自动控制理论实验课件

1、自动控制理论实验,电气与新能源学院自动化系 实验地点：电气科学楼E2-209,课程简介,课时安排：4学时（1+1+2） 成绩评定：实验过程10分+实验报告（三份）5分 实验内容：一、控制系统的瞬态响应分析（1学时） （对应实验指导书实验四） 二、控制系统的根轨迹分析（1学时） （对应实验指导书实验六） 三、控制系统的频域分析（2学时） （对应实验指导书实验七） 使用教材：自动控制理论实验指导书,实验要求,要求人手一本实验指导书（或电子版）； 实验过程要求严格遵守纪律，有吵闹、手机上网、干与实验无关的事情等情况的将扣除相应的实验过程分； 希望提前完成实验内容的同学能够充分利用实验机会，自主学习指

2、导书上的思考与练习； 实验报告的内容主要包括：实验目的、实验过程、实验原始记录、实验分析与结论。实验报告必须写明网选班号和个人序号，实验报告分成三份，图表按顺序分开排好。同一个实验的图表尽量压缩在一张纸上； 按时提交实验报告（实验后二周内），报告不允许抄袭。,MATLAB简介,目前，MATLAB已经成为国际最流行的科学与工程计算软件之一。它以模块化的计算方法、可视化与智能化的人机交互功能、丰富的矩阵运算、图形绘制和数据处理函数，以及模块化的动态系统仿真工具，成为控制系统设计和仿真领域最受欢迎的软件系统。 在欧、美大学的应用代数、数量统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动

3、态系统仿真等课程的教科书中，都把MATLAB作为其中的内容。,MATLAB简介,1、有高性能数值计算的高级算法，特别适合矩阵代数领域；,2、有大量事先定义的数学函数，并且有很强的用户自定义函数的能力；,3、有强大的绘图功能；,4、有完整的帮助功能；,5、适合个人应用的强有力的面向矩阵（向量）的高级程序设计语言；,6、具有与其它语言编写的程序结合和输入输出格式化数据的能力；,7、有在多个应用领域解决难题的工具箱。,MATLAB简介,在命令窗口中，可以直接输入命令行来实现计算或作图功能。,MATLAB简介,程序编辑器中编写脚本文件（类似于批处理文件）和函数文件。,打开编辑器,编译和运行,MATLA

4、B简介,help命令,Help选项,MATLAB简介,单步执行,变量输入,命令执行,MATLAB简介,错误说明,没有分号,有分号,实验过程注意,1、注意()与的区别；,2、注意空格、逗号和分号的区别；,3、注意单引号的字符区别（单引号中可以输入中文）；,4、注意保存图表要用“另存为”，要改文件名；,5、注意及时保存图表，电脑重启后数据丢失。,实验一：控制系统的瞬态响应分析,实验目的： 1、掌握用MATLAB进行瞬态响应分析计算的方法； 2、掌握用MATLAB求系统的单位阶跃响应的方法； 3、掌握用MATLAB求系统的单位脉冲响应的方法； 4、掌握用MATLAB求系统的单位斜坡响应的方法； 5、

5、掌握用MATLAB求系统对任意信号的响应的方法。,实验要求： 1、实验图表的标题上必须注明姓名（中文）和学号； 2、按照实验步骤独立完成针对以传递函数表示的控制系统的瞬态响应分析。包括实验步骤1、2、3、4、5中的传递函数部分，状态空间部分不做要求。,实验一：控制系统的瞬态响应分析,1、系统表示：以s的降幂排列,2、系统获取：,系统的传递函数描述,实验一：控制系统的瞬态响应分析,3、单位阶跃响应：,4、单位脉冲响应：,计算系统的单位阶跃响应,时间间隔取值,计算系统的单位脉冲响应,实验一：控制系统的瞬态响应分析,5、图形绘制：,6、任意输入信号的响应：,计算系统在任意输入和初始条件下的时间响应,

6、在图形上加网格线,绘制线性坐标图形,r和t表示输入信号,在当前图形中添加标题,在图形上添加坐标说明,在图形上添加文字说明,实验一：控制系统的瞬态响应分析,生成的图表和数据：,1、步骤2中，传递函数 系统的单位阶跃响应曲线图；,2、步骤3中，传递函数 系统的单位脉冲响应曲线图；,3、步骤4中，传递函数 系统的单位斜坡响应曲线图；,4、步骤5中，传递函数 系统的单位斜坡响应曲线图（包括输入信号曲线）；,5、实验步骤中要求的其它数据和分析。,实验二：控制系统的根轨迹分析,实验目的： 1、掌握用MATLAB进行根轨迹分析的方法。,实验要求： 1、实验图表的标题上必须注明姓名和学号； 2、按照实验步骤独

7、立完成针对以传递函数表示的控制系统的根轨迹分析。包括实验步骤1、2、3、5。,1、系统表示：以s的降幂排列,2、s多项式乘积：,a、b两个s多项式的乘积,实验二：控制系统的根轨迹分析,特征方程,等效开环传递函数,3、画根轨迹：,4、确定增益：,计算根轨迹,由根轨迹的一组根确定相应的增益,实验二：控制系统的根轨迹分析,在rlocus命令之后使用，把可移动的x-y坐标覆盖到屏幕上，利用鼠标把x-y坐标的原点配置到根轨迹希望的点上，并且点击鼠标左键。在屏幕上会显示该点的坐标、增益值、以及相当于该增益值的闭环极点。,打开根轨迹上阻尼比=0.5的网格线（书上有错误）,5、图形绘制：,绘制线性坐标图形,将

8、绘图区域设置成平方纵横比,设定坐标轴范围,实验二：控制系统的根轨迹分析,生成的图表：,1、步骤2中，传递函数 系统的根轨迹图；,2、步骤3中，传递函数 系统的根轨迹图；,3、步骤5中，传递函数 系统的根轨迹图。,实验二：控制系统的根轨迹分析,5、实验步骤中要求的其它数据和分析。,4、步骤5中要求的阻尼比=0.5的闭环极点、对应增益值、对应所有极点的坐标等数据和分析；,实验三：控制系统的频域分析,实验目的： 1、掌握用MATLAB作Bode图的方法； 2、掌握用MATLAB作Nyquist图的方法； 3、掌握用MATLAB求系统的增益裕度、相位裕度、相位交接频率、增益交接频率的方法； 4、掌握用

9、MATLAB求闭环系统的谐振峰值、谐振频率和带宽的方法。,实验要求： 1、实验图表的标题上必须注明姓名和学号； 2、按照实验步骤独立完成针对以传递函数表示的控制系统的频域分析。包括实验步骤1、2、4。,1、画伯德图：,2、画奈奎斯特图：,生成伯德图,系统频率响应的实部和虚部,频率响应的幅值和相角,实验三：控制系统的频域分析,指定频率向量,生成奈奎斯特图,3、开环系统特性：,4、闭环系统特性：,生成裕度和频率,谐振峰值（分贝）,增益裕度、相位裕度、相位交接频率、增益交接频率,实验三：控制系统的频域分析,谐振频率,带宽,4、其它命令：,实验三：控制系统的频域分析,生成的图表：,1、步骤1中，传递函数 系统的伯德图；,2、步骤2中，传递函数 的开环系统伯德图、幅值曲线半对数坐标图、相角曲线半对