自动控制理论实验指导书okaa副本.doc

电气工程学院 《自动控制理论》 实验指导书 陈湘萍编写 适用专业： 测控技术与仪器 贵州大学 二OO 四年六月 实验一：控制系统的瞬态响应 实验学时：2学时 实验类型：验证性 实验要求：必修 一、实验目的 通过实验熟悉二阶模拟系统的组成；研究系统参数对系统性能的影响。 二、实验内容 分别测量二阶系统工作在ξ=1，0ξ1， 和ξ 1三种状态下的单位阶跃响应曲线；取不同系统参数值计算二阶系统单位阶跃响应的超调量σP、峰值时间tp和调整时间ts值。 三、实验原理、方法和手段 典型二阶系统的传递函数为 其中为典型二阶系统的阻尼比，(n为无阻尼自然振荡角频率。当阻尼比为不同值时，单位阶跃响应有不同的形式，如下图所示。 二阶欠阻尼系统的暂态性能指标为 1、上升时间tr=（π-β）/(d 2、峰值时间 3、最大超调量 4、调节时间 四、实验组织运行要求 采用集中授课形式，以教师讲授实验原理及实验步骤、学生动手操作为主。 五、实验条件 计算机及MATLAB软件，共20套 六、实验步骤 1、启动MATLAB 6.5 ； 2、令(n = 6，阻尼比分别为0、0.3、0.7、0.85、1.0、2.0，根据要求输入指令，得到二阶系统阻尼比变化时的单位阶跃响应曲线。 wn=6; z=[0.1,0.3,0.7,0.85,1.0,2.0]; figure(1); hold on; for zl=z num=[wn^2]; den=[1,2*zl*wn,wn^2]; step(num,den); end title(‘Step Response’); hold off 3、令阻尼比= 0.7，(n = 2，4，6，8，10，根据要求输入指令，得到二阶系统无阻尼自然振荡角频率变化时的单位阶跃响应曲线。 z=0.7; w=[2:2:10]; figure(1) hold on for wn=w num=[wn^2]; den=[1,2*z*wn,wn^2]; step(num,den) end title(‘Step Response’) xlabel(‘Time (secs)’) ylabel(‘Amplitude’) hold off 七、思考题 1、如果阶跃输入信号的幅值过大，会在实验中产生什么后果？ 八、实验报告 实验报告要求： 1.画出控制系统二阶系统阻尼比变化和无阻尼自然振荡角频率变化时的单位阶跃响应曲线。 2、分析阻尼比、无阻尼自然振荡角频率(n 对系统暂态响应的影响。 九、其它说明 实验二：控制系统的稳定性分析 实验学时：2学时 实验类型：验证性 实验要求：必修 一、实验目的 通过观察三阶系统的单位阶跃响应曲线，定量了解开环放大系数对系统稳定性的影响。 二、实验内容 分别改变三阶系统开环放大系数K，测量三阶系统的单位阶跃响应曲线。 三、实验原理、方法和手段 典型三阶系统的传递函数为 Ｋ为系统开环放大系数，改变Ｋ参数，给系统加单位斜坡输入，观察三阶系统的单位斜坡响应曲线，了解开环放大系数对系统稳定性的影响。 四、实验组织运行要求 采用集中授课形式，以教师讲授实验原理及实验步骤、学生动手操作为主。 五、实验条件 计算机及MATLAB软件，共20套 六、实验步骤 １．启动MATLAB 6.5 ； 2．令K＝１.5，根据要求输入指令，得到三阶系统的单位斜坡响应曲线和误差曲线，求给定稳态误差终值。 num=1.5; den=poly([0 -1 -2]); [numc,denc]=cloop(num,den); dencl=[denc,0]; t=[0: 0.1: 15]’; y=step(numc,dencl,t); subplot(211),plot(t,[t y]),grid e=t-y; subplot(212),plot (t,e),grid esr=e(length(t)) ３．令K＝４，根据要求输入指令（见步骤2），得到三阶系统的单位斜坡响应曲线和误差曲线，求给定稳态误差终值。 七、思考题 1、为使系统能稳定工作，开环增益K应适当取小还是取大？ 八、实验报告 实验报告要求： 1、画出开环放大系数K改变时三阶系统单位斜坡响应曲线。 2、分析开环放大系数对系统稳定性的影响。 九、其它说明 实验三：利用根轨迹分析控制系统的性能 实验学时：2学时 实验类型：验证性 实验要求：必修 一、实验目的 通过实验了解控制系统根轨迹的测试方法，分析放大系数对