自动控制原理MATLAB实验报告.doc

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1、实验一典型环节的MATLAB仿真一、实验目的1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。二、实验原理1．比例环节的传递函数为其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1所示。图1比例环节的模拟电路及SIMULINK图形2．惯性环节的传递函数为其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图2所示。图2惯性环节的模拟电路及SIMULINK图形3．积分环节(I)的传递函数为其对应的模拟电路及SIMUL

2、INK图形如图3所示。图3积分环节的模拟电路及及SIMULINK图形4．微分环节(D)的传递函数为其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图4所示。图4微分环节的模拟电路及及SIMULINK图形5．比例+微分环节（PD）的传递函数为其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图5所示。图5比例+微分环节的模拟电路及SIMULINK图形曲线6．比例+积分环节（PI）的传递函数为其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图6所示。图6比例+积分环节的模拟电路及SIMULINK图形曲线三、实验容按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK仿真模型，观察并记录

3、其单位阶跃响应波形。①比例环节和；②惯性环节和③积分环节④微分环节⑤比例+微分环节（PD）和⑥比例+积分环节（PI）和四、实验报告记录各环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响。①比例环节：（如图7所示）（如图8所示）②惯性环节：（如图9所示）（如图10所示）①积分环节：（如图11所示）②微分环节：（如图12所示）③比例+微分环节（PD）：（如图13所示）（如图14所示）④比例+积分环节（PI）：（如图15所示）（如图16所示）实验二基于MATLAB控制系统单位阶跃响应分析一.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

4、.研究二阶控制系统中，wn对系统阶跃响应的影响。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。二、实验报告已知单位负反馈前向通道的传递函数为：1.试作出其单位阶跃响应曲线，准确读出其动态性能指标，并记录数据。2.分析ωn不变时，改变阻尼比，观察闭环极点的变化及其阶跃响应的变化。当x＝0，0.25，0.5，0.75，1，1.25时，求对应系统的闭环极点、自然振荡频率及阶跃响应曲线。3.保持x＝0.25不变，分析ωn变化时，闭环极点对系统单位阶跃响应的影响。当wn＝10，30，50时，求系统的阶跃响应曲线。4.分析

5、系统零极点对系统阶跃响应的影响。实验三基于MATLAB控制系统的根轨迹及其性能分析一、实验目的1.熟练掌握使用MATLAB绘制控制系统零极点图和根轨迹图的方法。2.学会分析控制系统根轨迹的一般规律。3.利用根轨迹图进行系统性能分析。4.研究闭环零、极点对系统性能的影响。二、实验原理1.根轨迹与稳定性当系统开环增益从变化时，若根轨迹不会越过虚轴进入s右半平面，那么系统对所有的K值都是稳定的；若根轨迹越过虚轴进入s右半平面，那么根轨迹与虚轴交点处的K值，就是临界开环增益。应用根轨迹法，可以迅速确定系统在某一开环增益或某一参数下的闭环零、极点位置，从而得到相应的

6、闭环传递函数。2.根轨迹与系统性能的定性分析1）稳定性。如果闭环极点全部位于s左半平面，则系统一定是稳定的，即稳定性只与闭环极点的位置有关，而与闭环零点位置无关。2）运动形式。如果闭环系统无零点，且闭环极点为实数极点，则时间响应一定是单调的；如果闭环极点均为复数极点，则时间响应一般是振荡的。3）超调量。超调量主要取决于闭环复数主导极点的衰减率，并与其它闭环零、极点接近坐标原点的程度有关。4）调节时间。调节时间主要取决于最靠近虚轴的闭环复数极点的实部绝对值；如果实数极点距虚轴最近，并且它附近没有实数零点，则调节时间主要取决于该实数极点的模值。5）实数零、极点

7、影响。零点减小闭环系统的阻尼，从而使系统的峰值时间提前，超调量增大；极点增大闭环系统的阻尼，使系统的峰值时间滞后，超调量减小。而且这种影响将其接近坐标原点的程度而加强。三、实验报告1.已知系统的开环传递函数，绘制系统的零极点图。2.若已知系统开环传递函数，绘制控制系统的根轨迹图，并分析根轨迹的一般规律。实验四线性系统的频域分析一、实验目的1．掌握用MATLAB语句绘制各种频域曲线。2．掌握控制系统的频域分析方法。二、实验报告1．典型二阶系统绘制出，，0.3，0.5，0.8，2的bode图，记录并分析对系统bode图的影响。2．系统的开环传递函数为绘制系统的

8、Nyquist曲线、Bode图，说明系统的稳定性，并通过绘制阶跃响