南邮自动控制原理上机报告..docx

南京邮电大学实验报告（2016/2017学年第一学期）实验名称：一．控制系统的时域分析二．线性系统的根轨迹研究三．系统的频率响应与稳定性分析四．连续系统串联校正课程名称：自动控制原理班级学号：名：杜楷指导老师：周颖实验一控制系统的时域分析1.1实验目的：观察控制系统的时域响应；记录单位阶跃响应曲线；掌握时间响应分析的一般方法；初步了解控制系统的调节过程。1.2实验步骤：开机进入Matlab2012运行界面。Matlab指令窗：Command Window. 运行指令：con_sys; 进入本次实验主界面。分别双击上图中的三个按键，依次完成实验内容。本次实验的相关Matlab函数：tf([num],[den])可输入一传递函数。step(G,t)在时间范围t秒内，画出阶跃响应图。实验内容：观察一阶系统G=1/(T+s) 的时域响应：取不同的时间常数T，分别观察该系统的脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应以及单位加速度响应。脉冲响应:T=5sT=7s阶跃响应:T=7sT=9s斜坡响应:T=9sT=11s单位加速度响应:T=11sT=13s二阶系统的时域性能分析：(1)调节时间滑块，使阶跃响应最终出现稳定值。(2)结合系统的零极点图，观察自然频率与阻尼比对极点位置的影响。自然频率越大，阻尼比越大，零极点之间的角度越小。(3)结合时域响应图，观察自然频率与阻尼比对阶跃响应的影响。自然频率越小，阻尼比越小，系统的阶跃响应幅值越大。(4)调节自然频率与阻尼比，要求：Tr0.56sTp1.29sTs5.46超调不大于5％.记录下满足上述要求的自然频率与阻尼比。自然频率=6.624rad/sec阻尼比=0.69058自然频率=16.9538rad/sec阻尼比=0.73578结合《自动控制原理》一书，Page 135，题3_10. 分别观察比例_微分与测速反馈对二阶系统性能的改善。(1).按原始的调节参数输入，调节时间滑块，使阶跃响应最终出现稳定值。(2).采用不同的G输入，观察各项性能指数。调节时间Ts=7.4233s上升时间Tr=1.3711s超调量Delt=39.5344%峰值时间Tp=2.3191s调节时间Ts=14.846s上升时间Tr=2.7423s超调量Delt=39.5244%峰值时间Tp=4.6382s(3).分别取不同的K3，观察比例_微分控制对系统性能的改善。比例_微分控制能有效改善系统性能使系统更快趋于稳定。（4）设置不同的K4，观察测速反馈对系统性能的影响。测速反馈能有效改善系统性能使系统更快趋于稳定。(5).调节各个参数，使系统阶跃响应满足：上升时间Tr3.5s超调量 2%.记录下此时各个参数数据。实验二线性系统的根轨迹研究实验目的考察闭环系统根轨迹的一般形成规律。观察和理解引进零极点对闭环根轨迹的影响。观察、理解根轨迹与系统时域响应之间的联系。初步掌握利用产生根轨迹的基本指令和方法。实验内容根轨迹绘制的指令法、交互界面法；复平面极点分布和系统响应的关系。已知单位负反馈系统的开环传递函数为，实验要求：试用MATLAB的rlocus指令，绘制闭环系统根轨迹。（要求写出指令，并绘出图形。）指令：G=tf([1 2],[1 8 26 40 25]) rlocus(G)利用MATLAB的rlocfind指令，确定根轨迹的分离点、根轨迹与虚轴的交点。（要求写出指令，并给出结果。）指令：rlocfind(G)分离点：-2.0095 + 1.0186iK=0.0017与虚轴的交点：-0.0000 + 3.6025i K=65.8411利用MATLAB的rlocfind指令,求出系统临界稳定增益,并用指令验证系统的稳定性。系统临界稳定增益：65.8411由于系统无右半平面的开环极点，且奈奎斯特曲线不包围（-1，j0）点，系统稳定。利用SISOTOOL交互界面，获取和记录根轨迹分离点、根轨迹与虚轴的交点处的关键参数，并与前面所得的结果进行校对验证。（要求写出记录值，并给出说明。）指令：SISOTOOL(G)原值：K=0.00017校正值：K=0.000169原值：K=65.8411校正值：K=71.8在SISOTOOL界面上，打开闭环的阶跃响应界面，然后用鼠标使闭环极点（小红方块）从开环极点开始沿根轨迹不断移动，在观察三个闭环极点运动趋向的同时，注意观察系统阶跃响应的变化。根据观察，（A）写出响应中出现衰减振荡分量时的K的取值范围，（B）写出该响应曲线呈现“欠阻尼”振荡型时的K的取值范围。（A）0K71.8（B）0K71.8添加零点或极点对系统性能的影响，以二阶系统为例开环传递函数添加零点，增加系统阻尼数，超调量减小，在sisotool界面上做仿真，写出未添加零点时系统的超调量，峰值，调节时间，添加零点后