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测控技术基础课程设计
num=[2.7];
den=[1,0.8,0.64];
t=0:0.01:20;
step(num,den,t);
[y,x,t]=step(num,den,t) ; %求单位阶跃响应
maxy=max(y); %响应的最大偏移量
yss=y(length(t)); %响应的终值
pos=100*(maxy-yss)/yss; %求超调量
for i=1:2001
if y(i)==maxy
n=i;end
end
tp=(n-1)*0.01; %求峰值时间
y1=1.05*yss;
y2=0.95*yss;
i=2001;
while i0
i=i-1;
if y(i)=y1
y(i)=y2;
m=i;
break
end
end
ts=(m-1)*0.01; %求调节时间
title(单位阶跃响应)
Grid
运行程序后,得到此二阶系统的单位跃阶响应曲线
图2-1 二阶系统的单位跃阶响应曲线
通过matlab求得的性能指标为:
最大超调量为: =16.3357%
峰值时间为:=4.5300
调节时间为: = 6.6100
2.2. 二阶系统的动态响应分析
2.2.1. 二阶系统的单位阶跃响应与参数的关系.
已知二阶系统传递函数为
设定时,试计算当阻尼比从0.1到1时二阶系统的阶跃响应,编写matlab程序,如下所示:
clc,clear
num=1;y=zeros(200,1);i=0;
for bc=0.1:0.1:1
den=[1,2*bc,1];
t=[0:0.1:19.9];
sys=tf(num,den);
i=i+1;
y(:,i)=step(sys,t);
end
mesh(flipud(y),[-100,20])
运行该程序,绘制一簇阶跃响应三维图,如图所示
图2-2 阶跃响应三维图
由图可知,系统阻尼比的减小,直接影响到系统的稳定性,阻尼比越小系统的稳定性越差。越接近于1时,系统越接近于临界稳定
当阻尼比=-0.05、0.1、1.2时的时域特性仿真程序为:
clc,clear
num=1;y=zeros(200,1);j=0;
bc=[0.045 0.056 0.1];
for i=1:3
den=[1,2*bc(i),1];
t=[0:0.1:19.9];
sys=tf(num,den);
step(sys,t);
grid
hold on
end
legend(阻尼比为-0.05,阻尼比为0.1,阻尼比为1.2)
图2-3 阻尼比=-0.05、0.1、1.2时的响应曲线
由图可知,阻尼比=-0.05时,即小于0时,系统不稳定;01时,系统虽稳定,但在过渡过程特性曲线的初始阶段也有振荡,这是因为阻尼比越小,靠近虚轴附近极点的影响所致。1时,系统接近于一阶系统的特性曲线。
2.2.2. 二阶系统的单位阶跃响应与参数的关系.
已知二阶系统传递函数为
设定时,分别分析无阻尼固有频率为1、3、5时二阶系统的阶跃响应,编写matlab程序,如下所示:
clc,clear
xi=0.3;
hold on
for w=1: 2: 5
num=w^2;
den=[1 2*xi*w w^2];
step(num, den)
end
legend(无阻尼固有频率为1,无阻尼固有频率为3,无阻尼固有频率为5)
grid on
运行程序,得到无阻尼固有频率为1、3、5时二阶系统的阶跃响应曲线:
图2-4 为1、3、5时二阶系统的阶跃响应曲线
可以看出,当时,随着的增大,系统单位响应的振荡周期变短,其调整时间也相应地缩短;当1时,系统变成临界阻尼或欠阻尼系统,这时也有类似的结论,。下图即为时对应的阶跃响应曲线:
图2-5 时对应的阶跃响应曲线:
设计体会
经过为期两周的机械测试课程设计,我从中学会了很多。在课堂上学到的知识和理论很抽象,很多时候都不能够真正了解,经过这次的课程设计,通过自己动手,用matlab仿真,探索和体会课堂上学到的知识,对二阶系统以及一般系统的特性有了更深的了解。
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