简单控制系统设计与Matlab实现.docx

.... .. .. . . .. . . . . 2011-2012 学年第 1 学期 院 别: 课程名称 : 自动控制原理 实验名称 : 二阶系统时域响应特性的实验研究实验教室 : 指导教师 : 小组成员（，学号，实验权重） : 实验日期： 评 分： 一、实验目的 1、深刻理解串联超前网络和滞后网络对系统性能的调节作用； 2、掌握串联超前和滞后校正网络的设计方法； 3、学习并掌握计算机辅助控制系统设计方法； 4、通过实验，总结串联超前和滞后校正的特点，以及对系统性能影响的规律。二、实验任务及要求 （一）实验任务 如图（ a）所示为大型卫星天线系统，为跟踪卫星的运动，必须保证天线的准确定位。天线指向控制系统采用电枢控制电机驱动天线，其框图模型如图（ b）所示。若要求：（1）系统在斜坡作用下的稳态 误差小于 10%；（2）系统相角裕度大于 40 度；（3）阶跃响应的超调量小于 25%，调节时间小于 2s。通过 实验请完成下列工作： R(s)  控制器 Gc ( s) D(s) 电机和天线 10  Y (s) s(0.1s 1)( 0.2 s 1) 图（ a） 天线 图（ b）天线指向控制系统 1、若不加校正网络 ，通过实验绘制系统阶跃响应曲线和开环 bode 图，观察系统能否满足上述性能指标要求。 2、若 Gc (s) K p ，通过绘制系统根轨迹图，确定使系统稳定的 K p 值围；并通过实验研究仅调节参 数K p 是否能满足指标要求。要求至少选择三个 K p 值分别绘制阶跃响应曲线和 bode 图加以说明。 3、设计合适的超前校正网络 Gc ( s) , 使系统满足性能指标要求。并通过实验图形反映校正过程和实 验结果。提示：如果一级超前无法满足要求，则可设计二级超前网络。 4、设计合适的滞后校正网络 G c ( s) ，使系统满足性能指标要求。并通过实验图形反映校正过程和实 验结果。 5、列表说明超前校正和滞后校正的效果、优点、缺点、适用场合 。 6、计算干扰 （二）实验要求 D ( s) 对输出 s Y( s) 的影响（可以假定 R(s) 0 ） 。 1、通过实验选择校正网络的参数使校正后的系统满足设计要求； . . . . . . .. . . . . 2、通过实验总结超前校正、滞后校正的控制规律； 3、总结在一定控制系统性能指标要求下，选择校正网络的原则； 4、采用人工分析与 MATLAB平台编程仿真结合完成设计实验任务。三、实验方案设计（含实验参数选择、控制器选择、仿真程序等） 不加校正网络： %系统阶跃响应 t=[0:0.01:10] num=[10]; den=[0.02 0.3 1 0]; [y x t]=step(num,den,t); plot(t,y, k ); xlabel( wn t ); ylabel( Y(t) ); grid on; %系统开环波特图 w=logspace(-1,3,200); num=[10]; z=conv([1 0],[0.1 1]) ； p=[0.2 1] ； den=conv(z,p); sys=tf(num,den) bode(sys) grid on 增加Gc (s) K p ： %绘制跟轨迹 num=[10]; den=[0.02 0.3 1 0]; sys=tf(num,den) rlocus(sys); rlocfind(sys) ； rlocfind(sys) ； gtext( 不稳定 ) ； gtext( 稳定 ) ； grid on; %根据跟轨迹图选取 Kp的三个值为 0.5 ，0.707 ，1.2 绘制阶跃响应曲线 t=[0:0.01:10] ； num1=[5];num2=[7.07];num3=[12]; den=[0.02 0.3 1 0]; [y1 x t]=step(num1,den,t); [y2 x t]=step(num2,den,t); [y3 x t]=step(num3,den,t); plot(t,y1, k ,t,y2, r ,t,y3, b ); legend( Kp=0.5 , Kp=0.707 , Kp=1.2 ,4); xlabel( wn t ); ylabel( Y(t) ); grid on; %绘制开环波特图 w=logspace(-1,3,200); num1=[5];num2=[7.07];num3=[12]; z=conv([1 0],[0.1 1]);p=[0.2 1];den=conv(z,p); sys1=tf(num1,den); sys2=tf(num2,den); sys3=tf(num3,den); subplot(1,3,1) bode(sys1) ti