自动控制原理实验指导书MATLAB版

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1、一.自动控制原理实验指导1.实验一线性系统时域响应分析12.实验二线性系统的根轨迹73.实验三线性系统的频域分析124.实验四线性系统串联校正165.实验五数字PID控制22实验一线性系统时域响应分析一、实验目的1.熟练掌握step()函数和impulse()0数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。2.通过响应曲线观测特征参量：和©对二阶系统性能的影响。3.熟练掌握系统的稳定性的判断方法。二、基础知识及MATLAB函数1.基础知识时域分析法直接在时间域中对系统进行分析，对以提

2、供系统时间响应的全部信息，具有直观、准确的特点。为了研究控制系统的吋域特性，经常采用瞬态响应(如阶跃响应、脉冲响应和斜坡响应)。木次实验从分析系统的性能指标出发，给出了在MATLAB环境下获取系统时域响应和分析系统的动态性能和稳态性能的方法。川MATLAB求系统的瞬态响应时，将传递函数的分子、分母多项式的系数分别以s的降幕排列写为两个数组num、deno由于控制系统分子的阶次m—般小于其分母的阶次n,所以num中的数组元素与分子多项式系数之间自右向左逐次对齐，不足部分用零补齐，缺项系数也用零补上。用MATLAB

3、求控制系统的瞬态响应阶跃响应求系统阶跃响应的指令有：step(num,den)时间向量t的范围由软件口动设定，阶跃响应曲线随即绘出step(num,den,t)时间向量t的范围可以由人工给定(例如t=0:0.1:10)[y,x]=step(num,den)返回变量y为输出向量,x为状态向量在MATLAB程序中，先定义num,den数组，并调用上述指令，即可生成单位阶跃输入信号下的阶跃响应曲线图。考虑下列系统：竺二一R(s)52+45+25该系统可以表示为两个数组，每一个数组由相应的多项式系数组成，并且以s的降幕

4、排列。则matlab的调用语句：num=[0025];%定义分子多项式den二[1425];%定义分母多项式step(num,den)%调用阶跃响应函数求収单位阶跃响应曲线grid%画网格标度线xlabel(

5、6,yY1')和text(3.4,1.4,'Y2')笫一个语句告诉计算机，在他标点x二3.4,y-0.06上书写岀'YV。类似地，笫二个语句告诉计算机，在坐标点x=3.4,y=1.4上书写出'Y2'。图2-1二阶系统的单位阶跃响应urr-5!epRoMorvseof图2-2定义时间范围的单位阶跃响urrt-stepReserveoi若要绘制系统t在指定吋间(0-10s)内的响应曲线，则用以下语句:num=[0025];den=[l425];t=0:0.1:10;step(num,den,t)即可得到系统的单位阶

6、跃响应llll线在0-10s间的部分，如图2-2所示。2、脉冲响应①求系统脉冲响应的指令冇：impulse(num,don)吋间向量t的范围由软件自动设定，阶跃响应曲线随即绘岀impulse(num,den,t)时间向量t的范围可以由人工给定(例如t二0:0.1:10)[y,x]=impulse(num,den)返回变量y为输出向量，x为状态向量[y,x,t]=impulse(num,den,t)向量t表示脉冲响应进行计算的时间/?(!)"~52+0.25+1den=[l0.21];例：试求下列系统的单位脉冲响

7、应：在matlab中可表示为num=[001];ii叩ulse(num,den)gridtitle(^Unit-impulseResponseofG(s)=l/(s"2+0.2s+l)')由此得到的单位脉冲响应曲线如图2-3所示。②求脉冲响应的另一种方法应当指出，当初始条件为零时，G(s)的单位脉冲响应与sG(s)的单位阶跃响应相同。考虑在上例题中求系统的单位脉冲响应，因为对于单位脉冲输入量，R(s)二1所以等C(T=S1x_+0.25+1s因此，可以将G(s)的单位脉冲响应变换成sG(s)的单位阶跃响应。向M

8、ATLAB输入下列num和den,给出阶跃响应命令，可以得到系统的单位脉冲响应曲线如图2-4所示。num=[010];den=[l0.21];stcp(num,don)gridtitle('Unit-stepResponseofsG(s)=s/(s2+0.2s+l)J)Urit-kpUseResponseofG($>1/(s2*0.2s*1)Thw(sec)-08-0610203040