绘制系统的波特图28实验二 绘制控制系统的奈魁斯特曲线31实验三 控制系统根轨迹的计算机绘制及分析34实验四 控制系统的串联校正37实验五 控制系统的反馈校正41附录一:仿真程序45附录二:PC示波器功能介绍59实验一 典型环节的过渡过程一、 实验目的:1、掌握典型模拟电路的构成方法。2、了解各种典型环节的阶跃响应。3、了解参数变化对典型
2、环节动态特性的影响。二、实验要求: 1、观测各种典型环节的阶跃响应曲线。 2、观测参数变化对典型环节阶跃响应的影响。三、实验仪器设备1、TDN-AC/ACS 教学实验系统 一套2、NM4630A超低频双踪示波器 一台3、万用表 一块四、实验内容、步骤及原理 1、各典型环节的方块图及传函表11典型环节名 称方块图传递函数比例(P)积分(I)比例积分(PI)惯性(T) 2、各典型环节的模拟电路图及输出响应表12典型环节名 称模拟电路图输出响应比例(P)Uo(t)=K(t0)K=R1/R0积分(I)Uo(t)=t(t0)K=RoC比例积分(PI)Uo(t)=K+t (t0)K= R1/R0T=RoC
3、惯性(T)U0(t)=K=R1/R0T=R1C 3、实验内容及步骤内容: 观测比例、积分、比例积分和惯性环节的阶跃响应曲线。步骤:a、准备:使运放处于工作状态: 将信号源单元(U1 SG)的ST端(插针)与+5V端(插针)用“短路块”短接,使模拟电路中的场效应管(3DJ6)夹断,这时运放诸处于工作状态。b、阶跃信号的产生: 电路可采用图11所示电路,它由:“单脉冲”(u3 SP)及电位器单元(U14 P)组成。 在U13 SP单元中,将H1与+5V插针用“短路块”短接,H2插针用排线接至U14 P单元的X插针;在U14 P单元中,将Z插针和GND插针用“短路块”短接,最后由插座的Y端输出信号。
4、图11阶跃信号产生电路以后实验若再用到阶跃信号,方法同上。c、按表12中的各典型环节的模拟电路图将比例环节线接好。d、将模拟电路输入端(Ui)与阶跃信号的输出端Y相连接;模拟电路的输出端(Uo)接至示波器。e、按下按钮H时,用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo(t),且将结果记下。改变比例参数,重新观测结果并记录。f、同理得出积分环节的实际响应曲线,g、同理得出比例积分环节的实际响应曲线,h、同理得出惯性环节的实际响应曲线。各典型环节的理想曲线及记录实际响应曲线见表13表13-1 比例环节传递函数参数与模拟电路参数关系 单位阶跃响应Uo(t)=KR0=200K、R1=100K 时: 理想阶跃响
5、应曲线实测阶跃响应曲线R0=200K、R1=200K 时: 理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线表13-2 积分环节传递函数参数与模拟电路参数关系单位阶跃响应R0=200K、C=1u 时: 理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线R0=200K、R1=200K 时: 理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线表13-3比例积分环节传递函数参数与模拟电路参数关系 T=RoC单位阶跃响应Uo(t)=K + Ro=200K、R1=200K、C1=1u 时: 理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线Ro=200K、R1=200K、C1=2u 时: 理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线表13-4惯性环节传递函数参数与模拟电路参数关系 T
6、=R1C单位阶跃响应R0=200K、R1=100K、C=1u 时: 理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线R0=200K、R1=200K 、C=2u时: 理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线五、实验报告要求1、实验前对选定的典型环节模拟电路进行推导传递函数。2、实验观测记录。3、实验结果分析讨论。六、思考题 1、由运算放大器各环节环节的传递函数是在什么条件下推导出来的?怎样选用运算放大器?输入电阻、反馈的电阻阻值范围可以任意选用吗? 2、实验电路中串联的后一个运放的作用?若没有则其传递函数有什么差别? 3、惯性环节在什么条情况下可以近似为比例环节?而在什么条件下可以近似为积分环节? 实验二 典型系统瞬态
7、响应和稳定性二、 实验目的:1、掌握典型模拟电路的构成方法。2、了解各种典型环节的阶跃响应。3、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。二、实验要求: 1、学习瞬态性能指标的测试能力。 2、了解参数对系统性能及稳定性的影响。三、实验仪器设备1、TDN-AC/ACS 教学实验系统 一套2、NM4630A超低频双踪示波器 一台3、万用表 一块四、实验内容、步骤及原理1. 典型二阶系统(1) 典型二阶系统的方框图及传函图2-1是典型二阶系统原理方块图,其中 To=1S,T1=0.1S,K1分别为10、5、2.5、1. R(s) + 1 K1 C(S) - ToS T1S+1 图2-1 典型二阶系统原理
8、方块图开环传函: G(S)= = 其中 K = K1/To = k1 = 开环增益闭环传函: 其中 表2-1列出有关二阶系统在三种情况(欠阻尼,临界阻尼,过阻尼)下具体参数的表达式,以便计算理论值。至于推导过程请参照有关原理书。表2-1二阶系统参数的表达式 一种情况各参数 (2)模拟电路图:见图2-2 图2-2二阶系统模拟电路图 由 得: 2. 典型三阶系统(1) 典型三阶系统方块图:见图2-3 图2-3三阶系统方块图开环传递函数为:其中 (开环增益)(2) 模拟电路图:见图2-4 图2-4三阶系统模拟电路图开环传递函数为: (其中k=510/R) 由系统特征方程:1+ G(S)H(S)=0
9、+11,96+19,6S+19.6K=0由Routh判据,得 0<K<11.96 时 R > 42.6K 系统稳定 K=11.96 时 R = 42.6K 系统临界稳定 K>11.96 时 R < 42.6K 系统不稳定3. 实验内容及步骤准备:将“信号源单元”(U1 SG)的插针和+5V插针用“短路块”短接,使运算放大器反馈网络上的场效应管3DJ6夹断. (1)典型二阶系统瞬态性能指标的测试 按图2-2接线,R=10K. 用示波器观察系统阶跃响应C(t),测量并记录超调量,峰值时间tp和调节时间ts,记录在表2中 分别按R = 20K, 40K , 100K改变
10、系统开环增益,观察相应的阶跃响应C(t),测量并记录性能指标Mp 、tp和ts以及系统的稳定性。并将测量值和计算值(实验前必需按公式计算出)进行比较。参数取值及响应曲线,详见表2表21 R=10K时:0 1K =n =C(tp)=C()=Mp(%)tp(S)ts(S)计算值实测值阶跃响应曲线表22 R= 20K时:0 1K =n =C(tp)=C()=Mp(%)tp(S)ts(S)计算值实测值阶跃响应曲线表23 R=40K时: = 1K =n =C(tp)=C()=Mp(%)tp(S)ts(S)计算值实测值阶跃响应曲线表24 R=100K时: 1K =n =C(tp)=C()=Mp(%)tp(
11、S)ts(S)计算值实测值阶跃响应曲线(2)典型三阶系统的性能 按图2-4接线,R=30K 观察系统的阶跃响应,并记录波形。 减小开环增益,观察系统的阶跃响应,参数取值及响应曲线见表3。R(K)K输出波形稳定性五、实验报告要求1、实验前按给定参数算出二阶系统的性能指标Mp、tp机ts的理论值。 2、实验观察记录。 3、实验结果分析讨论。六、思考题 1、在图22、图24电路中再串联11的反向放大器,系统是否会稳定? 2、在图4电路中,改变增益是否会出现不稳定现象?实验三 采用PI的串联校正一、实验目的:1、了解和观测校正装置对系统稳定性及瞬态特性的影响。2、验证频率法校正是否满足性能要求。二、实
12、验要求: 1、观测未校正系统的稳定性及瞬态响应。 2、观测校正后系统的稳定性极瞬态响应。三、实验仪器设备1、TDN-AC/ACS 教学实验系统 一套2、NM4630A超低频双踪示波器 一台3、万用表 一块四、实验原理、内容及步骤 1、原系统的原理方块图 未校正系统的方框图如图31所示图31未校正系统的方框图要求设计PI串联校正装置,校正时使期望特性开环传递函数为典型型并使系统满足下列指标: 校正网络的传递函数为: 校正后的方块图如图32所示图32 校正后的方块图2、系统校正前后的模拟电路图图33系统校正前的模拟电路图图34系统校正后的模拟电路图 3、实验内容及步骤a:测量未校正系统的性能指标。
13、 准备:将信号源单元(U1 SG)的ST插针和+5V插针用“短路块”短接。 步骤:按图33接线;加入阶跃电压,观察阶跃响应曲线,并测出超调量Mp和调节时间Ts,将曲线及参数记录下来。b:测量校正系统的性能指标准备:设计校正装置参数 R0= R1= R2 = R3= C =步骤:按图34接线,加入阶跃电压,观察阶跃响应曲线,并测出超调量Mp和调节时间Ts,看是否达到期望值,若为达到,请仔细检查接线、参数值并适当调节参数值。将达标的校正装置的实测参数记录在表31中。表31记录表未校正系统: Mp= Ts=校正后系统:Mp= Ts=五、实验报告要求 1、未校正系统性能分析; 2、校正后系统分析; 3
14、、实验观测记录; 4、实验结果分析。六、思考题 1、是推导典型II型开环放大倍数Ka与中频宽1、2的关系。 2、在本实验的典型II型系统校正外,还有没有其它校正方式?实验四 具有微分负反馈的反馈校正三、 实验目的:1、按给定性能指标,对固有模拟对象运用并联校正对数频率特性的近似作图法,进行反馈校正。2、用实验验证理论计算结果 。 3、 熟悉期望开环传递函数为典型型的参数计算及微分反馈校正调节器的实现.。二、实验要求: 1、观测未校正系统的稳定性及瞬态响应。 2、观测校正后系统的稳定性极瞬态响应。三、实验仪器设备1、TDN-AC/ACS 教学实验系统 一套2、NM4630A超低频双踪示波器 一台
15、3、万用表 一块四、实验内容、步骤及原理 1、原系统的原理方块图 未校正系统的方框图如图41所示图41未校正系统的方框图要求设计具有微分校正装置,校正时使期望特性开环传递函数为典型I型并使系统满足下列指标: 放大倍数: 闭环后阻尼系数: 超调量: Mp4.3%调节时间: Ts0.3 S 校正网络的传递函数为: 校正后的方块图如图42所示图42校正后的方块图2、系统校正前后的模拟电路图图43系统校正前的模拟电路图图44系统校正后的模拟电路图3、实验内容及步骤a:测量未校正系统的性能指标。 准备:将信号源单元(U1 SG)的ST插针和+5V插针用“短路块”短接。 步骤:按图43接线;加入阶跃电压,
16、观察阶跃响应曲线,并测出超调量Mp和调节时间Ts,将曲线及参数记录下来。b:测量校正系统的性能指标准备:设计校正装置参数 根据给定性能指标,设期望开环传递函数为G(S)=19/S(TS+1)。 因为闭环特征方程为:TS2+S+19=0 已知 =0.707 故 T=1/39=0.026 由于微分反馈通道的Bode图是期望特性Bode图的倒数,所以微分反馈通道的放大倍数为期望特性的放大倍数的倒数,即1/19。而微分反馈通道传递函数的时间常数取期望特性时间常数T的二倍,为80。因此,反馈通道的传递函数为: 根据上式中各时间常数值,图44中按R1=100K R2=24K C=0.526u设定,微分反馈
17、对系统的性能有很大的改善。步骤:按图44接线,加入阶跃电压,观察阶跃响应曲线,并测出超调量Mp和调节时间Ts,看是否达到期望值,若为达到,请仔细检查接线、参数值并适当调节参数及W1值。将达标的校正装置的实测参数记录在表41中。表41记录表未校正系统: Mp= Ts=校正后系统:Mp= Ts=五、实验报告要求 1、未校正系统性能分析; 2、校正后系统分析; 3、实验观测记录; 4、实验结果分析。六、思考题 1、当电位器W1中间点移动到反馈信号最大端,系统的输出波形C(t)、Mp 增加了不是减少了?为什么?2、是否能用4个运算放大器环节组成与图44功能相同的模拟电路 ?为什么? 计算机数字仿真实验
18、仿真软件使用说明计算机仿真实验室利用电子计算机及其仿真软件来模拟实际系统进行实验。MATLAB是一个高级的数学分析与运算软件,可以用作动态系统的建模与仿真,非常适用于矩阵分析与运算。因学时有限,已将仿真程序编好,同学们只须学会使用即可,如对MATLAB语言感兴趣,可参考有关书籍,自行编制程序进行仿真实验。下面介绍实验中用到的有关命令:1. hold 要想在同一图中画两条以上的曲线用“hold on”,解除用“hold off”2. clf 清除会图框中的所有图形。在每次绘图前最好先将绘图区清除,以免出现混淆图形。3. zoom 要放大图形用“zoom on”,然后在绘图框内点击左键放大,点击右
19、键缩小。双击可以还原。4. axis ( x1,x2,y1,y2 ) 自定义横、纵坐标的范围。x 横坐标,y 纵坐标。x1为最小值,x2为最大值,y1为最小值,y2为最大值。5. conv (a,b,c,d) 计算两多项式的乘积。比如:conv (1,2,2,3)=2,7,6。即 (S+1)(2S+3)=2S+7S+6。6. rlocfind 与 zoom 一起使用可以较精确的获得某点的坐标及k值,先键入zoom on在绘图区将要选的点附近放大;后键入rlocfind(G),在选取要选的点。7. axis fill 使图形充满整个绘图区。8. 上、下箭头表示向前/后重复使用以前的命令。实验一
20、绘制系统的波特图一、试验目的1. 掌握用计算机绘制系统波特图的方法。2. 通过仿真结果和理论计算的对照,加深对波特图的理解。二、实验设备1. 实验仿真软件一套。2. IBM计算机或兼容机一台。三、实验举例: 首先将a:matlabtest下所有的文件拷贝到matlabbin (这是在matlab5.2的版本下;若在 matlab5.3版本下拷贝到 matlabwork)的目录下。 (以下画横线的部分是需要键入的)1. 运行MATLAB。开始 程序 matlab5.3 (或双击图标)2. 绘制波特图。(1) 为多项式形式,例如:键入:bodepoly出现: “ input num .eg:0 0
21、 1:” 1 5 “input den .eg:1 3 2:” 1 1.5 0.5 0命令框显示: Transfer function: ; 传递函数表达式。“the roots of den” ;特征方程的根,即极点值。Ans= 0-1.0000-0.5000Wc gama ;以下为剪切频率和相角裕量。Ans=1.6231 -23.2077“Get self-define ” w” . input ” boderun” ;要自定义频率轴,输入“boderun”自定义的时间轴,以10为底。依次为:最小坐标、最大坐标、所取的点数。“begin Value .eg: -2” : -3 (起始值)“
22、final Value .eg: 2” : 3 (终止值)“number of dot.eg:1000” : 2000 (点数)Compare in one graph.input “hold on ”: 要将多条曲线画在一张图中,输入“hold on ”(2) 为零、极点形式,例如:键入:bodezp出现: “ Zero vector .eg: -1 -2 -3:” -1 “Polar vector .eg: -1 -5 -4:” -2 -3 -6“Gain K.eg: 5” 1命令框显示: Zero/pole/gain: ; 传递函数表达式。“the roots of den” ;特征方程
23、的根,即极点值。Ans= -6.0000-3.0000-2.0000Wc gama ;以下为剪切频率和相角裕量。Ans= NaN Inf ; NaN 为极大值;Inf 为极小值。“Get self-define ” w” . input ” boderun” ;要自定义频率轴,输入“boderun”自定义的时间轴,以10为底。依次为:最小坐标、最大坐标、所取的点数。“begin Value .eg: -2” : -3 (起始值)“final Value .eg: 2” : 3 (终止值)“number of dot. .eg:1000” : 2000 (点数)Compare in one gr
24、aph.input “hold on ”: 要将多条曲线画在一张图中,输入“hold on ”(3) 为时间常数形式,将传函化为多项式形式或零、极点形式输入。四、实验内容1. 绘制下列系统的波特图。(1) (2) (3) (4) 2. 理论上计算并画出上述系统的波特图,与计算机绘出的图形相比较。实验二 绘制控制系统的奈魁斯特曲线一、试验目的1. 掌握用计算机绘制控制系统的奈魁斯特曲线的方法。2. 通过仿真实验,对比 0 型、1 型、2 型系统的奈魁斯特曲线的理论计算和计算机绘制的不同。二、实验设备1. 实验仿真软件一套。2. IBM计算机或兼容机一台。三、实验举例: 首先将a:matlabte
25、st下所有的文件拷贝到matlabbin (这是在matlab5.2的版本下;若在 matlab5.3版本下拷贝到 matlabwork)的目录下。 (以下画横线的部分是需要键入的)1. 运行MATLAB。开始 程序 matlab5.3 (或双击图标)2. 绘制奈魁斯特曲线。(1) 为多项式形式,例如:键入:nyquistpoly出现: “ input num .eg:0 0 1:” 10 “input den .eg:1 3 2:” 1 8 18 10命令框显示: Transfer function: ; 传递函数表达式。“the roots of den” ;特征方程的根,即极点值。Ans
26、= -4.4812-2.6889-0.8299“Wc gama” ;以下为剪切频率和相角裕量。Ans=NaN Inf ; NaN 为极大值;Inf 为极小值。Compare in one graph.input “hold on ”: 要将多条曲线画在一张图中,输入“hold on ”(2) 若为零、极点形式,例如:键入:nyquistzp出现: “ Zero .eg: -1 -2 -3:” “Polar .eg: -1 -2 -3 -4:” -1 -2 -5“Gain K.eg: 1” 10命令框显示: Zero/pole/gain: ;传递函数表达式。“the roots of den”
27、;特征方程的根,即极点值。Ans= -5.0000-2.0000-1.0000“Wc gama” ;以下为剪切频率和相角裕量。Ans= NaN Inf ;NaN 为极大值;Inf 为极小值。Compare in one graph.input “hold on ”: 要将多条曲线画在一张图中,输入“hold on ”(3) 为时间常数形式,将传函化为多项式形式或零、极点形式输入。四、实验内容1. 绘制下列系统的奈魁斯特曲线。(1) (2) (3) (4) (5) (6) 2. 理论上计算并画出上述系统的奈魁斯特曲线,与计算机绘出的图形相比较。实验三 控制系统根轨迹的计算机绘制及分析一、试验目的
28、1.掌握用计算机绘制根轨迹的方法。2.通过仿真结果和理论计算的对照,加深对绘制根轨迹法则的理解。3. 通过计算机绘出的图形,分析其系统的稳定性。二、实验设备1. 实验仿真软件一套。2. IBM计算机或兼容机一台。三、实验举例: 首先将a:matlabtest下所有的文件拷贝到matlabbin (这是在matlab5.2的版本下;若在 matlab5.3版本下拷贝到 matlabwork)的目录下。 (以下画横线的部分是需要键入的)1. 运行MATLAB。开始 程序 matlab5.3 (或双击图标)2. 绘制根轨迹(给出的G(S)为开环传函)。(1) 为多项式形式,例如:键入:rlocusp
29、oly出现: “ input num .eg:0 0 1:” 1 “input den .eg:1 3 2:” 1 3 2 0命令框显示: Transfer function: ; 传递函数表达式。“the roots of den” ;特征方程的根,即极点值。Ans= 0-2-1“ the value of Wc gama ” ;以下为剪切频率和相角裕量。Ans=0.4456 53.3856Select a point in the graphics window ; 在图中选一点。 Selected-point= -0.3227+0.6185i ; 所选点的坐标。 K1= 27.7661
30、所选点的k值。Compare in one graph.input “hold on ”: 要将多条曲线画在一张图中,输入“hold on ”Get the value of K , input “ zoom on ” and “ rlocfind (G)” ;如下“快捷操作”。快捷操作:可选者某点,观察该点的坐标值及对应的k值。首先,键入zoom on在绘图曲将要选的点附近放大;然后,键入rlocfind(G),再选取要选的点。 Get asymptote ; input “ rlocasymp” ;要得到渐近线,键入” rlocasymp”。(2) 若为零极点形式,例如:键入:rlocus
31、zp出现: “ Zero .eg: -1 -2 -3:” “Polar .eg: -1 -2 -3 -4:” -1 -2 -5“Gain K.eg: 1” 1命令框显示: Zero/pole/gain: ; 传递函数表达式。“the roots of den” ;特征方程的根,即极点值。Ans= -5.0000-2.0000-1.0000“Wc gama” ;以下为剪切频率和相角裕量。Ans= NaN Inf ; NaN 为极大值;Inf 为极小值。Select a point in the graphics window ; 在图中选一点。 Selected-point= -0.4299-0
32、.0224i ; 所选点的坐标。 K1= 0.3857 所选点的k值。Compare in one graph.input “hold on ”: 要将多条曲线画在一张图中,输入“hold on ”Get the value of K , input “ zoom on ” and “ rlocfind (G)” ;如下“快捷操作”。快捷操作:可选者某点,观察该点的坐标值及对应的k值。键入zoom on在绘图曲将要选的点附近放大;然后,键入rlocfind(G),再选取要选的点。Get asymptote ; input “ rlocasymp” ;要得到渐近线,键入” rlocasymp”。
33、 (3) 为时间常数形式,将传函化为多项式形式形式输入。四、实验内容1. 绘制下列系统的根轨迹。(1) (2) (3) (4) (5) 2. 理论上计算并画出上述系统的根轨迹,与计算机绘出的图形相比较。实验四 控制系统的串联校正一、试验目的1. 掌握利用计算机仿真进行超前、滞后、滞后超前等串联校正的方法及特点。2. 利用系统波特图分析校正装置对系统的影响。3. 利用系统根轨迹图分析校正装置对系统的影响。4. 加深理解改变调节器参数对系统性能指标的影响。二、实验设备1. 实验仿真软件一套。2. IBM计算机或兼容机一台。三、实验举例: 某单位反馈系统固有部分的开环传函为要求设计串联校正装置,使系
34、统具有K=50 及Mp25%,Ts1.50 S 的性能指标。先求取固有系统的性能指标。选取串联校正,串联装置传函为:求取校正后系统的性能指标。首先将a:matlabtest下所有的文件拷贝到matlabbin (这是在matlab5.2的版本下;若在 matlab5.3版本下拷贝到 matlabwork)的目录下。 (以下画横线的部分是需要键入的)1. 运行MATLAB。开始 程序 matlab5.3 (或双击图标)2. 绘制固有系统的阶跃响应曲线。(1) 为多项式形式,例如:键入: steppoly出现: “ num vector .eg:0 0 1:” 50 “ den vector .e
35、g:1 3 2:” 0.06 1 0命令框显示: Transfer function: ; 传递函数表达式。 Yss,Pos(%),Ts(S) ;依次是:终值,超调量,调整时间Ans= 1.0000 38.6660 0.4695Get sel-define T-axis,input “steprun” ;要自定义时间轴,输入“steprun”键入:steprun出现:”time axis.eg:0:0.1:50:” 0: 0.05: 40,初始值:步长:终值Compare in one graph.input “hold on ”: 要将多条曲线画在一张图中,输入“hold on ”(2) 若
36、为零极点形式,例如:键入: stepzp出现: “ Zero vector .eg: -1 -2 -3:” “Polar vector .eg: -1 -5 -4:” 0 -16.7“Gain K.eg: 5” 833命令框显示: Zero/pole/gain: ; 传递函数表达式。 Yss,Pos(%),Ts(S) ;依次是:终值,超调量,调整时间Ans= 1.0000 38.6660 0.4695Get sel-define T-axis,input “steprun” ;要自定义时间轴,输入“steprun”键入:steprun出现:”time axis.eg:0:0.1:50:” 0:
37、 0.05: 40,初始值:步长:终值Compare in one graph.input “hold on ”: 要将多条曲线画在一张图中,输入“hold on ” (3) 为时间常数形式,将传函化为多项式形式或零、极点形式输入。3 绘制校正后系统的阶跃响应曲线,并加以比较。 (1) (2) (3) 键入: steppoly出现: “ num vector .eg: 0 0 1 :” 9.3 15.3 “den vector .eg: -1 -5 -4:” 0.06 1 0 0 命令框显示: Transfer function: ; 传递函数表达式。 Yss,Pos(%),Ts(S) ;依次
38、是:终值,超调量,调整时间Ans= 1.0000 23.0908 1.3187Get sel-define T-axis,input “steprun” ;要自定义时间轴,输入“steprun”键入:steprun出现:”time axis.eg:0:0.1:50:” 0: 0.05: 40,初始值:步长:终值Compare in one graph.input “hold on ”: 要将多条曲线画在一张图中,输入“hold on ”4 绘制系统前,后系统的波特图,并加以比较。5 绘制系统前,后系统的奈魁斯特曲线,并加以比较。6 绘制系统前,后系统的根轨迹图,并加以比较。四、实验内容1. 某
39、单位反馈系统固有部分的开环传函为:要求设计串联校正装置,使系统具有K=12 及Mp35%,Ts1.8 S 的性能指标。先求取固有系统的性能指标。选取串联超前校正校正装置传函为:求取校正后系统的性能指标。2. 已知系统的开环传函为:选择适当的校正方法,求出调节器参数使串联校正后的系统动态性能指标为:Mp40%,Ts1.5 S。并通过仿真加以验证。3 某一单位反馈系统的开环传函为:选择适当的校正方法,求出调节器参数使串联校正后的系统动态性能指标为:Mp40%,Ts1.5 S。并通过仿真加以验证。实验五 控制系统的反馈校正一、实验目的1、掌握利用计算机仿真进行反馈校正的方法及特点。2.、利用系统波特
40、图分析校正装置对系统的影响。3、利用系统根轨迹图分析校正装置对系统的影响。4、加深理解改变调节器参数对系统性能指标的影响。二、实验设备1. 实验仿真软件一套。2. IBM计算机或兼容机一台。三、实验举例: 某单位反馈系统固有部分的开环传函为G1 (S)=1 要求设计串联校正装置,使系统具有K=250 及Mp4.3%,Ts0.3 S 的性能指标。先求取固有系统的性能指标。选取反馈校正,校正装置传函为:求取校正后系统的性能指标。首先将a:matlabtest下所有的文件拷贝到matlabbin (这是在matlab5.2的版本下;若在 matlab5.3版本下拷贝到 matlabwork)的目录下
41、。 (以下画横线的部分是需要键入的)1. 运行MATLAB。开始 程序 matlab5.3 (或双击图标)2. 绘制固有系统的阶跃响应曲线。(1) 为多项式形式,例如:键入:steppoly出现: “ num vector .eg:0 0 1:” 250 “ den vector .eg:1 3 2:” 0.3 1 0命令框显示:Transfer function: ; 传递函数表达式。 Yss,Pos(%),Ts(S) ;依次是:终值,超调量,调整时间Ans= 1.0000 83.2639 2.3010Get sel-define T-axis,input “steprun” ;要自定义时间
42、轴,输入“steprun”键入:steprun出现:”time axis.eg:0:0.1:50:” 0: 0.05: 40,初始值:步长:终值Compare in one graph.input “hold on ”: 要将多条曲线画在一张图中,输入“hold on ”(2) 若为零、极点形式,例如:键入:stepzp出现: “ Zero vector .eg: -1 -2 -3:” “Polar vector .eg: -1 -5 -4:” 0 -3.33“Gain K.eg: 5” 833命令框显示: Zero/pole/gain: ; 传递函数表达式。 Yss,Pos(%),Ts(S)
43、 ;依次是:终值,超调量,调整时间Ans= 1.0000 83.2641 2.3033Get sel-define T-axis,input “steprun” ;要自定义时间轴,输入“steprun”键入:steprun出现:”time axis.eg:0:0.1:50:” 0: 0.05: 40,初始值:步长:终值Compare in one graph.input “hold on ”: 要将多条曲线画在一张图中,输入“hold on ” (3) 为时间常数形式,将传函化为多项式形式或零、极点形式输入。3 绘制校正后系统的阶跃响应曲线,并加以比较。 键入: steppoly出现: “ n
44、um vector .eg: 0 0 1 :” 3.125 250 “den vector .eg: -1 -5 -4:” 0.00375 0.3125 14.15 0 命令框显示: Transfer function: ; 传递函数表达式。 Yss,Pos(%),Ts(S) ;依次是:终值,超调量,调整时间Ans= 1.0000 -0.2636 0.1965Get sel-define T-axis,input “steprun” ;要自定义时间轴,输入“steprun”键入:steprun出现:”time axis.eg:0:0.1:50:” 0: 0.05: 40,初始值:步长:终值Compare in one graph.input “hold on ”: 要将多条曲线画在一张图中,输入“hold on ”4 绘制系统前,后系统的波特图,并加以比较。5 绘制系统前,后系统的奈魁斯特曲线,并加以比较。6 绘制系统前,后系统的根轨迹图,并加以比较。四、实验内容1. 某单位反馈系统固有部分的开环传函为:G1 (S)=1 , 要求设计串联校正装置,使系统具有K=100 及Mp23%,Ts0.7 S 的性能指标。先求取固有系统的性能指标。选取反馈校正,校正装置传函为:求取校正后系统的性能指标。2. 某单位
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