1、五邑大學(xué)實驗報告 課程： 自動控制原理 院系： 信息工程學(xué)院 專業(yè)：交通工程（軌道交通自動化） 班級： 110713 學(xué)號： 11071339 姓名： 唐偉軒 指導(dǎo)老師： 梁淑芬 實驗一 典型環(huán)節(jié)的MATLAB仿真一、實驗?zāi)康?熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模塊的使用方法。2通過觀察典型環(huán)節(jié)在單位階躍信號作用下的動態(tài)特性，加深對各典型環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線的理解。3定性了解各參數(shù)變化對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響。二、實驗內(nèi)容按下列各典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，建立相應(yīng)的SIMULINK仿真模型，觀察并記錄其單位階躍響應(yīng)波形。 比例環(huán)節(jié)和； 慣性環(huán)節(jié)和 積分環(huán)節(jié) 微分環(huán)節(jié) 比例+微分環(huán)節(jié)

2、（PD）和 比例+積分環(huán)節(jié)（PI）和三、實驗運(yùn)行結(jié)果各典型環(huán)節(jié)的SIMULINK仿真模型及各環(huán)節(jié)的單位階躍響應(yīng)波形如下1比例環(huán)節(jié)比例環(huán)節(jié)參數(shù)直接影響相應(yīng)的幅度2慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)參數(shù)影響曲線升至最大值的快慢，參數(shù)越大，曲線達(dá)到最大值所用的時間越長3、積分環(huán)節(jié)4微分環(huán)節(jié)5、比例+微分環(huán)節(jié)（PD）比例+微分環(huán)節(jié)（PD）參數(shù)的越小，曲線最后的穩(wěn)定值越小6、 比例+積分環(huán)節(jié)（PI）比例+積分環(huán)節(jié)（PI）實驗二 線性系統(tǒng)時域響應(yīng)分析一、實驗?zāi)康?熟練掌握step( )函數(shù)和impulse( )函數(shù)的使用方法，研究線性系統(tǒng)在單位階躍、單位脈沖及單位斜坡函數(shù)作用下的響應(yīng)。2通過響應(yīng)曲線觀測特征參量和對二階系統(tǒng)

3、性能的影響。3熟練掌握系統(tǒng)的穩(wěn)定性的判斷方法。二、實驗內(nèi)容1觀察函數(shù)step( )的調(diào)用格式，假設(shè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型為 繪制出系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線？2對典型二階系統(tǒng)1）分別繪出，分別取0,0.25,0.5,1.0和2.0時的單位階躍響應(yīng)曲線，分析參數(shù)對系統(tǒng)的影響，并計算=0.25時的時域性能指標(biāo)。2）繪制出當(dāng)=0.25, 分別取1,2,4,6時單位階躍響應(yīng)曲線，分析參數(shù)對系統(tǒng)的影響。3系統(tǒng)的特征方程式為，試判別該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三、實驗運(yùn)行結(jié)果1、用函數(shù)step( )的調(diào)用格式繪制出系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線2、，分別取0,0.25,0.5,1.0和2.0時的單位階躍響應(yīng)曲線阻尼系數(shù)越小，超調(diào)量越大，上升

4、時間越短。自然角頻率越大，上升時間越短。3系統(tǒng)的特征方程式為，不是所有根都具有負(fù)實部，所以系統(tǒng)是不穩(wěn)定的4總結(jié)判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的方法，說明增益K對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。a勞斯判據(jù)：列出特征方程系數(shù)，觀察首列是否全為正數(shù)，若為正數(shù)則穩(wěn)定b奈奎斯特判據(jù)法：觀察開環(huán)頻率特性曲線是否包圍（-1,0j）點(diǎn)，若包圍且右平面無開環(huán)極點(diǎn)，則穩(wěn)定K值越大穩(wěn)定性越低實驗三 線性系統(tǒng)的根軌跡一、實驗?zāi)康?. 熟悉MATLAB用于控制系統(tǒng)中的一些基本編程語句和格式。2. 利用MATLAB語句繪制系統(tǒng)的根軌跡。3. 掌握用根軌跡分析系統(tǒng)性能的圖解方法。4. 掌握系統(tǒng)參數(shù)變化對特征根位置的影響。二、實驗內(nèi)容1請繪制下面系統(tǒng)的

5、根軌跡曲線同時得出在單位階躍負(fù)反饋下使得閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的K值的范圍。2. 在系統(tǒng)設(shè)計工具rltool界面中，通過添加零點(diǎn)和極點(diǎn)方法，試湊出上述系統(tǒng)，并觀察增加極、零點(diǎn)對系統(tǒng)的影響。三、實驗運(yùn)行結(jié)果根軌跡與虛軸有交點(diǎn)，所以在K從零到無窮變化時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性會發(fā)生變化。由根軌跡圖和運(yùn)行結(jié)果知，當(dāng)0K28.7425時，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。（2）運(yùn)行結(jié)果：根軌跡與虛軸有交點(diǎn)，所以在K從零到無窮變化時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性會發(fā)生變化。 由根軌跡圖和運(yùn)行結(jié)果知，當(dāng)0K1065.2時，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。（3） 運(yùn)行結(jié)果：軌跡與虛軸有交點(diǎn)，所以在K從零到無窮變化時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性會發(fā)生變化。 由根軌跡圖和運(yùn)行結(jié)果知，當(dāng)0K7.

6、6385時，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。2. 在系統(tǒng)設(shè)計工具rltool界面中，通過添加零點(diǎn)和極點(diǎn)方法，試湊出上述系統(tǒng)，并觀察增加極、零點(diǎn)對系統(tǒng)的影響。解：通過添加零、極點(diǎn)湊系統(tǒng)先令G(s)=1/s,則可得其單位階躍響應(yīng)波形圖為第一步、添加共軛極點(diǎn)-1+j1和-1-j1得到G(s)=1/s(s2+2s+2)，運(yùn)行可得其單位階躍 響應(yīng)波形為第二步、添加共軛極點(diǎn)-3+j2和-3-j2得到G(s)=1/s(s2+2s+2)( s2+6s+13)，運(yùn)行后可 得其單位階躍響應(yīng)波形為實驗分析：由圖知，給系統(tǒng)添加開環(huán)極點(diǎn)會使系統(tǒng)的階次升高，若添加的合理，會使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小，同時若添加的不合理，反倒會使系統(tǒng)不穩(wěn)定；給系統(tǒng)添加開環(huán)零點(diǎn)，可使原來不穩(wěn)定的系統(tǒng)變成穩(wěn)定的系統(tǒng)。實驗四 線性系統(tǒng)的頻域分析一、實驗?zāi)康?掌握用MATLAB語句繪制各種頻域曲線。2掌握控制系統(tǒng)的頻域分析方法。二、實驗內(nèi)容1典型二階系統(tǒng)繪制出，0.3，0.5，0.8，2的bode圖，記錄并分析對系統(tǒng)bode圖的影響。2系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為繪制系統(tǒng)的Nyquist曲線、Bode圖和Nichols圖，說明系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并通過繪制階躍響應(yīng)曲線驗證。 3已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為。求系統(tǒng)的開環(huán)截止頻率、穿越頻率、幅值裕度和相位裕度。應(yīng)用