自动控制原理MATLAB实验报告17270.pdf

⾃动控制原理MATLAB实验报告

实验⼀典型环节的MATLAB仿真

⼀、实验⽬的

1．熟悉MATLAB桌⾯和命令窗⼝，初步了解SIMULINK功能模块的使⽤⽅法。2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作⽤下

的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。

3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。⼆、实验原理

1．⽐例环节的传递函数为

KRKRRR

ZZsG200,1002)(211

212==-=-=-

=

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1所⽰。

2．惯性环节的传递函数为

ufCKRKRsCRRRZZsG1,200,1001

2.021)(1211212

12===+-=+-=-

=

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图2所⽰。

图1⽐例环节的模拟电路及SIMULINK图形

图2惯性环节的模拟电路及SIMULINK图形

3．积分环节(I)的传递函数为

ufCKRs

sCRZZsG1,1001.011)(111112==-=-=-

=

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图3所⽰。

4．微分环节(D)的传递函数为

ufCKRssCRZZsG10,100)(11111

2

==-=-=-

=ufCC01.012=

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图4所⽰。

5．⽐例+微分环节（PD）的传递函数为

)11.0()1()(111

212+-=+-=-

=ssCRRR

ZZsGufCCuf

CKRR01.010===

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图5所⽰。

图3积分环节的模拟电路及及SIMULINK图形

图4微分环节的模拟电路及及SIMULINK图形

图5⽐例+微分环节的模拟电路及SIMULINK图形曲线

6．⽐例+积分环节（PI）的传递函数为

)1

1(1

)(11212sRsCRZZsG+-=+-=-=ufCKRR10,100121===

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图6所⽰。

三、实验内容

按下列各典型环节的传递函数，建⽴相应的SIMULINK仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。

①⽐例环节1)(1=sG和2)(1=sG；②惯性环节11)(1+=

ssG和1

5.01

)(2+=ssG③积分环节11()Gss=④微分环节ssG=)(1

⑤⽐例+微分环节（PD）2)(1+=ssG和1)(2+=ssG⑥⽐例+积分环节（PI）ssG11)(1+=和ssG211)(2+=

四、实验报告

记录各环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响。①⽐例环节：

1)(1=sG（如图7所⽰）2)(1=sG（如图8所⽰）

图6⽐例+积分环节的模拟电路及SIMULINK图形曲

②惯性环节：

11)(1+=ssG（如图9所⽰）15.01

)(2+=ssG（如图10所⽰）

③积分环节：11()Gss=（如图11所⽰）

④微分环节：ssG=)(1（如图12所⽰）

⑤⽐例+微分环节（PD）：

2)(1+=ssG（如图13所⽰）1)(2+=ssG（如图14所⽰）

⑥⽐例+积分环节（PI）：

ssG11)(1+=（如图15所⽰）s

sG211)(2+=（如图16所⽰）

实验⼆基于MATLAB控制系统单位阶跃响应分析

⼀.实验⽬的

1.学会使⽤MATLAB编程绘制控制系统的单位阶跃响应曲线。

2.研究⼆阶控制系统中，ωn对系统阶跃响应的影响。

3.掌握准确读取动态特性指标的⽅法。

4.分析⼆阶系统闭环极点和闭环零点对系统动态性能的影响。⼆、实验报告

已知单位负反馈前向通道的传递函数为：

1.试作出其单位阶跃响应曲线，准确读出其动态性能指标，并记录数据。

2.分析ωn不变时，改变阻尼⽐，观察闭环极点的变化及其阶跃响应的变化。

当ξ＝0，0.25，0.5，0.75，1，1.25时，求对应系统的闭环极点、⾃然振荡频率及阶跃响应曲线。

2100

()5Gsss

=+

3.保持ξ＝0.25不变，分析ωn变化时，闭环极点对系统单位阶跃响应的影响。当ωn＝10，30