自动控制理论实验一自动控制理论实验一.doc

河南农业大学 自动控制理论 上 机 实 验 报 告 学院：机电工程学院 班级：13级电信一班 姓名： 学号： 实验一、二阶系统时域响应特性的实验研究 实验目的： 学习并掌握利用MATLAB编程平台进行控制系统时域仿真的方法。 通过仿真实验研究并总结二阶系统参数对时域响应特性影响的规律。 通过仿真实验研究并总结二阶系统附加一个极点和一个零点对时域响应特性影响的规律。 实验内容及要求： 实验内容： 自行选择二阶系统模型及参数，设计实验程序及步骤仿真研究二阶系统参数（,）对系统时域响应特性的影响；研究二阶系统分别附加一个极点、一个零点后对系统时域响应特性的影响；根据实验结果，总结各自的响应规律。 实验要求： 分别选择不少于六个的和取值，仿真其阶跃（或脉冲）响应。通过绘图展示参数，对时域响应的影响。不同和变化分别绘制于两幅图中。 通过图解法获得各时域响应指标，并进行比较，总结出二阶系统参数变化对时域系统响应特性影响的规律。 分别选择不少于六个取值的附加零点、极点，仿真其阶跃（或脉冲）响应，将响应曲线分别绘制于两幅图中，并与无零、极点响应比较。 通过图解法获得各响应的时域指标并进行比较分析系统附加零点、极点对二阶系统时域响应特性影响的规律。 以上仿真及图形绘制全部采用MATLAB平台编程完成。 实验方案设计： 实验结果：(实验方案设计以及实验结果一起写出) 实验要求一：1-1 代码： clear t=0:0.01:10; zeta=[0,0.2,0.3,0.6,0.7,1.2,1.5]; for i=1:length(zeta) num=1; den=[1,2*zeta(i),1]; y(:,i)=step(num,den,t); end plot(t,y,t,ones(length(t),1),k-.) axis([0 10 0 2.5]) gtext(zeta=0);gtext(zeta=0.2);gtext(zeta=0.3);gtext(zeta=0.6);gtext(zeta=0.7);gtext(zeta=1.2);gtext(zeta=1.5) 结果如下图： 图1 1-2： 代码： clear wn=[0.9,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,]; zeta=0.4; t=[0:0.01:10]; hold on for i=1:length(wn) num=[wn(i)^2]; den=[1,2*zeta*wn(i),wn(i)^2]; sys=tf(num,den); step(sys,t) end grid on gtext(wn=0.9);gtext(wn=1.1);gtext(wn=1.2);gtext(wn=1.3);gtext(wn=1.4);gtext(wn=1.5) 结果如下图： 图2： 实验要求二： 由以上两图，可得出当Wn不变时，随着ζ的增加，c(t)将从无衰减的周期运动变为有衰减的正弦运动，当ζ=1时c(t)呈现单调上升运动(无振荡)。 时域的各项指标，ζ越小，上升时间tr越短，峰值时间 tp越短，调整时间ts越长。ζ越大，超调量σ% 越小，响应的振荡性越弱，平稳性越好； 当ζ不变时，随着Wn的增大，上升时间tr减小，峰值时间 tp减小，调整时间ts减小。超调量σ%只与阻尼比有关，而与无阻尼振荡频率Wn无关。 综合来说，ζ过大，比如ζ1, 则系统响应迟缓，时间ts长，快速性差；若ζ过小，虽然响应的起始速度较快，tr和tp小，但振荡强烈，响应曲线衰减缓慢，调节时间ts亦长。 实验要求三： 3-1： 代码： wn=1; zeta=0.5; a=[1,2,3,4,5,6] t=[0:0.1:12] hold on den=[1,2*wn*zeta,wn^2]; for i=1:length(a) num=[wn^2/a(i),wn^2]; sys=tf(num,den); step(sys,t); end hold off grid on gtext(a=1);gtext(a=2);gtext(a=3);gtext(a=4);gtext(a=5);gtext(a=6) 结果如下图： 图3 3-2： 代码： sym s; wn=1; zeta=0.7; s=zpk(s); zero=[-1,-2,-3,-4,-5,-6]; t=0:0.1:20; hold on for i=1:length(zero) G=(s-zero(i))*wn^2/[-zero(i)*(s^2+1.4*s+wn^2)]; step(G,t) end hold off grid on gtext(zero=-1);