自控仿真作业
《自动控制原理》MATLAB 分析与设计 仿真实验报告 院系：院系：电信学院电信学院 班级：班级：自动化自动化 3 3 班班 姓名：姓名： zh zh 学号：学号： 时间：时间：2015年 12 月 31日 1 电气工程与信息工程学院 第三章第三章 线性系统的时域分析法线性系统的时域分析法 0.4s 1 G(s) s(s 0.6) 。3-53-5 设单位反馈系统的开环传递函数为 试求：1）系统在单位阶跃输入下的动态性能。 2）并与忽略闭环零点的系统动态性能进行比较，分析仿真结 果。 解： 画 SIMULINK 图： 没有忽略闭环零点和忽略闭环零点的对比系统接线图没有忽略闭环零点和忽略闭环零点的对比系统接线图 曲线和表格： 1.4 没 有 忽 略 闭 环 零 点 忽 略 闭 环 零 点 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 00 12345678910 由图像可以算出： 没有忽略闭环零点 Ts 7.74s δ % 18% Tp 3.63s 2 忽略闭环零点8.08s16.3%3.16s 分析与结论： 从系统曲线图中可以看见当没有忽略闭环零点时，调节速度快但是超调量大。 从系统曲线图中可以看见忽略闭环零点时，调节速度慢但是超调量小。 我们可以用程序做的图中可以直接读出数据（如：调节时间、超调量）。但是， SIMULINK 做的图中是不可以直接读出，只能看到它的大致走向。 3-93-9 设控制系统如图所示，要求： 取τ1=0，τ2=0.1，计算测速反馈校正系统的超调量、调节时间和速度误差；取 τ1=0.1，τ2=0，计算比例-微分校正系统的超调量、调节时间和速度误差。。 解： 画 SIMULINK 图： ττ1=01=0，τ，τ2=0.12=0.1 3 ττ1=0.11=0.1，τ，τ2=02=0 不加比例微分和微分反馈和以上环节进行比较不加比例微分和微分反馈和以上环节进行比较 曲线和表格： 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 00 t1=0,t2=0 t1=0.1,t2=0 t1=0,t2=0.1 12345678910 系统 原函数 测速反馈 Ts 7.32 3.54 Tp 1.01 1.05 峰值 1.6 1.35 δ % 60.5 35.1 4 比例微分3.440.941.3737.1 分析与结论： 总结：测速反馈控制与比例-微分控制都可以改善二阶系统的动态特性，但是他 们也有各自的特点。 比例-微分控制对系统的开环增益和自然频率均无影响，测速反馈控制虽然不影 响自然频率，但是会降低开环增益。因此对于确定的常值稳态误差，测速反馈控 制要求有较大的开环增益。 比例-微分控制的阻尼作用产生于系统的输入端误差信号的速度，而测速反馈控 制的阻尼作用来源于系统输出端的响应的速度， 因此对于给定的开环增益和指令 输入速度，后者对应较大的稳态误差。 3-30 火星自主漫游车的导向控制系统结构图如图所示。该系统在漫游车的前后 部都装有一个导向轮，起反馈通道传递函数为 H(s)=1+Kt s 要求： （1）确定是系统稳定的 Kt 值范围； （2）当S3=-5 为该系统的一个闭环系统特征根时，试计算Kt 的取值，并计算另 外两个闭环特征根； 应用； （3）求出的 Kt 值，确定系统的单位阶跃响应。 解: 画 SIMULINK 图： 曲线和表格： 5 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 00 510152025 分析与结论 Kt 的取值比较麻烦，通过不断地试探会发现当 Kt=2.7 时，满足要求，闭环极点 全部为负实极点。同时系统没有闭环有限零点， 因此系统的单位阶跃响应必然为 非周期形态。 E3.3E3.3A closed-loop control system is shown in Fig3.2, Determine the transfer function C(s)/R(s). Determine the poles and zeros of the transfer function. Use a unit step , R(s)=1/s, and obtain the partial fraction expansion for C(s) and the steady-state value. Plot C(t) and discuss the effect of the real and complex poles of the transfer function. 解：画 SIMULINK 图： 曲线图 6 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 00.511.522.533.544.55 分析与结论: 我们可以从图像可以看出系统刚开始调节不稳定，随着调节时间的增加，系统慢 慢稳定，最后趋向于 1。 英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，在K a 100时，试采用微 分 反 馈 控 制 方 法 ， 并 通 过 控 制 器 参 数 的 优 化 ， 使 系 统 性 能 满 足 % 5%,t s 250ms,d ss 5103等指标 解： 画 SIMULINK 图： 曲线图 7 第三步：分析与结论 若采用微分反馈方法使系统性能满足% 5%,t s 250ms,d ss 5103等指标， 但是，需要增大 Ka 大一些，进一步减小扰动带来的影响。 第四章第四章 线性系统的根轨迹法线性系统的根轨迹法 4-54-5 设单位反馈控制系统的开环传递函数如下，要求： 概略绘出 解： 程序 G=zpk([],[0 -1 -3.5 -3-2i -3+2i],1) %建立开环系统模型 rlocus(G);%根轨迹 G(s) k * s(s 1)(s 3.5)(s 3 j2)(s 3 j2) 的闭环根轨迹图。 曲线图 8 分析与结论 我们由图像可以得出： Root Locus 15 10 5 I m a g i n a r y A x i s System: G Gain: 0 Pole: -3.5 Damping: 1 Overshoot (%): 0 Frequency (rad/sec): 3.5 0 System: G Gain: 40.5 Pole: -0.142 - 0.796i Damping: 0.176 Overshoot (%): 57 Frequency (rad/sec): 0.809 -5 -10 -15 -15-10-5 Real Axis 0510 根轨迹有五条分支，其起点分别为 p1=0，p2=-1, p3=-3, p4=-3-j2, p5=-3+j2; 实轴上的根轨迹分布区为 【0，-1】，【-3.5，-h】 根轨迹的渐近线 δ=-2.1 ø=+π/5,-π/5, -3*π/5, -3*π/5 ,π 根轨迹的分离点 d=-0.4 根轨迹的起始角 它的起始角为-92.73° 4-10 设反馈控制系统中 G (s) K * S 2(S 2)( S 5) ，H(s)=1 要求：
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