2022年自动控制原理仿真实验 .pdf

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1、实验一一阶惯性系统特性仿真分析1 实验目的: 熟悉仿真模块及参数设定方法,研究一阶惯性环节闭环传递函数参数T和K对系统单位阶跃响应性能的影响。2 实验方法: 利用SIMULINK 建立系统结构图。见图 1。3 实验内容: 按照仿真图要求,从 SIMULINK 库中取出相应的模块,并连接闭合的系统结构图。闭环传函 G(s)=K/(Ts+1),K=1,T=0.2秒,观察阶跃相应曲线。重复改变T分别为 0.5 秒、0.8 秒观察阶跃相应曲线的变化。 计算一阶系统的动态响应指标tr 和ts 。4 实验步骤 :启动计算机,运行 Matlab软件,启动 Simulink程序,按照内容要求组装控制系统,做好

2、实验准备。5 实验结果分析及结论: 求出一界系统单位阶跃响应函数表达式,计算T=0.2,0.5,0.8时的响应指标 tr 和ts 。 T逐渐增大时,上升时间 tr 和调节时间 ts 怎样变化? T逐渐减小时,系统的闭环极点怎样变化? T一定K增大时,系统的 tr 和ts 怎样变化?闭环极点怎样变化? 一界系统一定稳定吗?为什么? 结论。图 1 一阶系统仿真名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 6 页 - - - - - - - - - 实验二二阶系统单位阶跃响应

3、仿真分析1 实验目的: 学习利用 SIMULINK 库中的模块构成二阶系统的方法。分析二界系统的阻尼系数 zhita对系统稳定性的影响。2 实验方法: 利用SIMULINK 建立系统结构图。见图 2。3 实验内容: 选择适当的仿真模块构成上述系统。令Wn=1。别选取 zhita=1.51(过阻尼) 、zhita=1(临界阻尼 ) 、0zhita=0.31(欠阻尼 ) 、zhita=0(无阻尼振荡 ) 、-1zhita=-0.250(发散振荡 ) 、 -1zhita=-1.5(单调发散 ) ,观察系统的单位阶跃响应曲线。4 实验步骤: 启动计算机,运行 Matlab软件,启动 Simulink程

4、序,按照内容要求组装控制系统,做好实验准备。5 实验结果分析及结论: zhita1,zhita=1,0zhita1,zhita=0,-1zhita0时,系统的闭环极点在S平面的位置如何?系统处于何种状态? zhita=-1时,系统的单位阶跃响应曲线的走向如何? 结论。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 6 页 - - - - - - - - - 实验三二阶欠阻尼系统单位阶跃响应的仿真分析1 实验目的: 学习利用 SIMULINK 库中的模块构成二阶系统的方法,

5、分析二界系统的阻尼系数 zhita和自然频率 Wn 对过渡过程品质的影响。2 实验方法: 利用SIMULINK 建立系统结构图。见图 3。3 实验内容: 选择适当的模拟部件构成上述系统。令Wn=1、zhita=0.2、0.5 、0.7观察系统的单位阶跃响应曲线,计算系统的动态响应指标tp 、ts 、Mp、ess( 可使用程序验证 ) 。4 实验步骤: 启动计算机,运行 Matlab软件,启动 Simulink程序,按照内容要求组装控制系统,做好实验准备。5 实验结果分析及结论:图 3 二阶欠阻尼系统01 仿真名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -

6、- - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 6 页 - - - - - - - - - 附:二阶系统性能指标计算程序二阶系统指标计算可按照下列计算程序计算,该程序在Matlab的M-files窗口编写,存盘后可在 Command 窗口运行。运行时在Command窗口输入文件名后回车即可。%*Instance1求系统响应指标* sys=zpk(,0 -1 -5,10);%建立零极点增益型开环传递函数模型sys=feedback(sys,1);%求闭环传递函数step(sys);% 传递函数 sys 的单位阶跃相应响应曲线num,den=tfdata(sy

7、s,v); finalvalue=polyval(num,0)/polyval(den,0) y,x,t=step(num,den); ymax,k=max(y);%计算超调量ymax=ymax % 显示峰值timetopeak=t(k);%计算峰值时间percentovershoot=100*(ymax-finalvalue)/finalvalue;% 显示超调量%compute rise time n=1; while y(n)0.1*finalvalue,n=n+1;end m=1; while y(m)0.9*finalvalue,m=m+1;end q=1; while y(q)0.

8、95*finalvalue&(y(l)1.05*finalvalue),l=l-1;end settling=t(l);%显示调节时间ts=settling Mp=percentovershoot %*Instance2传递函数多项式形式* clear num=18*1,2;% 传递函数分子den=1 40.4 391 150;% 传递函数分母printsys(num,den,s); %求传递函数mod=tf(num,den);%求传递函数%SYS=(Z,P,K) sys=zpk(-2,-15,-25,-0.4,18); % 由分子向量和分母向量求零点和极点z=roots(num);p=roo

9、ts(den); %*Instance3求系统响应指标* clear global y t sys=tf(1.25,1 1 0); Gc=feedback(sys,1); step(Gc) y,t=step(Gc); mp,tf=max(y); ct=length(t); tm=max(t); yss=y(ct); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 6 页 - - - - - - - - - q=1;m=q-1; while m3, for a=(tm/10

10、0):0.01:tm j=0:a:tm; for i=1:length(j); if (y(i+1)-y(i)0, m=m+1; pm(m)=y(i); tp(m)=t(i); end end end end yss=y(ct);% 系统响应稳态值ess=1-yss % 阶跃响应余差b1=pm(1)-yss % 阶跃响应第一正向波峰值b2=pm(2)-yss % 阶跃响应第一二正向波峰值Mp=100*b1/yss %阶跃响应的超调量n=b1/b2 %阶跃响应的衰减比pusi=(b1-b2)/b1 % 阶跃响应的衰减比率 T=(tp(2)-tp(1) % 阶跃响应的衰减比周期f=1/T % 阶跃响应的震荡频率名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 6 页 - - - - - - - - - 自动控制原理仿真实验指导书热工仪表实验室2003 年10月名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 6 页 - - - - - - - - -

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