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控制工程实验指导书201009
《机械控制工程基础》实验指导书
华东交通大学机电学院
实验一 典型环节模拟
一、实验目的
①了解、掌握计算机模拟典型环节的基本方法。
②熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。
③了解各种参数变化对典型环节动态特性的影响。
④了解计算机辅助分析和设计的特点与优点
二、实验要求
①通过计算机的仿真图形观测各种典型环节时域响应曲线。
②改变参数,观测参数变化时对典型环节时域响应的影响。
④对实验程序加上注释,写出实验报告。
三、实验内容
一般来讲,线性连续控制系统通常都是由一些典型环节构成的,这些典型环节有比例环节、积分环节、一阶微分环节、惯性环节、振荡环节、延迟环节等。下面分别对其性能进行仿真(建议实验程序在M文件中用单步执行的方式执行程序,以便于分析):
1)比例环节
比例环节的传递函数为:
编程分析当k=1~10时,比例环节在时域的情况:
①当输人信号是单位阶跃信号时,比例环节的输出曲线(单位阶跃响应曲线)是什么形状呢?实验程序如下:
for k=1:1:10
num=k;
den=1;
G=tf(num,den);
step(G);
hold on;
end
在M文件的窗口中,输入程序,录入程序完成后,保存该M文件,在弹出的“保存为”窗工中输人M文件名bl.m(也可以自己取文件名),选择存放该M文件的路径,就可以完成保存工作,然后单击“Tools”菜单中的“Run”,将在step图形窗口中显示出响应图形。试分析系统的输出信号的特点。
2)积分环节
积分环节的传递函数为:
当输人信号是单位阶跃信号时,积分环节的仿真程序如下:
num=1;
den=[1,0];
G=tf(num,den);
step(G)
执行程序,试分析系统的输出信号的特点。若G(s)=k/s,编程分析当K=1~10时,在单位阶跃信号激励下,积分环节时域响应的情况。
3)一阶微分环节
一阶微分环节的传递函数为:
①当输入信号是单位阶跃信号时,一阶微分环节的输出在MATLAB的函数step()中是无法绘制的。为了能够进行仿真,设置一个极点p,该极点|P|>>1/T,设极点P=-1000,T取值范围为:1~10。
实验程序如下:
for T=1:2:10;
num=[T,1];
den=[0.0001,1];
G=tf(num,den);
Step(G);
Hold on;
end
试分析一阶微分环节阶跃响应的特点以及T值的作用。
4)惯性环节
惯性环节的传递函数为:
①当输人信号是单位阶跃信号时,惯性环节的单位阶跃响应曲线是什么形状呢?
实验程序:
for T=1:2:10;
num=[1];
den=[T,1];
G=tf(num,den);
Step(G);
Hold on;
end
分析惯性环节的时间常数T与响应到达稳态值时间之间的关系。
5)振荡环节
振荡环节的传递函数为:
①当输入信号是单位阶跃信号时,振荡环节的单位阶跃响应曲线是什么形状呢?
实验参考程序如下(其中,T=6,ξ=0.1,0.4,0.7)
T=6;
for zeta=[0.1,0.4,0.7];
num=[1];
den=[T^2,2*T*zeta,1];
G=tf(num,den);
Step(G);
Hold on;
end
分析阻尼系数ξ对单位阶跃响应的影响
实验二 控制系统时域仿真和稳定性研究
凡是能用二阶微分方程描述的控制系统,都称为二阶控制系统。
典型二阶控制系统的闭环传递函数为:
当0<ξ<1时,二阶控制系统被称为欠阻尼系统;当ξ=1时,称为临界阻尼系统;当ξ>1时,称为过阻尼系统。
典型二阶控制系统的闭环传递函数有两个可选参数:ξ和ωn,根据不同的ξ和ωn的参数值,对二阶控制系统时域仿真和稳定性进行研究。
一、实验目的
①熟悉二阶控制系统的阶跃响应曲线。
②理解ξ和ωn参数变化对系统动态特性的影响。
二、实验要求
①通过计算机的仿真图形观测二阶控制系统的时域响应曲线。
②改变ξ和ωn,观测参数变化时对典型环节时域响应的影响。
对实验程序加上注释,写出实验报告。
三、实验内容
1)二阶控制系统时域响应和稳定性的仿真
在程序中,阻尼比ξ用变量zeta来表示。
当ωn=1,ξ=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9,1.0,2.0时的单位阶跃响应实验程序:
wn=1;
kos= [0.1:0.2:0.9,1.0,2.0];
for zeta = kos
num=wn^2;
den=[1,2*zeta*
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