自动控制原理实验报告.docx

1、自动控制原理实验报告自动控制原理实验报告学号：1142815105姓名：陈 顺 高专业：材料成型及控制工程2013.12实验一 系统的数学模型一、 实验目的和任务 1、 学会使用MATLAB的命令； 2、 掌握MATLAB有关传递函数求取及其零、极点计算的函数。3、 掌握用MATLAB 求取系统的数学模型二、 实验原理1、 MATLAB软件的使用2、 使用MATLAB软件在计算机上求取系统的传递函数三、 实验步骤1、求串联环节的传递函数： 串联后的传递函数为： MATLAB计算公式：num,den=series(num1,den1,num2,den2)2、 求并联环节的传递函数： 并联后的传递

2、函数为： MATLAB计算公式：num,den=parallel(num1,den1,num2,den2)3、 求单位反馈控制系统的传递函数：闭环传递传递函数为： MATLAB计算公式：num,den=cloop(num1,den1,sign)Sign参数：正反馈用1，负反馈用1。缺省情况为负反馈。4、 求闭环控制系统的传递函数：闭环传递函数为： MATLAB计算公式：num,den=feedback(num1,den1,num2,den2,sign)Sign参数：正反馈用1，负反馈用1。缺省情况为负反馈。5、 多项式相乘：多项式与相乘，需要先建立两个多项式对应的向量、，然后利用MATLAB函

3、数Conv()进行。例：a=1,2;b=2,3;c=conv(a,b) 上面三个命令就是求取多项式与相乘后的向量。四、 实验内容1、 自行利用MATLAB命令求取以下系统传递函数，并记录下结果。程序如下：numg=2;deng=1,1,0;numh=1,2;denh=1,3; num,den=feedback(numg,deng,numh,denh,1) （正反馈部分）printsys(num,den)num = 0 0 2 6den = 1 4 1 -4num/den = 2 s + 6 - s3 + 4 s2 + s 4num1=10;den1=1,1;num2=2,6;den2=1,4,

4、1,-4; （串联部分） num,den=series(num1,den1,num2,den2)num = 0 0 0 20 60den = 1 5 5 -3 -4numa=20,60;dena=1,5,5,-3,-4;numb=5,0;denb=1,6,8;numc,denc=feedback(numa,dena,numb,denb) （负反馈部分）printsys(numc,denc)numc = 0 0 0 20 180 520 480denc = 1 11 43 67 118 252 -32 num/den = 20 s3 + 180 s2 + 520 s + 480 - s6 + 1

5、1 s5 + 43 s4 + 67 s3 + 118 s2 + 252 s - 32五、 思考题 1、 实验内容中系统的反馈是什么反馈？答：正反馈和负反馈。2、 闭环系统的零、极点个数相等吗？各为多少？Z = -4，-2P = -3.4366+7.1637i-3.4366-7.1637i-0.1267答：由图可知不相等。零点个数为2，极点个数为3.实验二 控制系统的时域分析一、 实验目的和任务 1、 掌握用MATLAB对系统进行时间响应分析；2、 掌握一阶惯性系统以及二阶系统的时间响应特征以及系统性能与系统参数之间的关系。二、 实验原理1、 利用计算机对控制系统进行时域分析。2、 使用MATL

6、AB软件在计算机上对一、二阶系统进行时域分析。三、 实验步骤设输入x(t)，为输出为y(t)，仿真时间段为矩阵t。系统的传递函数用特征矩阵表示为： 利用MATLAB求取系统时间响应的函数有：求取单位阶跃响应： 求取单位脉冲响应： 求取任意输入的时间响应： (注：u表示输入列向量)1. 使用MATLAB求一阶惯性系统的单位阶跃响应曲线。系统传递函数如下： 在命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后结果t=0:.5:5;y=1-exp(-2*t);plot(t,y,r);axis0 5 0 1.1;set(gca,ytick,0:.1:1.1);title(y(t)=1-exp(-2t);xl

7、abel(t);ylabel(y(t);grid若系统传递函数为：自行编制在命令窗口运行命令，求其单位阶跃响应，并与上面的结果进行比较，把结论写入实验报告。程序：t=0:.5:5;y=1-exp(-2*t);plot(t,y,r);axis0 5 0 1.1;set(gca,ytick,0:.1:1.1);title(y(t)=1-exp(-2t);xlabel(t);ylabel(y(t);grid比较得出结论： T值的大小反应系统的惯性。T值小，惯性小，响应速度快；T值大，响应速度慢。四、 实验内容使用MATLAB求二阶系统的单位阶跃响应曲线。系统传递函数如下： （其中： 从0变化到2）在

8、命令窗口如下运行命令，并记录各命令运行后结果。syms sfor zeta=0:0.2:0.8,1:0.5:2wn=0.4;wn=sym(num2str(wn);zet=sym(num2str(zeta);if zeta=0figure(1)ezplot(ilaplace(wn2/（s2+wn2),0 80);grid ontitle(xi=0)elseif zeta=1 figure(2) ezplot(ilaplace(wn2/s/(s+wn)2),0 80);hold on;else figure(2)ezplot(ilaplace(wn2/s/(s2+2*zet*wn+wn2),0 8

9、0);hold on;endendendgrid on;title(xi:0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.5,2.0)axis(0 80 0 1.8)gtext(0.4)gtext(1.0)gtext(2.0)比较不同值系统的响应曲线，有何结论？结论：当t时,振荡越来越小都趋向于1五、 思考题 1、 一阶系统的时间常数T对系统阶跃响应的影响。答：一阶系统的时间常数不同，其调整时间不同，时间常数越大，过渡过程越长（惯性越大），反之，依然。2、 二阶系统阻尼比对系统阶跃响应的影响。答： =0：是一条平均值为1的等幅余弦振荡曲线；01:暂态分量是两个指数之和，单调上升。阻尼比高影响是响应慢了 响应的调节时间变长 但是优点是平稳性好 超调变小 反之则反之。