自动控制系统的时域频域分析

《自动控制系统的时域频域分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、微机测试技术综合训练设计说明书摘要Ⅰ第一章绪论11.1自动控制理论发展概述11.2Matlab简介2第二章控制系统的时域分析与校正22.1概述22.2一阶系统的时间响应及动态性能32.3二阶系统的时间响应及动态性能42.4高阶系统的阶跃响应、动态性能及近似11第三章控制系统的频域分析与校正133.1概述133.2频率特性的表示方法143.3频率特性的性能指标153.4典型环节的频率特性17第四章结论23课程设计总结24参考文献25附录26Ⅰ微机测试技术综合训练设计说明书摘要系统利用Matlab进行控制系统时域与频域的分析与设计，对控制系统的给定数学模型，研

2、究系统性能与系统结构、参数之间的关系。其仿真过程是以某种算法从初态出发，逐步计算系统的响应，最后绘制出系统的响应曲线，即可分析系统的性能。自动控制系统的计算机仿真是一门涉及到计算机技术、计算数学与控制理论、系统辨识、控制工程以及系统科学的综合性学科。控制系统仿真就是以控制系统的模型为基础，主要用数学模型代替实际的控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。控制系统最常用的时域分析法，就是在输入信号的作用下，求出系统的输出响应。系统采用单位阶跃响应为输入信号，求出各典型环节（一阶、二阶及高阶）的输出响应，分析各响应在阻尼比和固有频率变化时对

3、输出响应的影响，从而可以选择最优方案，提高系统的快速性。而频域分析法是应用频率特性研究控制系统的一种经典方法，以此可直观的表达出系统的频率特性，其主要方法有Bode图、Nyquist曲线、Nichols图，由于编写M文件时三种方法只需改变固定的命令，所以系统主要研究Bode图。同样是研究响应的典型环节，及比例、微分、积分、惯性、二阶振荡与高阶环节，分析其对数幅频特性与对数相频特性。经过对两种分析方法的对比与分析，得出了时域分析法与频域分析法的关系与区别。若已知控制系统的闭环传递函数，另外系统的阶次不是很高时，采用时域分析法较合适；而如果系统的开环传递函数未

4、知，或者系统的阶次较高，就需采用频域分析法。通过对控制系统的仿真与分析从本质上区分了时域分析法和频域分析法的利弊，从而对不同的系统可以快速的找到合适的方法，达到实验的预期目的。关键词：自动控制系统；时域/频域分析；MatlabⅠ微机测试技术综合训练设计说明书第一章绪论1.1自动控制理论发展概述自动控制理论是在人类征服自然地生产实践活动中孕育、产生，并随着社会生产和科学技术的进步而不断发展、完善起来的。早在古代，劳动人民就凭借生产实践中积累的丰富经验和对反馈概念的直观认识，发明了许多闪烁控制理论智慧火花的杰作。我国北宋时代苏颂和韩公廉利用天衡装置制造的水运仪

5、象台，就是一个按负反馈原理构成的闭环非线性自动控制理论；1681年DennisPapin发明了用做安全调节装置的锅炉压力调节器；1765年俄国人普尔佐诺夫发明了蒸汽锅炉水位调节器。1788年，英国人瓦特在他发明的蒸汽机上使用了离心调速器，解决了蒸汽机的速度控制问题，引起了人们对控制技术的重视。之后，人们曾经试图改善调速器的准确性，却常常导致系统产生振荡。1868年，英国物理学家麦克斯韦通过对调速系统线性常微分方程的建立与分析，解释了瓦特速度控制系统中出现的不稳定问题，开辟了用数学方法研究控制系统的途径。此后，英国数学家劳斯和德国数学家古尔维茨独立的建立了直

6、接根据代数方程的系数判别系统稳定性的准则。这些方法奠定了经典控制理论中时域分析法的基础。1932年，美国物理学家乃奎斯特研究了长距离电话信号传输中出现的失真问题，运用了复变函数理论建立了以频率特性为基础的稳定性判据，奠定了频率响应法的基础。随后伯德和尼克尔斯进一步将频率响应法加以发展，形成了经典控制理论的频域分析法。之后，以传递函数作为控制系统的数学模型，以时域分析法、频域第38页共36页微机测试技术综合训练设计说明书分析法为主要分析设计工具，构成了经典控制理论的基本框架。到20世纪60年代初，一套以状态方程作为描述系统的数学模型，以最优控制和卡尔曼滤波为

7、核心的控制系统分析、设计的新原理和方法基本确定，现代控制理论应运而生。控制理论目前还在向更深、更广阔的领域发展，在信息与控制学科研究中注入了蓬勃的生命力，引导人们去探讨更为深刻的运动机理。1.2Matlab简介Matlab程序设计语言是美国MathWorks公司于20世纪80年代推出的高性能数值计算软件。其功能强大，适用范围广泛，且提供了丰富的库函数（M文件），编程效率高。Matlab无论作为科学研究与工程运算的工具，还是作为计算机辅助的教学工具，都是不可多得的。由于Matlab如此强大的功能，所以它特别适合用来对控制系统进行计算与仿真。系统的设计就是基于

8、Matlab，在正文中再做详细介绍。第二章控制系统的时域分析与校正