自动控制理论实验报告.doc

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1、《自动控制理论》实验报告学院自动化学院专业班级       姓 名      学  号      自动控制理论实验指导书自动控制理论实验指导书目录实验一典型系统的时域响应和稳定性分析1实验二用MATLAB建立传递函数模型4实验三利用MATLAB进行时域分析7实验四线性定常控制系统的稳定分析27实验五利用MATLAB绘制系统根轨迹33实验六线性系统的频域分析38自动控制理论实验指导书48自动控制理论实验指导书实验一典型系统的时域响应和稳定性分析一、实验目的1．研究二阶系统的特征参量(ξ、ωn)对过渡过程的影响。2．研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定

2、性。3．熟悉Routh判据，用Routh判据对三阶系统进行稳定性分析。三、实验原理及内容1．典型的二阶系统稳定性分析1）典型二阶系统瞬态性能指标实验测试值理论分析系统开环传递函数为：G(s)=开环增益：K=200k/RT0=1，T1=0.2，k1=200k/R系统闭环传递函数为：W=其中自然振荡角频率：ωn=(1000K/R)^0.5；阻尼比：ξ=。参数项目R(KΩ)KωnξC(tp)C(∞)MP(%)tP(s)tS(s)响应情况理论值测量值理论值测量值理论值测量值0<ξ<1欠阻尼20107.070.351.2420.94431.0%29.7%0.4740.4

3、841.611.125有振荡ξ＝1临界阻尼96.12.083.220.77/0.944//1.611.109无振荡ξ>1过阻尼1601.252.51/0.944//1.61.914无振荡48自动控制理论实验指导书其中，，，欠阻尼临界阻尼过阻尼48自动控制理论实验指导书2）典型三阶系统在不同开环增益下的响应情况表1-2R(KΩ)开环增益K稳定性3040.97不稳定发散48自动控制理论实验指导书实验二用MATLAB建立传递函数模型一、实验目的（1）熟悉MATLAB实验环境，掌握MATLAB命令窗口的基本操作；（2）掌握MATLAB建立控制系统数学模型的命令及模型相

4、互转换的方法；（3）掌握使用MATLAB命令化简模型基本连接的方法；（4）学会使用Simulink模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。二、实验原理及内容控制系统常用的数学模型有四种：传递函数模型（tf对象）、零极点增益模型（zpk对象）、结构框图模型和状态空间模型（ss对象）。经典控制理论中数学模型一般使用前三种模型，状态空间模型属于现代控制理论范畴。1、有理函数模型【自我实践1】建立控制系统的传递函数模型：程序：num=[5];den=conv(conv([10],[11]),[144]);G=tf(num,den)结果：G=5--------------

5、-----------s^4+5s^3+8s^2+4s2、零极点模型【自我实践2】建立控制系统的零极点模型：程序：z=[-1-j;-1+j]p=[0;0;-5;-6;-i;i];k=8G=zpk(z,p,k)结果：48自动控制理论实验指导书G=8(s^2+2s+2)-------------------------s^2(s+5)(s+6)(s^2+1)3、控制系统模型间的相互转换【自我实践3】已知系统传递函数，求其等效的零极点模型。程序：num=[156]den=[1210]G=tf(num,den)W=zpk(G)结果:W=(s+3)(s+2)------

6、-----s(s+1)^2【自我实践4】建立控制系统的多项式模型：。程序：z=[-1;-2]p=[0;-5;-6;-3]k=8G=zpk(z,p,k)结果：G=8(s+1)(s+2)-------------------s(s+5)(s+6)(s+3)4、反馈系统结构图模型48自动控制理论实验指导书【自我实践5】已知系统前向通道的传递函数，求其单位负反馈闭环传递函数。程序:num=[21]den=[123]G=tf(num,den)feedback(G,1)结果:ans=2s+1-------------s^2+4s+448自动控制理论实验指导书实验三利用MA

7、TLAB进行时域分析一、实验目的(1)学会使用MATLAB编程绘制控制系统的单位阶跃响应曲线；(2)研究二阶控制系统中，x、wn对系统动态特性和时域指标的影响；(3)掌握准确读取动态特性指标的方法；(4)分析二阶系统闭环极点和闭环零点对系统动态性能的影响；(5)研究三阶系统单位阶跃响应及其动态性能指标与其闭环极点的关系；(6)研究闭环极点和闭环零点对高阶系统动态性能的影响；(7)了解高阶系统中主导极点与偶极子的作用；(8)了解系统阶跃响应、脉冲响应和斜坡响应输出曲线之间的联系与差别。二、实验原理及内容1.求系统的特征根2、求系统的闭环根、x和ωn3、零极点分布

8、图4、求系统的单位阶跃响应5、求阶跃响