控制工程基础 实验报告

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！成绩：《控制工程基础》课程实验报告班级：学号：姓名：9121102001南京理工大学2015年1月1《控制工程基础》课程仿真实验一、已知某单位负反馈系统的开环传递函数如下（25分）10G(s)s25s25借助MATLAB和Simulink完成以下要求：(1)把转换成零极点形式的传递函数，判断开环系统稳定性。MATLAB程序：clear;num=[10];den=[1525];sys=tf(num,den);[Z,P,K]=tf2zp(num,den)零极点形式的传递函数：G(s)(s2.54.4401j)(s2.50.43301j)由于极点均在左半平面，所以开环系统稳定。(2)计算闭环特征根并判别系统的稳定性，并求出闭环系统在0～10秒内的脉冲响应和单位阶跃响应，分别绘出响应曲线。闭环传递函数()Ts25ss特征方程q(s)s25s355j1155j115特征根ss2221由于根在左半平面，所以系统稳定。用simulink仿真：脉冲响应：2结果：阶跃响应：结果：3(3)当系统输入rt)t时，运用Simulink搭建系统并仿真，用示波器观察系统的输出，绘出响应曲线。曲线：4二、（25分）某单位负反馈系统的开环传递函数为：6s26s6s32G(s)频率范围s4s34s2s22（1）绘制频率响应曲线，包括Bode图和幅相曲线（NyquistMatlab语句：clear;num=[626620];den=[13422];sys=tf(num,den);bode(sys,{0.1,100})Bode图：5Matlab语句：clear;num=[626620];den=[13422];sys=tf(num,den);[z,p,k]=tf2zp(num,den)nyquist(sys)Nyquist图：6（2）根据Nyquist判据判定系统的稳定性。P=0N=0Z=P+N=0所以系统稳定（3）根据Bode图求出系统的截止频率以及幅值裕度与相位裕度。cMatlab语句：clear;num=[626620];den=[13422];sys=tf(num,den)margin(sys)图形：7由图可得截止频率=6.87rad/s，幅值裕度无穷大，相位裕度为82.8deg三、（25分）某单位负反馈系统如下图所示，(1)当比例控制器增益＝1时，在Simulink中搭建系统，当输入为阶跃函数时，用示波器观察系统的输出，绘出响应曲线，并求出系统在阶跃输入下的超调量(%和峰值时间(t)。pSimulink仿真：8结果：求超调量和峰值时间：程序如下：num=[10];den=[1510];[num2,den2]=cloop(num,den,-1)sys2=tf(num2,den2);[y,t,x]=step(sys2)mp=max(y);tp=spline(y,t,mp)cs=length(t);yss=y(cs)9ct=(mp-yss)/yss结果：系统阶跃响应的超调量为。系统的峰值时间tp为0.8393s(2)绘制当K0变化时，闭环系统的根轨迹。Matlab语句：clear;num=[10];den=[1510];sys=tf(num,den);[r,K]=rlocus(sys)rlocus(sys)根轨迹图：86)421es(s0ixAyranigamI0s(-1)(3)根据以上根轨迹，为使闭环系统在阶跃输入下超调量%30%且稳态误差e0.2，确定控制器增益K的范围。ss1ess由稳态误差公式可知，要使ess<0.2，则K>4。κ1而由下图可知，当K=3.92时，%=30.2%＞30%且随K增大而增10大，所以不存在符合的K值。8-5+(:8Frequency(r:6)4-5+(:2Frequency(r:12es(s0ixAyranigamI-5-3-5-2-5-1-505s(-1)四、（25分）若某单位反馈控制系统的开环传递函数为KG(s)s(ss（1）借助MATLAB和控制工具箱设计串联滞后校正网络，使校正后系统的静态速度误差系数K3，且相角裕度不低于450。v由题意得K=3，取相角裕度为50，利用matlab画出bode图Matlab程序：clear;num=[3];den=[0.51.510];sys=tf(num,den);margin(sys)Bode图：11=(r,=(rFrequency(r:t(:50)Bd(edutingaM)gedFrequency(r:(-(es-102Frequency(r由上图得20log=145→=5.309,z=0.1*0.491=0.0491,p=z/=0.00924s3(1)0.0491矫正后开环传递函数为s)ss(s1)(0.5s1)(1)0.00924验证此时的相位裕度和幅值裕度。Matlab程序如下：112结果如下：=(r,=2(rFrequency(r:t(:-)Bd(edu0tingaM)gedFrequency(r:(-(es-3-22Frequency(r此时相角裕度为45度，符合要求。（2（t,t,t,%等）并进行对比分析。rps113it9(:ti(edulpmA00123456789(可见峰值时间t为，由于响应不稳定所以无超调量和调节时间p校正后：Matlab程序如下：num=[3];den=[0.51.510];[num2,den2]=series(num,den,[20.3671],[108.2251]);G2=tf(num2,den2);step(feedback(G2,1))gridon结果如下：14i