《自控原理實驗報告》實驗名稱：實驗四+五+離散系統(tǒng)仿真實驗實驗4：頻率特性法的計算機研究實驗4中系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=在Matlab仿真中得到的圖像如下所示單位階躍響應(yīng)單位階躍響應(yīng)的誤差變化開環(huán)傳遞函數(shù)波特圖奈奎斯特曲線圖對數(shù)幅相特性圖(Nichols圖)幅相曲線起點與積分環(huán)節(jié)個數(shù)的關(guān)系、終點與分子分母階次數(shù)的關(guān)系。最小相位系統(tǒng)的幅相曲線的起點與積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)的個數(shù)有關(guān)，當(dāng)不含積分環(huán)節(jié)而存在微分環(huán)節(jié)的時候，幅相曲線的起點位于原點。當(dāng)不含積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)的時候，幅相曲線的起點位于實軸正半軸。當(dāng)存在積分環(huán)節(jié)的時候，幅相曲線的起點位于無窮遠處，且相角為-(積分環(huán)節(jié)的個數(shù))*90°。最小相位系統(tǒng)的幅相曲線的終點與子分母階次數(shù)有關(guān)。設(shè)分母階次為n，分子的階次為m。當(dāng)n=m的時候，幅相曲線的終點位于實軸正半軸。當(dāng)n>m的時候，幅相曲線的終點位于原點，且以-(n-m)*90°的角度進入。Bode圖中對數(shù)幅頻與對數(shù)相頻變化的關(guān)系。對數(shù)幅頻是傳遞函數(shù)頻率特性的幅值，對數(shù)相頻是傳遞函數(shù)頻率特性的相角。兩者之間的聯(lián)系在于傳遞函數(shù)的頻率特性。考察非最小相位系統(tǒng)以上關(guān)系是否成立？對于非最小相位系統(tǒng)上述結(jié)論不成立。實驗5：PID控制實驗5中系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=在MatlabSimulink中設(shè)計的系統(tǒng)如下所示以下開始調(diào)節(jié)PID對應(yīng)的參數(shù)來觀察比例，積分，微分三種控制作用對輸出的影響比例控制實驗圖像附在結(jié)論后。結(jié)論：比例控制作用原理是即時成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用以減小誤差。當(dāng)偏差e=0時，控制作用也為0。因此，比例控制是基于偏差進行調(diào)節(jié)的，即有差調(diào)節(jié)。在圖像中可見隨著比例系數(shù)的增加，系統(tǒng)的超調(diào)量不斷增加，調(diào)節(jié)時間也不斷變長，上升時間則在逐漸減小。當(dāng)比例系數(shù)增大到一定程度后，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線則由收斂過度到等幅震蕩。最后隨著比例系數(shù)的進一步增大，系統(tǒng)的的動態(tài)響應(yīng)曲線將會震蕩發(fā)散。實驗圖像：100101102103104105106107比例積分控制實驗圖像附在結(jié)論后。結(jié)論：積分環(huán)節(jié)：能對誤差進行記憶，主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度，積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)Ti，Ti越大，積分作用越弱，反之則越強。在圖像中可見隨著積分控制的時間常數(shù)的增加，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線由震蕩發(fā)散逐漸變化為收斂。當(dāng)K=2.5，Ti=1，Td=0的時候，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線為一等幅振蕩的圖像。之后，隨著Ti的不斷增大，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線的超調(diào)量不斷減小，調(diào)節(jié)時間不斷減小。實驗圖像：200201202203204205206207208209210比例積分微分控制實驗圖像附在結(jié)論后。結(jié)論：微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)節(jié)時間。在圖像中可見隨著積分控制的時間常數(shù)的增加，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線隨著Td的不斷增大，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線的超調(diào)量不斷減小，調(diào)節(jié)時間不斷減小。但是當(dāng)Td（Td>2.5）過大的時候，則超調(diào)量開始增大，調(diào)節(jié)時間也開始變長。實驗圖像：300301302303304305306307308309310311312313314315316實驗6：離散系統(tǒng)的仿真實驗實驗6中系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=在MatlabSimulink中設(shè)計的系統(tǒng)如下所示在輸出端口加入了一個零階保持器。以下為零階保持器設(shè)置不同采樣周期時的輸出圖像T=2sT=1sT=0.8sT=0.5sT=0.3sT=0.1sT=0.05s