自动控制理论实验 中北信商 有图有程序

1、自 动 控 制 理 论中北大学信息商务学院电子信息工程实验一：控制系统时域响应分析一、 实验目的本实验在给定二阶系统数学模型情况下，在取不同的阻尼比或不同的无阻尼振荡角频率时来仿真、分析系统的时域响应和性能；在给定系统数学模型情况下仿真、分析高阶系统时域响应和性能。 二、 实验原理利用MATLAB语言工具对二阶控制系统进行仿真，分析系统时域响应。 三、实验内容和步骤1、给定二阶系统数学模型为 ，其中n为无阻尼振荡频率，为阻尼系数。2、仿真、分析当（学号单号=5，学号双号=6，），分别取0.1，0.2，1.0，2.0时的单位阶跃响应，根据实验得出与各时域性能指标间的关系。程序如下：wn=5 ;k

2、osi=0.1:0.1:1.0,2.0;figure(1)hold onfor kos=kosi num=wn.2; den=1,2*kos*wn,wn.2; step(num,den)endtitle('Step Response')hold off3、当（学号单号=0.7，学号双号=0.6，），分别取2，4，6，8，10，12时的单位阶跃响应，根据实验得出与各时域性能指标间的关系。程序如下：w=2:2:12;kos=0.7;figure(1)hold onfor wn=w num=wn.2; den=1,2*kos*wn,wn.2; step(num,den)endtitl

3、e('Step Response')hold off4、当=0.7，=6时的单位没脉冲响应并分析响应结果。程序如下：wn=6 ;kosi=0.7;figure(1)hold onfor kos=kosi num=wn.2; den=1,2*kos*wn,wn.2; step(num,den)endtitle('Step Response')hold off四、实验设备装有MATLAB软件的计算机40台。五、实验报告要求1给出二阶系统的仿真过度过程。2在给定模型或自设模型的基础上记录、分析响应曲线，给出分析结果。3改变或后记录、分析响应曲线变化情况，给出分析结果。

4、4思考题：确定最佳阻尼比的取值。六、附件(参考结果)附1：固定变化时的参考曲线如下：附2：固定变化时的参考曲线如下：附3：固定固定时的单位脉冲响应参考曲线如下：11实验二：控制系统频域响应分析实验类别：设计性 实验级别：必做开课单位：电子信息工程专业实验中心 实验学时：2一、 实验目的在给定二阶系统数学模型情况下，在取不同的阻尼比时来仿真、分析系统的频域响应和性能。二、实验原理 利用MATLAB语言工具对二阶控制系统进行仿真，分析系统频域响应。 三、实验内容和步骤1、给定二阶系统数学模型为 其中n为无阻尼振荡频率，为阻尼系数。2、仿真、分析当（学号单号=5，学号双号=6，），分别取0.1，0.

5、2，1.0时系统的伯德图，根据实验曲线分析系统的幅频特性和相频特性随的变化而变化情况，分析系统的稳定性。程序如下：wn=6;kosi=0.1:0.1:1.0;w=logspace(-1,1,100);figure(1)num=wn.2;for kos=kosi den=1 2*kos*wn wn.2; mag,pha,wl=bode(num,den,w); subplot(2,1,1);hold on semilogx(wl,mag); subplot(2,1,2);hold on semilogx(wl,pha);endsubplot(2,1,1);grid ontitle('Bod

6、e Plot');xlabel('Frequency (rad/sec)');ylabel('Gain dB');subplot(2,1,2);grid onxlable('Frequency (rad/sec)');ylable('Phase deg');hold off3、给定二阶系统数学模型为 ，仿真、分析系统的Nyquist曲线，根据实验曲线分析系统的稳定性。程序如下：k=50;z=;p=-5 2;num,den=zp2tf(z,p,k);figure(1)nyquist(num,den)title('Ny

7、quist Plot');四、实验设备装有MATLAB语言的计算机40台。五、实验报告要求1给出二阶系统的仿真频率特性。2在给定模型或自设模型的基础上记录、分析响应曲线，特别是Nyquist曲线和Bode图，给出分析结果。3通过分析系统频率特性和仿真曲线判断闭环系统的稳定性，给出结论。4思考题：用已给定的系统的时域响应能否验证该系统的稳定性，如能验证，如何进行？六、附件(参考曲线)附1：变化时的伯德图参考曲线如下： 附2：给定具体系统的Nyquist图参考曲线如下： 实验三：控制系统串联超前校正分析实验类别：设计性 实验级别：必做开课单位：电子信息工程专业实验中心 实验学时：4一、实验

8、目的基于频率特性法设计控制系统串联超前校正装置，通过实验更好地熟悉、掌握系统综合与校正中的相关知识点。二、实验原理利用MATLAB语言工具或其它语言工具对控制系统进行仿真，分析系统综合与校正及其相关性能指标的验证或优化。三、实验内容和步骤1、给定系统模型如图3-1所示，图3-2为校正后的系统方框图。Go(s)Gc(s)Go(s)R(s) C(s) R(s) C(s) C(s) H(s)H(s)- -图3-1 图3-22、根据性能指标的要求，确定开环增益K。3、求取开环频率特性和稳定裕度。4、选定串联超前校正装置并将已知条件输入（K、）。5、若满足性能指标，则打印相应指标，若不满足性能指标，须重

9、新进行设计或调整性能指标。四、实验设备计算机40台五、实验报告要求1对一个综合控制系统进行综合分析与仿真。2给出分析综合控制系统的方法和思路。3给出控制系统串联超前校正分析程序和实验结果。4思考题：参考本实验设计迟后校正装置的程序流程图和实验程序。六、附件附1：串联校正装置设计参考流程图内容:设有一单位反馈系统,其开环传递函数为,要求系统的稳态速度误差系数,相位裕度,幅值裕度,试确定串联朝前校正.解:根据 利用下列语句 >> num0=40;den0=conv(1,0,1,2);>> bode(num0,den0);>> Gm,Pm,Wcg,Wcp=marg

10、in(num0,den0);>> disp幅值裕度=,num2str(20*log10(Gm),dB,相位裕度=,num2str(Pm),。可绘制未校正系统的bode 图，并求出未校正系统的幅值裕度为,相位裕度程序：num0=40;den0=conv(1,0,1,2);Gm1,Pm1,Wcg1,Wcp1=margin(num0,den0);r=50;r0=Pm1;w=logspace(-1,3);bode(num0,den0,w);mag1,phase1=bode(num0,den0,w)for epsilon=5:15 phic=(r-r0+epsilon)*pi/180; al

11、pha=(1+sin(phic)/(1-sin(phic); i1,ii=min(abs(mag1-1/sqrt(alpha); wc=w(ii); wc T=1/(wc*sqrt(alpha); numc=alpha*T,1;denc=T,1; num,den=series(num0,den0,numc,denc); Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(num,den); if(Pm>=r);break;endendprintsys(numc,denc)printsys(num,den)grid onmag2,phase2=bode(numc,denc,w);%bode(numc,denc,w);mag,phase=bode(num,den,w);%bode(num,den,w);grid onsubplot(2,1,1);semilogx(w,20*log10(mag),w,20*log10(mag1),'-',w,20*log10(mag2),'-.');grid;ylabel('幅值（dB）');title('-G0,-.Gc,-G0Gc');subplot(2,1,2);semilogx(w,phase,w,phase1,'-',w,phase2,'-.&#