自动控制原理实验 二阶体系阶跃响应及性能分析.doc

广州大学学生实验报告 开课学院及实验室：实验中心 2013 年 11月10日 学 院 机电 年级、专业、班 姓名 学号 实验课程名称 自动控制原理 成绩 实验项目名称 二阶系统阶跃响应及性能分析 指导 教师 一、实验目的 实验内容 三、使用仪器、材料 四、实验过程原始记录(程序、数据、图表、计算等) 五、实验结果及总结 　 一、实验目的 1. 掌握控制系统时域响应曲线的绘制方法； 2.研究二阶系统特征参数对系统动态性能的影响,系统开环增益和时间常数对稳 定性的影响。 3. 能够计算阶跃响应的瞬态性能指标，对系统性能进行分析。 二.实验内容 实验１.典型二阶系统闭环传递函数 (1) 试编写程序，绘制出当ωn=6, ζ分别为0.1,0.4,0.7,1,1.3 时的单位阶跃响应; (2)试编写程序，绘制出当ζ=0.7, ωn 分别为2,4,6,8,10 时的单位阶跃响应; (3) 对上述各种单位阶跃响应情况加以讨论. 实验2. 设单位反馈系统的开环传递函数为 若要求系统的阶跃响应的瞬态性能指标为σp=10%, t s (5%) = 2s .试确定参数K 和a 的值, 并画出阶跃响应曲线，在曲线上标出σp 、ts(5%) 的数值。 实验3. 设控制系统如图3-1 所示。其中（a）为无速度反馈系统，（b）为带速度反馈系统，试(1)确定系统阻尼比为0.5 时的K1 值;(2) 计算并比较系统（a）和(b)的阶跃响应的瞬态性能指标;(3)画出系统（a）和(b)阶跃响应曲线，在曲线上标出 σp 、t s(5%) 的数值，以验证计算结果。 实验原理 1．impulse 求连续系统的单位冲激响应 格式1：impulse(sys) [Y,X,T]=impulse(sys) 格式2：impulse(sys,t) [Y,X]=impulse(sys,t) 格式3：impulse(sys,iu) [Y,X,T]=impulse(sys,iu) 格式4：impulse(sys,iu,t) [Y,X]=impulse(sys,iu,t) 说 明：sys 为tf(),zpk(),ss()中任一种模型。 对于不带返回参数的该函数在当前窗口中绘制出响应曲线。对于带有返回参数的 将不绘制曲线,其中Y 是输出向量 X 是状态向量，T 是时间向量 。t 为用户设定的时 间向量。对于MIMO 系统,iu 表示第iu 个输入到所有输出的冲激响应曲线。 2．step 求连续系统的单位阶跃响应 格式1： step (sys) [Y,X,T]=step(sys) 格式2： step (sys,t) [Y,X]=step(sys,t) 格式3： step (sys,iu) [Y,X,T]=step(sys,iu) 格式4： step (sys,iu,t) [Y,X]=step(sys,iu,t) 说 明：step()中的参数意义和implse()函数相同。如果用户在调用step()函数时不返回任何向量，则将自动地绘出阶跃响应输出曲线。 3.initial 求连续系统的零输入响应 格式1：initial(sys,x0) [Y,X,T]= initial(sys,x0) 格式2：initial(sys,x0,t) [Y,X,T]= initial(sys,x0,t) 说明： initial 函数可计算出连续时间线性系统由于初始状态所引起的响应（故而称为零输入响应）。 4．lsim 求任意输入信号时系统的响应 格式1：lsim(sys1,u,t) [Y,X]=lsim(sys1,u,t) 格式2：lsim(sys2,u,t,x0) [Y,X]=lsim(sys2,u,t,x0) 说明： u 为输入信号.t 为等间隔时间向量. sys1 为tf( )或zpk( )模型。 sys2 为ss( )模型。其中x0 为初始条件 5．dcgain 求系统的稳态(DC)增益 格式1：k=dcgain(num,den) 格式2：k=dcgain(a,b,c,d) 说明：格式2 可以计算从所有输入到所有输出的连续状态空间系统的稳态增益 6．Damp 求衰减因子和自然频率 格式：[Wn,z]=da