兰州理工大学-自动控制.doc

兰 州 理 工 大 学 《自动控制原理I》MATLAB分析与设计 仿真实验报告 院系：电气工程与信息工程学院 班级：自动化卓越班 姓名：庞士龙 学号： 时间：2017年05月25日 电气工程与信息工程学院 《自动控制原理I》MATLAB分析与设计仿真实验任务书（201） 一仿真实验内容及要求 1．MATLAB软件 要求学生通过课余时间自学掌握MATLAB软件的基本数值运算、基本符号运算、基本程序设计方法及常用的图形命令操作；熟悉MATLAB仿真集成环境Simulink的使用。 2．各章节实验内容及要求 1）第三章 线性系统的时域分析法 对教材第章习题3-5系统进行动态性能仿真，并与忽略闭环零点的系统动态性能进行比较，分析仿真结果； 对教材第章习题3-9系统的动态性能及稳态性能通过仿真进行分析，说明不同控制器的作用； 在MATLAB环境下选择完成教材第章习题3-，并对结果进行分析 在MATLAB环境下完成英文讲义P153.E3.3 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，在时，试采用微分反馈控制方法并通过控制器参数的优化使系统性能满足等指标。 2）第四章 线性系统的根轨迹法 在MATLAB环境下完成英文讲义P157.E4.5； 利用MATLAB绘制教材第四章习题4-5； 在MATLAB环境下选择完成教材第四章习题4-104-17，并对结果进行分析 在MATLAB环境下选择完成教材第四章习题，并对结果进行分析3）第五章 线性系统的频域分析法 利用MATLAB绘制本章作业中任意2个习题的频域特性曲线；4）第六章 线性系统的校正 利用MATLAB选择设计本章作业中至少2个习题的控制器，并利用系统的单位阶跃响应说明所设计控制器的功能 利用MATLAB完成教材控制器的设计及验证 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，试采用PD控制并控制器参数使系统性能满足给定的设计指标。 二仿真实验时间安排及相关事宜 1．依据课程教学大纲要求，仿真实验共6学时，教师应在第课程进度安排上机时间学生须在实验之前做好相应的准备，以确保在有限的机时内完成仿真实验要求的内容； 2．实验完成后按规定完成相关的仿真实验报告； 3．仿真实验报告请参照有关样本制作并打印装订。 自动化系《自动控制原理》课程组 第三章 线性系统的时域分析法 1.P135.3-5 已知单位反馈系统的开环传递函数为(对该系统进行动态性能仿真，并与忽略闭环零点的系统动态性能进行比较。 解：由题意可得系统的闭环传递函数为(),因此忽略闭环零点时的传递函数为（）：利用MATLAB来分析系统。MATLAB程序如下: num=[0.4 1];den=[1 0.6 0]; G1=tf(num,den); G2=1; G3=tf(1,den); G4=tf(num,1); sys=feedback(G1,G2,-1); sys1=feedback(G3,G4,-1); p=roots(den) t=0:0.01:10; figure(1) step(sys,r,sys1,b--,t);grid; xlabel(t);ylabel(c(t));title(); 系统的单位阶跃响应图如下：其中虚线为忽略闭环零点时的响应图，实线为有闭环零点的响应图。 由系统的响应图可以求得系统的动态性能如下： 系统 参数 上升时间 调节时间 峰值时间 峰值 超调量 有闭环零点（实线）sys 1.46 7.74 3.16 1.18 18 无闭环零点（虚线）sys1 1. 8.08 3.63 1.16 16.3 从系统的响应图可以知道：闭环零点的存在可以在一定程度上减小系统的调节时间和超调量，所以，在选择系统的时候应该同时考虑减小响应时间和减小超调量。 2. P139.3-9对系统的动态性能及稳态性能通过仿真进行分析，并说明不同控制器的作用； 解：由题意可得系统的闭环传递函数，其中当系统为测速反馈校正系统时的闭环传递函数为G(s)=，系统为比例-微分校正系统时的闭环传递函数为G(s)=。对系统进行MATLAB仿真： MATLAB程序如下： G1=tf([10],[1 1 0]); sys2=feedback(G1,1,-1); G2=tf([0.1 0],[1]); G3=feedback(G1,G2,-1); G4=series(1,G3); sys=feedback(G4,1,-1); G5=tf([0.1 0],[1]); G6=1; G7=tf([10],[1 1 0]); G8=parallel(G5,G6); G9=series(